Il vulcanismo pre e post collisionale in Himalaya

Sul gruppo facebook di geologi.it, dove oltre a geologi ci sono parecchi curiosi, come geologi siamo contenti (almeno la maggior parte…) che ci siano in quel gruppo non geologi e siamo contenti che questi facciano domande di qualsiasi tipo (siamo molto meno contenti quando molti di essi arrivano a conclusioni o presentano ipotesi perché in genere si tratta di sfondoni notevoli...). Fra le tante è stata recentemente posta una domanda piuttosto interessante e cioè come mai nell’Himalaya, pur essendoci uno scontro fra placche, non ci sia vulcanismo. La risposta sarebbe molto semplice e nell’occasione ho contribuito a dare una risposta, ma come membro del gruppo di Geologia Himalayana della Società Geologica Italiana mi sento in dovere di precisare meglio le cose: di vulcanismo convergente ce n'è stato, e tanto, nel passato. Solo che da quando l'India si è scontrata con l'Eurasia sono venute a mancare le le condizioni adatte alla sua continuazione.

PLACCHE CONVERGENTI CON SUBDUZIONE E NO. Da un punto di vista generale il vulcanismo di collisione richiede la presenza di una placca in subduzione, cosa che si verifica puntualmente quando la collisione coinvolge crosta oceanica, sia in collisioni oceano – oceano che oceano – continente (dove per questioni di densità la crosta che va in subduzione è sempre quella oceanica). Però alla chiusura di un oceano la collisione diventa continente – continente e le cose cambiano perché la crosta continentale è troppo densa per “immergersi” all’interno del mantello. Insomma, è un po' come immergere un palloncino pieno d’aria nell’acqua: se non viene spinto non rimane sott'acqua. Siccome nulla preme sopra la crosta continentale se non quanto vi sta sopra, non c’è quindi verso che la crosta continentale vada in profondità nel mantello. In molti casi addirittura la vecchia crosta oceanica prosegue il movimento e si distacca da quella continentale (come si vede dall'immagine a fianco, che evidenzia nel punto cerchiato la rottura dello slab). E questo chiude la possibilità di sviluppo di nuovo vulcanismo di tipo “sopra subduzione”. Non preclude però, come vedremo, un altro tipo di vulcanismo che è comune proprio a tutte le collisioni continente – continente.

Una applicazione pratica di queste differenze fra collisione oceano – continente e continente – continente si vede proprio la lunga zona di convergenza che va da Gibilterra all’Indonesia passando per Italia, Mediterraneo, Iran e Himalaya: il magmatismo di tipo orogenico, quello “sopra una subduzione” si trova alle Eolie, in Grecia e poi in Indonesia, cioè negli unici punti dove la collisione è ancora oceano – continente. Nel resto dell’area non abbiamo più magmatismo (o – meglio – se è presente ha altra origine) perché, consumata ormai tutta la crosta oceanica della Tetide, Africa, Arabia e India sono entrate in collisione con l’Eurasia. Dopodichè i blocchi meridionali continuano a spingere e provocare terremoti in Eurasia anche a distanza del fronte di collisione attuale e questo vale sia per il blocco Africa-Adria (specialmente nelle Alpi orientali, ne ho parlato qui) che per l’Arabia (ne ho parlato qui). Ma chi fa veramente sconquassi è l’India che sta penetrando come un rompighiaccio nell’Eurasia (ne ho parlato qui): di fatto una buona parte della sismicità all’interno del continente asiatico è dovuta a movimenti lungo le vecchie cicatrici fra i blocchi che si sono amalgamati nel paleozoico formando l’orogene dell’Asia centrale, una gigantesca fascia orogenica, nata dalla chiusura dell’oceano paleoasiatico, un bacino che iniziò a formarsi oltre un miliardo e mezzo di anni fa alla separazione fra Siberia e Cina settentrionale e che si è chiuso fondendo insieme una impressionante serie di blocchi continentali più o meno grandi (ne ho parlato qui). 

da PALEOMAP di Christopher Scotese la situazione dopo l'amalgamazione
del microcontinente di Lhasa nell'Eurasia  

INDIA E TERRENI TIBETANI IN AMALGAMAZIONE CON L'EURASIA. Dopo questo grande evento l’Asia, fusa anche con l’Euroamerica grazie alla formazione degli Urali, ha continuato ad accrescersi nel suo fianco SW con l’aggregazione dei terreni cimmerici (Iran Afghanistan etc etc), tibetani e da ultimo, circa 55 milioni di anni fa, dell’India.

Di fatto, mentre l’America Settentrionale e i continenti meridionali, India compresa, sono il residuo del vecchio supercontinente Pangea, l’Asia nella sua grandezza e maestosità è all’opposto un continente nato di recente proprio grazie a questa enorme collisione e che ancora si sta amalgamando (ma, contemporaneamente, rispezzettando).

Sulla collisione India – Eurasia innanzitutto occorre fare una distinzione, anche se approssimativa e non completa, ma funzionale a questa narrazione fra i due oceani mesozoici, la Paleotetide e la Neotetide e al magmatismo associato alla loro chiusura:

• la Paleotetide era frapposta fra i terreni che si sono staccati nel tardo paleozoico dal Gondwana (in genere dl lato dell’Africa – Arabia) e l’Asia 
• la Neotedide tra questi terreni e il Gondwana

Insomma, nel Mesozoico tra l’Eurasia e l’India c’erano due settori oceanici, divisi dal blocco di Lhasa e dall’arco del Kohistan – Ladakh.

L'immagine tratta dalle Paleomap di Scotese mostra la situazione nel Paleocene.

Il blocco di Lhasa altro non è che un microcontinente staccatosi dal Gondwana nel Triassico o tutt’al più nel Giurassico e che si è scontrato con l’Asia (esattamente contro il blocco del Qiangtang) nel Cretaceo, lungo la sutura di Bangong–Nujiang, che si trova nel Tibet. Vediamo la sua storia nella figura tratta da Peng et al (2020).

Le suture lungo le quali si erano sviluppati precedentemente gli archi vulcanici 

IL VULCANISMO DI CONVERGENZA IN HIMALAYA. Adesso nei dintorni dell’Himalaya di vulcanismo non ce n’è o quasi (si registrano in Tibet 3 zone attive nel Quaternario, ma non direttamente collegate alla collisione), ma di vulcanismo “sopra una subduzione” ce n’è stato parecchio in passato, a più riprese.

In particolare ci sono 2 episodi fondamentali: la chiusura della Paleotetide e la chiusura della Neotetide e si deve dire che il magmatismo pre-collisionale di arco, ovviamente in genere a chimismo calcalcalino è stato molto abbondante ed è una cosa complessa perché sono esistite e si sono alternate nel tempo diverse suture (come succede ad esempio adesso con l’arco delle Izu-Bonin davanti a quello delle Filippine).

Questo vulcanismo si suddivide in diversi blocchi principali (il timing è preso da Parsons et al, 2020):

1. LATO NORD DEL BLOCCO DI LHASA E QIANGTANG MERIDIONALE: la fascia metallogenica di Bangong–Nujiang contiene rocce magmatiche che si sono prodotte durante la collisone fra il microcontinente di Lhasa e il Qiangtang fra fine Triassico e Cretaceo inferiore. La cosa curiosa è che sono distribuite in entrambi i lati della sutura di Bangong–Nujiang e quindi la direzione della collisione è ancora incerta: qualche ricercatore la vede diretta verso nord sotto il Qiangtan, altri verso sud sotto il microcontinente di Lhasa e così altri ancora hanno pensato ad una subduzione doppia come succede ora in Indonesia tra Sulawesi e le Molucche oppure a due subduzioni diverse nello stesso lato che si sono alternate nel tempo.

2. IL BATOLITE DEL KARAKORAM. Si tratta di una suite dalla storia molto lunga, perchè inizia alla fine del Triassico e arriva fino al miocene (ma la parte più recente fa parte di un altro contesto geodinamico, come vedremo poi). Gli eventi orogenici sono registrati dal Giurassico al Cretaceo. Da notare che in genere le ricostruzioni pleogeografiche considerano il Karakoram come l’estensione verso ovest del Qiangtang (ora sono divisi dalla importantissima faglia del Karakoram)

3. A SUD DEL BLOCCO DI LHASA: IL GANGDESE. Il microcontinente di Lhasa era in mezzo all’oceano e quindi dopo che la collisione ha sancito la chiusura di quel settore della Tetide, a sud c’era ancora l’oceano che lo separava dall’India. Per cui è iniziata la subduzione della Neotetide sotto il blocco di Lhasa, che è diventato un margine di tipo andino tra il cretaceo e il paleocene, quando all’arrivo dell’India contro l’Asia la collisione da oceano – continente diventa continente – continente e si conclude la fase magmatica. La grande sutura dell’Indo – Brahmaputra (Tsangpo in cinese) è la traccia della collisione.

Quindi il blocco di Lhasa è circondato da subduzioni che vedono la presenza di importanti episodi vulcanici sia a nord che a sud di esso, a nord tra fine triassico e inizio del cretaceo con lo scontro con il Qiangtang e – finita questa – quella meridionale del Gangdese che inizia nel Cretaceo arriva all’inizio dell’Eocene.

4. L’ARCO DEL KOHISTAN – LADAKH. Questo blocco registra il magmatismo correlato alla subduzione della Neotetide sotto l’Asia in un ambiente intraoceanico tra il Giurassico superiore e l'Eocene, e si compone dell’arco intraoceanico del Kohistan dove affiorano sia la crosta inferiore che quella superiore di una imponente e quasi completa sequenza magmatica di arco intraoceanico. A questa sequenza è tradizionalmente associato il vicino batolite del Ladakh. La relazione tra l'arco intraoceanico di Kohistan e il Gangdese è controversa. Alcuni autori propongono che l'arco intraoceanico del Kohistan si sia formato lungo una zona di subduzione intraoceanica non correlata al Gangdese, mentre altri propongono che l'arco intraoceanico del Kohistan fosse la continuazione verso ovest dell'arco Gangdese, una situazione simile a quello che succede oggi con la subduzione delle Aleutine, che inizia in Alaska sotto il continente e prosegue nell’arcipelago. C’è poi un pò di incertezza ancora sui tempi della collisione fra India e arco del Kohistan – Ladakh. Ne parlai a suo tempo, ma sull’argomento non sono molto aggiornato e so che sono stati scritti diversi altri lavori in proposito.

le zone interessate nel tempo dal vulcanismo post-orogenico.
Le stelle rosse indicano gli episodi più recenti e quella gialla la zona
dell'Himalaya in cui il gruppo italiano ha trovato evidenti tracce di un eventi termico

IL MAGMATISMO POST-COLLISIONALE: la chiusura definitiva dell’oceano fra India e Eurasia ha provocato la cessazione del vulcanismo orogenico nel Kohistan e nel Gangdese all’inizio dell’eocene. Però un nuovo ciclo vulcanico è iniziato quasi subito: il magmatismo tardo orogenico.  Questa attività la troviamo quasi dovunque ci sia stata una collisione continente – continente, addirittura fin dall’esordio della tettonica a placche, nel paleoproterozoico. Diciamo che negli orogeni di questo tipo si instaura spesso un regime estensionale (conditio sine qua non per avere vulcanismo!). Oltre a un collasso gravitativo dovuto allo squilibrio di masse dovuto alla sovrapposizione di vasti domini una volta affiancati durante la fase di convergenza ci sono altri fattori importanti che possono contribuire (o addirittura originare) il regime tensionale: una questione geodinamica, il richiamo di magma dal mantello che si incunea nella zona di rottura dello slab che abbiamo visto all'inizio del post e una questione geometrica: in tutti gli sconti continente - continente c'è una componente di movimento non perpendicolare alla convergenza,  per cui gli sforzi laterali continuano lungo le suture che diventano linee di debolezza o lungo altre linee di debolezza preesistenti; il che può portare a situazioni strane con la formazione di grandi trascorrenti come nel post-varisico mediterraneo (Muttoni et al, 2009). Un esempio himalayano è la faglia di Altyn Tagh che borda a nord il Tibet e corrisponde alla sutura lungo la quale si sono scontrati il blocco del Tarim e quelli del Tibet settentironale nel Paleozoico superiore: e ora viene ripresa come faglia trascorrente (Heron et al, 2016). Inoltre la placca che preme può anche portare all'estrusione di parti crustali come nel settore orientale delle Alpi e - appunto - dell'Himalaya 

In Italia di queste fasi ne sappiamo qualcosa, con i graniti “tardo-varisici” delle Alpi (Gottardo, Monte Rosa, Monte Bianco etc etc) e di Sardegna, Corsica e Calabria) e con l’attività tardo – alpina nelle Alpi Occidentali (Adamelllo e Hochgall, per esempio). In Himalaya questo magmatismo è dovuto ad un cambiamento dello stile tettonico, dalla compressione ad una componente estensionale (come nel post-varisico dell’area italiana). In ogni caso è probabile che in questo quadro anche la rottura dello slab vista all'inizio di questo post conti qualcosa.

Le rocce ignee neogeniche sono distribuite in tutto il Tibet. Nella carta, modificata da Mo et al (2006) e dove ho evidenziato le suture ma purtroppo non sono riuscito a inserire la topografia (ahi, le mie scarse competenze in computer graphics...), si vede un ottimo quadro riassuntivo della evoluzione spazio-temporale delle aree via via interessate dal vulcanismo tardo – orogenico, che sia pure in minimi termini sta continuando tuttora. 

Immagino che l’evento termico che è stato oggetto di studi da parte di ricercatori italiani nell’area dell’Himalaya, a Dolpo (Nania et al, 2021) sia riferibile proprio ai riflessi della messa in posto di questi magmi.

BIBLIOGRAFIA

Heron et al 2016. Lasting mantle scars lead to perennial plate tectonics. Nature communications DOI: 10.1038/ncomms11834

Muttoni et al 2009. Opening of the Neo-Tethys Ocean and the Pangea B to Pangea A transformation during the Permian. GeoArabia, v. 14, no. 4, 2009, p. 17-48

Nania et al 2021. A thermal event in the Dolpo region (Nepal): a consequence of the shift from orogen perpendicular to orogen parallel extension in central Himalaya?  Journal of the Geological Society, DOI 10.1144/jgs2020-261
Parsons et a. 2020. Geological, geophysical and plate kinematic constraints for models of the India-Asia collision and the post-Triassic central Tethys oceans. Earth-Science Reviews 208 (2020) 103084
Peng et al 2020. The odyssey of Tibetan Plateau accretion prior to Cenozoic India-Asia collision: Probing the Mesozoic tectonic evolution of the Bangong-Nujiang Suture. Earth-Science Reviews 211 (2020) 103376
Po et al 2006. Petrology and geochemistry of postcollisional volcanic rocks from the Tibetan plateau: Implications for lithosphere heterogeneity and collision-induced asthenospheric mantle flow Geological Society of America Special Paper 409, 507-530