La collisione fra India ed Eurasia: i dati petrografici, geologici e paleontologici concordano che l'inizio sia avvenuto all'inizio dell'Eocene

Mi sono occupato spesso su Scienzeedintorni della collisione fra India ed Eurasia, argomento per me affascinante, a causa dei suoi aspetti geologici e faunistici estremamente interessanti (e infatti sono anche iscritto alla sezione di Geologia Himalayana della Società Geologica Italiana). Dal punto di vista tettonico è ancora un evento parecchio dibattuto, sia per le diverse interpretazioni della storia dell’arco intraoceanico del Kohistan – Ladakh (si è scontrato prima con l’India o prima con l’Eurasia e in che epoca?) che per l’età della chiusura definitiva. Dal punto di vista biogeografico l’interscambio fra India ed Eurasia è stato fondamentale per tanti gruppi, specialmente per i mammiferi placentati, con ampi riflessi anche per la storia dei Primati. Un punto fermo è la comparsa di mammiferi placentati moderni in india all’inizio dell’Eocene, il che suggeriva una datazione di poco antecedente quantomeno per la datazione di un primo contatto fra le due masse. Un lavoro appena uscito su Earth and Planetary Science Letters ha accertato che, almeno nella zona del Kohistan – Ladakh, lo scontro definitivo è avvenuto proprio in corrispondenza delle prime testimonianze di placentati moderni in India. Quindi la perfetta armonia fra i dati geologici e quelli paleontologici fornisce un punto fermo, almeno dal punto della tempistica degli eventi nell’area NW della catena.

Carta schematica dell'Himalaya, da [2]

HIMALAYA E DINTORNI: UNA GEOLOGIA COMPLESSA E ANCORA NON DEL TUTTO CHIARA. La collisione fra India ed Eurasia è un fenomeno particolarmente dibattuto a causa della presenza nel settore orientale di un arco magmatico intraoceanico (sul tipo delle attuali Marianne) nell’oceano che divideva le due masse continentali, il Kohistan – Ladakh. La conseguenza è una struttura più complessa di quella di un orogene “normale”: quando due masse continentali si scontrano dopo la chiusura di un oceano troviamo una sola sutura, che separa le rocce pertinenti ai due continenti e che contiene le serie oceaniche, comprese le ofioliti, resti della crosta, di quell’oceano; nell’Himalaya occidentale ci sono due suture diverse, una fra l’Eurasia e il Kohistan - Ladakh (la sutura di Shyok o Main Karakoram Thrust, che separa il Kohistan dal Karakoram ) e la seconda che separa il Kohistan dall’India, la sutura dell’Indo e dello Tsangpo (nome cinese del Brahamaputra). 

Nel settore orientale invece c’è una sola sutura, tra l’India e il blocco di Lhasa, dove troviamo le serie della Tetite Himalayana, che corrisponde grossolanamente alla valle dello Tsangpo.

Quindi la situazione complessiva 100 milioni di anni fa circa era la seguente, da nord a sud:

• Eurasia, con i margini continentali di tipo andino, sede di vulcanismo (ad est il blocco di Lhasa che vi si era appena unito lungo la sutura di Bangong–Nujiang e a ovest l’arco magmatico del Karakorum)
• Paleotetide
• Arco del Kohistan – Ladakh nella parte occidentale (a ovest della faglia del Karakorum)
• Neotetide
• India 

L’arco del Kohistan è protagonista di una questione fondamentale ancora irrisolta per la storia della catena: si è scontrato prima con l’India e poi insieme sono finiti contro l’Eurasia (ipotesi “India prima") oppure l’India si è scontrata con l’Eurasia quando il Kohistan era già unito all’Eurasia (ipotesi “Asia prima”). Annoto che entrambe le posizioni sono sostenute da ricercatori molto autorevoli e quindi non mi è possibile prendere posizione, anche se l’ipotesi “Asia prima” personalmente mi piace di più dal punto di vista geologico, mentre quella “India prima” risolverebbe meglio certe questioni biogeografiche (a partire dalla presenza in india di fossili come Deccanolestes. Per un riassunto vedi questo post.

Anche per la tempistica ci sono dei dubbi: tradizionalmente lo scontro definitivo è datato fra 60 e 50 milioni di anni fa, ma per alcuni Autori della scuola “India prima”, la massa formata da India e Kohistan – Ladakh uniti sarebbe finita contro l’Eurasia solo tra 40 e 23 milioni di anni fa. Questo per la parte NW. ma anche per quella a SE ci sono delle diatribe in corso.

C’è poi il problema della “Greater India”. Con questo termine si indica la parte della placca indiana che è stata subdotta sotto il Tibet a partire dall’inizio della collisione fra i due continenti, che ha provocato un raccorciamento probabilmente ben maggiore di quello documentato dalla geologia di superficie, che è di circa 2300 km. I dati, specialmente quelli paleomagnetici, suggeriscono però un dato superiore, per cui si pensa che una parte del continente indiano sia finito sotto l’Eurasia (il che spiegherebbe anche l’esagerato spessore crustale sotto il Tibet). Quindi l’India era più grande di quello che si vede ora. Di quanto è ancora in dubbio. 

A complicare la situazione negli ultimi anni è stato proposta nella zona orientale la presenza di una collisione in due stadi: la placca indiana sarebbe stata divisa fra un microcontinente Tibeto – Himalayano e l’India propriamente detta, con in mezzo una crosta oceanica (il “bacino indiano”). Circa 50 milioni di anni fa il microcontinente si sarebbe scontrato con l’Asia, dopodiché è andato in subduzione il bacino indiano e tra 25 e 20 milioni di anni fa ci sarebbe stato lo scontro definitivo fra India e Himalaya. 

Per cui la crosta continentale sotto quella asiatica apparterrebbe al microcontinente tibeto – himalayano e si spiegherebbero meglio dei fenomeni avvenuti in quel periodo e cioè una fase di intense deformazioni, il rapido sollevamento che ha portato alla esumazione delle rocce cristalline della Grande Himalaya e l’intensificazione della circolazione monsonica [1].

Gli zirconi della Tetide Himalayana, del Gangdese 

e del Kohistan divisi in classi di età, da [2] 

LA DATAZIONE DELLA COLLISIONE NEL KASHMIR. La collisione finale, almeno nel Kohistan, è stata recentemente datata da un gruppo che ha esaminato dei sedimenti deposti fra il Cretaceo e l’Eocene nella zona che stava fra il Kohistan - Ladakh e l’India, in particolare i cristalli di Zircone [2].

Lo zircone si forma durante la cristallizzazione di vari magmi (poco in quelli basaltici, molto in quelli con tenore di silice elevato come quelli andesitici e dioritici) ed è particolarmente resistente perché la sua temperatura di fusione è ben superiore a quella dei magmi, anche se può subire alcuni processi di alterazione in condizioni di elevato metamorfismo. Inoltre la presenza di inclusioni di uranio e piombo consente di datare i cristalli se non hanno subìto particolari processi di alterazione. La durata nel tempo degli zirconi in ambiente terrestre è talmente elevata che se ne trovano molti di età superiore ai due miliardi di anni. Il cristallo più vecchio attualmente datato è proprio uno zircone, il campione 01JH36-69, un granulo detritico proveniente da una arenaria dell’Australia occidentale, la cui età oscilla fra i 4400 e i 4370 milioni di anni [3].

Nella geologia asiatica è una pratica comune studiare le età degli zirconi, perché ogni unità ha una sua “impronta zirconica” caratteristica:

• nelle rocce magmatiche o metamorfiche permettono di definire a quale unità appartiene un blocco un’altra
• nelle rocce sedimentarie sono usate per definire le aree di provenienza dei materiali

La seconda metodologia è stata applicata nel lavoro di cui sto specificamente parlando adesso agli zirconi dei sedimenti che affiorano nel Kashmir a circa 100 km E di Srinagar e che appartengono alla “Tetide Himalayana”, deposti nell’area che divideva l’India dal Kohistan o, meglio ancora, nella parte allora sommersa della piattaforma continentale indiana di NW. Sono stati studiati i termini più giovani della serie, le formazioni di Kong e Chulung, dell’Eocene inferiore (55 – 50 Ma), che contengono zirconi di diverse età. 

In questo grafico vediamo per confronto le età degli zirconi nei sedimenti della Tetide Himalayana, dell’arco del Kohistan e dei graniti del Gangdese. Quelli della Tetide Himalayana derivano dalle croste continentali di Asia e India (probabilmente più la seconda della prima, ma sono indistinguibili fra loro): gli zirconi hanno età molto vecchie perché nelle croste continentali ci sono o rocce molto antiche (per esempio quelle dello scudo indiano) o sedimenti provenienti da rocce molto antiche. Di fatto il raggruppamento intorno a 2500 milioni di anni fa è il ricordo di una fase tettonica acuta fra le cause del grande evento ossidativo di quel periodo (ne ho parlato qui), quello intorno ai 1700 Ma ad un altra fase tettonica acuta, quello a 1000 corrisponde alla formazione del supercontinente rodinia e quello intorno a 500 alla formazione del Gondwana.  Gli zirconi del Kohistan e del Gangdese sono invece tutti recenti perché derivano dalla cristallizzazione di magmi provenienti dal mantello dovuti alla collisione fra le placche indiana e Euroasiatica.

Gli zirconi divisi in classi in base al rapporto fra età (ricavata con il metodo U/Pb) e εHf

Gli zirconi sono stati classificati in un diagramma in cui sono discriminate la loro età (ottenuta con la datazione radiometrica U/Pb) e il valore εHf, che descrive la fluttuazione del frazionamento degli isotopi dell’Afnio dovuto alla evoluzione magmatica. Nel diagramma oltre a quelli delle formazioni esaminate (pallini rossi e arancioni) sono considerati i dati della letteratura scientifica per gli zirconi presenti nelle aree adiacenti, limitatamente a quelli mesozoici e terziari, che possono essere divisi in famiglie ben distinte: 

• euroasiatici: Gangdese, altri vari del blocco di Lhasa, Karakorum
• kohistan
• oceano tetideo (si tratta di zirconi provenienti dalle grandi province magmatiche giurassiche di Rajmahal e Comei – Bundbury)

La presenza di zirconi di provenienza asiatica (formatisi negli archi mesozoici del Gangdese e del Karakorum) nei sedimenti delle formazioni di Kong e Chulung dimostra che in quel periodo la chiusura dell’oceano si era già verificata e, quindi, che la collisione era avvenuta (almeno nel settore occidentale 54 milioni di anni fa, all’inizio dell’Eocene. Questa è una età “minima” nel senso che sicuramente in quel momento la collisione era già avvenuta (poteva essere succesos anche un pò prima). 

Comunque questi dati se da un lato accertano la tempistica, sono ancora non capaci di accertare se il Kohistan si è scontrato prima con l’India o prima con l’Eurasia.

LO STRAORDINARIO ACCORDO CON I DATI BIOSTRATIGRAFICI. Questa datazione è straordinariamente in accordo con i dati della biostratigrafia a mammiferi dell’India. Nel Mesozoico e nel Paleocene del subcontinente indiano ci sono tracce evidenti di mammiferi primitivi (multitubercolati e  gondwanateri): al solito si tratta soprattutto di denti e di qualche osso frammentario, ma nessuno scheletro completo. Sono forme ben compatibili con la situazione geotettonica: resti di gondwanateri sono distribuiti tra il Cretaceo superiore e il Paleocene di India, Sudamerica ed Antartide. Non esistono, al momento, tracce di marsupiali, però alcuni reperti fanno pensare alla presenza di forme molto affini ai placentati, come il Deccanolestes (da alcuni autori ritenuto addirittura più vicino a Primati e roditori che ad altri placentati).

Negli ultimi 20 anni si è visto che l’inizio dell’Eocene corrisponde proprio ad una importante serie di cambiamenti faunistici, documentata nelle serie sedimentarie del subcontinente indiano nord occidentale. Eccezionali i ritrovamenti nella miniera di Vastan, nel Gujarat, dove si trovano esemplari molto basali di diversi ordini di mammiferi placentati. 

Nei continenti settentrionali (in particolare nell’Asia orientale) queste forme sono comparse poco prima, durante l’intenso riscaldamento che si è verificato al passaggio Paleocene – Eocene, il PETM (Paleocene – eocene Thermal Maximum). Ne ho parlato qui. 

I dati geologici e geocronologici sono quindi straordinariamente in accordo con quelli biostratigrafici, dimostrando che almeno nella zona NW l’India e l’Eurasia si sono scontrate già all’inizio dell’Eocene. Ovviamente non si può escludere che andando verso SE la chiusura sia avvenuta più tardi.

[1] van Hinsbergen et al 2012 Greater India Basin hypothesis and a two-stage

Cenozoic collision between India and Asia PNAS 109, 7659–7664

[2] Najman et al 2017 The Tethyan Himalayan detrital record shows that India–Asia terminal collision occurred by 54 Ma in the Western Himalaya Earth and Planetary Science Letters 459, 301–310

[3] Valley et al 2014 Hadean age for a post-magma-ocean zircon

confirmed by atom-probe tomography Nature Geoscience 7, 219-223

[4] Bajpai 2010 Timing of Earliest India-Asia Contact: Evidence of Terrestrial Vertebrates from Cambay Shale, Gujarat, Western Peninsular India 25th Himalaya-Karakoram-Tibet Workshop