Il carburante della Tettonica delle Placche - 3 : estensione crostale tettonica e magmatica nel triangolo dell'Afar

Proseguendo a descrivere le cause dei movimenti delle zolle, stavolta mi soffermo sull'aspetto opposto a quello delle collisioni fra placche: la loro divergenza. Per noi studenti di Geologia degli anni 80 la questione era la stessa dell'uovo e della gallina: è la risalita del mantello che produce la rottura di un continente e la conseguente risalita di un magma (fino in alcuni casi alla formazione di un oceano) o è la rottura del continente che provoca la risalita del magma?

I due modelli sono magistralmente indicati da queste due figure: nella prima tensioni provocano un allugamento e un assottigliamento della crosta che alla fine si divide in due parti in allontanamento; nella seconda una intrusione magmatica come un cuneo entra nella crosta e provoca l'allontanamento delle due masse circostanti. Diciamo che nella realtà il fenomeno è dovuto ad una complessa interazione fra questi due fenomeni ed è guidata come vedremo nel caso specifico dell'Africa in un prossimo post anche da quello che succede nel mantello inferiore. Questo post ha preso alcuni input da una interessante conferenza a Firenze da parte di Derek Keir, dell'Università di Southampton, ha svelato alcuni segreti di questo fenomeno nel Corno d'Africa.

Il Corno d'Africa ha dei grandissimi significati per le Scienze della Terra e per quelle della Vita: non solo è la zona dove poche centinaia di migliaia di anni fa è comparso Homo sapiens, ma è anche il luogo dove possiamo trovare in sequenza tutti gli stadi in cui un rift incipiente si trasforma in un oceano in apertura tra due margini continentali passivi.

La giunzione tripla dell'Afar ha iniziato a formarsi circa 30 milioni di anni fa, nell'Oligocene, quando si misero in posto imponenti serie di lave basaltiche, che formano oggi il pavimento della depressione. I Trappi dell'Etiopia sono - per adesso - l'ultimo dei tanti episodi di Large Igneous Provinces che si sono formati intorno all'Africa e che dalla fine del Triassico ad oggi hanno preceduto la formazione degli oceani che oggi la dividono dagli altri continenti che insieme a lei facevano parte del Gondwana. Da quel momento ha iniziato ad aprirsi il Mar Rosso, oggi dotato di una vera crosta oceanica, mentre a Sud le grandi fosse tettoniche dell'Africa Orientale contraddistinguono una separazione fra Africa e blocco somalo ancora ad uno stadio embrionale. 

I tre stadi si vedono molto bene in questa immagine tratta da: Ebinger et al (2010): Length and timescales of rift faulting and magma intrusion: the Afar rifting cycle from 2005 to present. Annual Reviews of Earth and Planetary Science 38, 437–464

Il Corno d'Africa è dunque la zona intermedia fra il Mar Rosso e il sistema dei rift dell'Africa Orientale. In concomitanza con la messa in posto dei basalti 30 milioni di anni fa c'è stato un forte innalzamento della crosta, embrione di quelli che diventeranno gli altopiani somalo e etiopico. 

Successivamente la zona centrale si è ribassata, e si sono individuate le grandi faglie che delimitano il confine fra la depressione dell'Afar e i due altipiani, tra Oligocene e Miocene. Da quando si sono formate queste faglie bordiere Nubia e Somalia hanno iniziato ad allontanarsi; in quella fase le forze che maggiormente dirigevano questi movimenti erano quelle tettoniche, anche se il magmatismo era diffuso in tutta l'area; l'Afar è dunque il risultato di un processo di estensione in cui la crosta si distende e diventa meno spessa.

Naturalmente, siccome la zona “calda” della deformazione è rimasta sempre quella del centro del rift, ad un certo punto l'allontanamento degli altopiani ha concluso la fase della loro deformazione.

Oggi al di sopra un mantello e una crosta molto stirati, l'attività vulcanica nell'Afar si esplica in alcuni stratovulcani e diverse fessure spesso accompagnate da piccoli coni di lava basaltica; le tracce di magmatismo recente sono evidenti ed infatti si contano parecchi episodi per decennio. È interessante notare come negli ultimi due milioni di anni c'è stato un cambio netto: la componente di estensione magmatica è diventata preponderante al posto di quella tettonica.

Sull'origine di questi magmi ci sono due ipotesi:

• la prima è che derivino direttamente dal mantello terrestre, dalla astenosfera africana, di fatto molto calda: le varie manifestazioni magmatiche odierne sparse per il Sahara (Haggar, Tibesti etc etc) insieme ai punti caldi che circondano il continente sono una conseguenza di questa zona del mantello anomalmente calda
• una seconda possibilità è che i magmi si originano direttamente sotto al rift a causa della caduta della pressione dovuta all'assottigliamento della litosfera

Quindi ritorniamo al dubbio amletico di cui all'inizio del post: i magmi provocano il rift o ne sono una conseguenza?

Tra il 14 settembre e il 4 ottobre 2005 nell'Afar abbiamo avuto la prova della capacità di innescare una divergenza fra i due lati del rift da parte di una intrusione magmatica, quando uno sciame sismico (163 terremoti di M 3.9 o superiori in 20 giorni, che salgono a 370 considerando una M minima di 3!) ha interessato un segmento lungo 60 km del rift, nella zona di Dabbahu, in contemporanea con una attività eruttiva nella zona settentrionale interessata dallo sciame sismico. Questa carta ottenuta al solito con l'Iris Earthquake Browser mostra chiaramente l'area interessata dallo sciame

Questo evento ha coinvolto ben 2,5 km cubi di lava. Per capire quanto enorme sia un quantitativo del genere si può fare un confronto con il Kilauea, il vulcano hawaiano con la massima produzione di lava odierna: ebbene in 30 anni di eruzione continua ne ha prodotti “appena” 3,5. Se si guarda l'Etna, la famosa eruzione del 1983 ha invece prodotto meno di 0,1 km cubi di lava e in oltre un anno di attività fra il 1950 e il 1951 il gigante siciliano ne produsse poco meno di 0,2 km cubi: per produrre quanto si è messo in posto in poche settimane nella crosta dell'Afar il Kilauea ci mette quasi 25 anni; per l'Etna questo è un valore impensabile. A questo valore bisogna aggiungere 0,5 km cubi di lave a Dabbahu e nella vicina Gabho.

Vediamo ora i fenomeni che hanno accompagnato l'eruzione con questa immagine estremamente significativa, in cui innanzitutto di vede che la zona di frattura è la zona assiale del fenomeno. Notare che la distribuzione del magma lungo la frattura è stata piuttosto irregolare. In particolare le eruzioni subaeree si collocano tra Dabahu e Gabho, alla estremità settentrionale della frattura.

I colori indicano le variazioni nella quota del terreno: in rosso le zone che si sono rialzate, in blu quelle ribassate: nella zona assiale il terreno si è abbassato anche di due metri, mentre intorno si è innalzato di un valore simile.

Quindi l'eruzione ha prodotto due rigonfiamenti simmetrici ad una zona ribassata collocata immediatamente sopra alla zona di frattura.

La maggiore quota del terreno non è da addebitarsi a lave superficiale prodotte dall'eruzione, ma al materiale che si è solidificato all'interno della crosta, sia pure in zona molto superficiale e ha spinto in alto quanto si trovava sopra di esso.

Nell'immagine ci sono anche delle frecce che misurano lo spostamento del terreno. Si osserva agevolmente l'allontanamento, più o meno simmetrico, dalla zona assiale, che ha coinvolto tutta la zona intorno all'eruzione lineare con dislocamenti che hanno raggiunto un valore di oltre 8 metri in 20 giorni.

Che questo spostamento sia dovuto in maniera preponderante dall'iniezione di magma, fattosi strada allargando la frattura, è evidente dal calcolo del dislocamento provocato dai terremoti, che secondo i lavori del gruppo di cui fa parte Derek Keir è inferiore al 10% di quanto complessivamente osservato.

L'evento di Dabbahu dimostra quindi che le intrusioni magmatiche sono un sistema molto efficace per formare nuova crosta e allargare le distanze fra due masse separare da una dorsale oceanica.

E come hanno fatto notare vari autori, fra i quali Claudio Faccenna, il “ridge push”, la spinta che questi fenomeni provocano lungo le dorsali oceaniche è una delle forze da considerare nelle aree in cui le zolle si scontrano.