Il carburante della Tettonica delle Placche: 1 - il "canale a bassa velocità"

Le mutazioni genetiche sono il carburante con cui funziona la selezione naturale, che è il motore dell'evoluzione; ancora non è ben chiaro invece quale siano il motore ed il carburante con cui funziona la macchina della Tettonica delle Placche, che per le Scienze della Terra ha lo stesso ruolo dell'evoluzione per le Scienze della Vita: è la teoria unificante, il quadro generale della materia da cui non puoi prescindere, la macchina che provoca i fenomeni geologici. Sul motore della Tettonica delle Placche sono aperte tante ipotesi ma solo oggi il mondo scientifico sta facendo luce al riguardo. In questo post oltre agli aspetti generali presenterò le ultime scoperte sul "canale a bassa velocità" che separa litosfera ed astenosfera. In un prossimo post parlerò delle possibili connessioni fra il mantello profondo e le catene montuose. In un terzo post parlerò del perchè il Gondwana ha aspettato centinaia di milioni di anni a fratturarsi per poi farlo praticamente simultaneamente in diversi punti.

SCIENZE DELLA VITA: EVOLUZIONE, SELEZIONE NATURALE 

E MUTAZIONI GENETICHE 

Si può considerare l'evoluzione un po' come la "teoria unificante" delle Scienze della Vita. Ovviamente devo precisare, non solo a uso e consumo degli antievoluzionisti, ma anche di chi non se ne è ancora reso conto, che il termine “teoria” nasconde delle "sottigliezze": nel caso in questione “teoria” non vuole dire “mera ipotesi” ma “vasto corpus di osservazioni multidisciplinari che rinviano tutte ad un quadro coerente di unione”. Un quadro del genere potrebbe essere demolito in base alla scoperta di una sola osservazione non coerente, tipo il famoso “coniglio (o qualsiasi altro vertebrato terrestre) nei sedimenti del precambriano” di J.B.S. Haldane. Per adesso ancora non ci sono osservazioni che la smentiscono, con buona pace di De Mattei e compagnia. L'evoluzione fornisce alle Scienze della Vita (non solo biologia, anche zoologia, botanica, embriologia etc etc) un ottimo quadro di riferimento in cui vengono spiegati tutti i fenomeni, dalla nascita di un nuovo essere vivente alla classificazione tassonomica. Ipotizzata nel XVIII secolo, quella che poi venne chiamata “evoluzione” (in origine c'era un termine molto più piatto ma meno deterministico: "transmutazione") ha avuto alterne fortune fino a quando Darwin e Wallace ne scoprirono indipendentemente il motore, la “selezione naturale”. Fu proprio la scoperta di un meccanismo credibile che fece pendere le Scienze dela Vita per l'evoluzione.

Poi, per capire quale fosse il carburante che muoveva quel motore c'è voluto un bel po' di tempo: le mutazioni del DNA (oggi la cosa è un po' più complessa ma il principio va bene lo stesso).

 SCIENZE DELLA TERRA: TETTONICA DELLE PLACCHE E.... ?

Nelle Scienze della Terra siamo un po' indietro rispetto a quelle della Vita. La "Tettonica delle Placche" è sicuramente la "teoria unificante" dei fenomeni geologici: vulcanismo, terremoti, movimenti tettonici, ambienti di sedimentazione, metamorfismo e quant'altro hanno la possibilità di essere tutti inquadrati in una visione in cui la parte superiore del pianeta è formata da un certo numero di blocchi perennemente in movimento e spesso in “conflitto” fra loro. 

Diciamo che l'Evoluzione sta alle Scienze della Vita come la Tettonica a Placche sta alle Scienze della Terra. Ma proseguendo c'è un problema: cos'è che sta alle Scienze della Terra come la selezione naturale e le mutazioni genetiche stanno alle Scienze della Vita?

In altre parole: la macchina delle Scienze della Terra è la Tettonica delle Placche. Ma qual'è il suo motore e quale il carburante che lo fa funzionare?

Già negli anni '30 del XX secolo Arthur Holmes, uno dei pochi scienziati dell'emisfero Settentrionale a considerare valide le idee di Wegener, aveva ipotizzato le correnti convettive del mantello, raffigurate qui accanto (per una panoramica di come dalla deriva dei continenti siamo arrivati alla tettonica delle placche qualche tempo fa ho scritto questo post). Ricordo che per il grande John Tuzo Wilson (negli anni '80 un vero mito per noi studenti) "il sistema alpino – himalayano e le montagne intorno al Pacifico sono indubbiamente dovute alla compressione lungo i fianchi discendenti delle celle di convezione del mantello".

Le correnti di convezione in parte sono ancora in voga ma non sono più un motore unico.

I MOVIMENTI DEL MANTELLO INFLUENZANO LE DINAMICHE 

DELLE ZONE DI SCONTRO FRA LE PLACCHE

È certo che ci siano dei movimenti nel Mantello differenti rispetto a quelli della crosta, altrimenti non ci sarebbero differenze così evidenti tra le zone di subduzione orientate verso Est e quelle orientate verso Ovest:

- le subduzioni verso ovest (vediamo la situazione delle Isole Marianne come l'ha raffigurata lo splendido Ole Nielsen) non formano grandi catene montuose e dietro all'arco magmatico si forma una zona a crosta oceanica (o molto simile alla crosta oceanica) ovviamente coperta dal mare: il bacino di retroarco (classico esempio le coste asiatiche del Pacifico)

- sopra le subduzioni orientate verso est si formano al contrario imponenti catene montuose ed il retroarco è solo una zona in distensione nella parte posteriore della catena (le Ande sono l'esempio più importante). Questa immagine è tratta da Volcano World: 

- non dimentichiamo che molte (ma non tutte) le zone di subduzione verso ovest presentano un “roll-back”, un forte arretramento verso Est dell'arco (Calabria, Sandwich del Sud e la parte settentrionale del complesso Tonga – Kermadec sono ottimi esempi di questo): è questo arretramento il principale indiziato per la formazione dei bacini marginali

Per spiegare la differenza fra le subduzioni a diversa orientazione, oggi si tende a pensare che ci sia un flusso del mantello astenosferico verso Est: le subduzioni verso Est  “seguono” questo flusso, mentre quelle verso ovest in qualche modo “si oppongono” al flusso e quindi tendono ad arretrare (da qui la formazione dei bacini di retroarco) e ad essere più inclinate.

LITOSFERA, ASTENOSFERA ED IL "CANALE A BASSA VELOCITÀ

La divisione fra la litosfera (che comprende la crosta e la parte più superiore del mantello) e l'astenosfera, il resto del mantello è invece un  punto fondamentale della tettonica delle placche e dell'espansione dei fondi oceanici; la presenza di un canale a bassa velocità delle onde sismiche che segnala questo limite è pure essa un concetto accettato universalmente.

È comunque dibattuta l'origine di questo livello: la maggior parte dei modelli propendono per una fascia in cui la roccia sia parzialmente fusa, ma altri spiegano l'abbassamento della velocità delle onde sismiche con la presenza di una zona completamente anidra.

Per quanto riguarda l'origine del canale a bassa velocità forse siamo ad una svolta: un team di scienziati USA (S.Naif, K. Key, S. Constable e R. L. Evans) ha pubblicato sul numero del 21 marzo della rivista Nature un lavoro fatto con rilevamenti magnetotellurici a largo del Nicaragua (il rilevamento magnetotellurico osserva le variazioni del campo elettromagnetico in un certo intervallo di tempo).

Vediamo cosa hanno trovato Naif e soci. In questa immagine vediamo una parte della crosta oceanica e la zona dove questa va in subduzione sotto l'America Centrale. In base a questi rilevamenti hanno visto che la litosfera (in blu) è molto più fredda dell'astenosfera sottostante (in giallo) e siccome si è formata in una zona di dorsale oceanica è anche significativamente scarsa di sostanze volatili (quali l'acqua per esempio); secondo loro questa massa fredda impedisce ai liquidi provenienti dal mantello più profondo di salire nella litosfera. I liquidi si ammassano quindi nella parte dell'astenosfera immediatamente sottostante la litosfera (sarebbe quella piccola striscia arancione perchè più calda, proprio per la presenza di questi liquidi), provocando sostanzialmente la formazione di uno strato meno viscoso perchè più caldo e contenente un pò di materiale liquido (entrambe le condizioni sono il motivo della bassa velocità delle onde sismiche in questa particolare zona); le caratteristiche del canale a bassa velocità permettono e promuovono uno scollamento fra litosfera ed astenosfera, che così si possono muovere relativamente fra di loro.

Sarebbe questo scollamento a disaccoppiare litosfera ed astenosfera e quindi a provocare i movimenti differenziali fra queste parti del globo terrestre.

Questo sarebbe un primo passo importante per capire i rapporti fra litosfera ed astenosfera. Ovviamente l'ipotesi deve essere controllata anche in altre aree del globo, ma è sicuramente un punto di partenza molto interessante. Facciamo però attenzione: il canale a bassa velocità non può essere altro che un ingranaggio mosso da un motore che sta più in basso!

In un prossimo post invece esaminerò come i movimenti e la struttura del mantello, anche (e soprattutto) della parte inferiore del Mantello, potrebbero influenzino la formazione, le rotture e le collisioni delle zolle litosferiche.

In altre parole: quale potrebbe essere il motore della Tettonica delle Placche.