La transmogrificazione: un nuovo tipo di crosta e di litosfera sottostante

Uno scontro continente – continente genera la formazione di una catena di tipo Himalayano. In queste collisioni oltre alla crosta oceanica viene ovviamente consumata tutta la litosfera sottostante agli oceani che sono stati chiusi (oltre ad una parte di quella continentale adiacente). Ho scritto in teoria perché fino ad oggi si è trascurata una considerazione fondamentale: è praticamente impossibile che la collisione avvenga fra due margini rettilinei e paralleli, perché ovviamente la maggior parte dei margini continentali presenta sporgenze e insenature e a causa di queste irregolarità geometriche quando in alcuni settori la collisione è completa, in altre aree dell’avampaese (la parte di crosta non ancora interessata dai movimenti tettonici “davanti” alla zona di scontro) esisterà ancora parte della litosfera oceanica con la crosta sovrastante e la sua copertura sedimentaria e in alcuni casi questa non verrà mai coinvolta nell'orogenesi. La sorte di questi bacini è piuttosto particolare.

LA GEOMETRIA DELLE COLLISIONI CONTINENTALI. Se vediamo la attuale collisione fra Africa, Arabia e India contro l’Eurasia notiamo che in alcune zone (Alpi, Appennini, Balcani, Iran e Himalaya) la collisione è completa e i settori oceanici fra i continenti sono ormai scomparsi. Ma altrove (Mediterraneo orientale, Mar Nero e Mar Caspio) resiste ancora della vecchia crosta oceanica mesozoica, circondate da crosta continentale e dove soprattutto non si evidenziano fenomeni di chiusura attuali (mar Nero e mar Caspio); anche il Mediterraneo orientale è in situazione simile perché la subduzione dell'arco Ellenico procede ad una velocità tale da rendere improbabile la chiusura totale del bacino, mente sulla subduzione della Calabria c’è un vastissimo dibattito sul fatto se sia ancora attiva (e lentissima) oppure il provesso si sia concluso. 

Quindi, quando due continenti si scontrano, non tutta la litosfera oceanica originariamente interposta fra essi scompare. A questo punto la questione interessante è il destino di questi bacini a crosta oceanica “morti” (cioè non più collegabili alla dorsale oceanica lungo la quale si erano formati) e della corrispondente litosfera sottostante. 

LA TRANSMOGRIFICAZIONE: IL DESTINO DEI BACINI OCEANICI INTRAPPOLATI NEGLI OROGENI. In un articolo appena uscito Jason Morgan e Paola Vannucchi (Morgan e Vannucchi, 2022) hanno provato a capire l’evoluzione nel tempo di questi blocchi oceanici residui:

• la prima loro caratteristica fondamentale è che siccome questi bacini costituiscono delle depressioni nell’avampaese si riempiono di una serie sedimentaria spessa oltre 10 km, nella quale la fanno da padroni sedimenti provenienti dalla demolizione delle giovani catene montuose e dagli archi magmatici che si sono formati a causa della collisione 
• questi sedimenti spesso derivano da rocce magmatiche dal (relativamente) alto tenore in ioni metallici radioattivi. Dopo circa 500 milioni di anni l'elevata radioattività di questi sedimenti terrigeni converte l'ex fondale marino in una forma particolare di crosta continentale e litosfera sottostante 
• il processo è stato chiamato dagli Autori transmogrificazione. Non conoscevo questo termine e pensavo che ci fosse una zona in Asia che si chiama Trans-Mogrib… invece si ispira alle popolarissime strisce degli anni ‘80 di Calvin, il bambino di 6 anni con la sua tigre di pezza e il suo transmogrificatore, uno scatolone che trasforma una cosa in un’altra (in inglese fa appunto una Transmogrification) 
• i 500 milioni di anni dalla loro formazione rappresentano anche un possibile punto di svolta: questi bacini si comportano, almeno per le prime centinaia di milioni di anni come blocchi rigidi a bassa elevazione ma successivamente possono riscaldarsi e indebolirsi, trasformandosi nei siti preferenziali per un nuovo ciclo di Wilson (dal nome del grande geofisico canadese John T. Wilson). Wilson notò che è comune il processo in cui a un ciclo di chiusura di un oceano spesso corrisponde una nuova apertura più o meno nella stessa direzione e nella stessa zona, a cui segue una nuova collisione. Cicli di Wilson multipli sono presenti in diverse parti della Terra (ad esempio fra quelle che ora sono l’Europa e l’America settentrionale e prima Baltica e Laurentia) ma ne sono stati individuati di molto antichi per esempio in Australia orientale. Anche la successione tra USA meridionali e Europa centrale e mediterranea dell’orogenesi ercinica (ora “varisica”) e di quella alpina rappresentano un altra coppia di cicli del genere anche se di tempistica più breve.

l'evoluzione nel tempo di alcune caratteristiche dei bacini in transmogrificazione: topografia, profondità dei vari livelli e temperatura
 e soprattutto si vede come la resistenza allo sforzo nella zona tettonicamente più critica aumenta all'inizio ma crolla a 500 milioni di anni 

TRANSMOGRIFICAZIONE E LARGE IGNEOUS PROVINCES. La transmogrificazione è anche possibilmente legata alla formazione delle Large Igneous Provinces (in sigla: LIP). Chi mi conosce sa che mi sono occupato in modo particolare di questi terrificanti episodi magmatici in cui si mettono in posto centinaia di migliaia di km3 (se non milioni) di magmi basaltici, episodi che spesso anticipano la formazione degli oceani e durante i quali avvengono gli eventi di estinzione di massa (per esempio qui). Se la transmogrificazione porta a un eventuale riscaldamento e indebolimento della crosta e della litosfera sottostante, è possibile che la litosfera transmogrificata possa essere particolarmente soggetta a fenomeni di estensione (termine ineccepibile dal punto di vista geologico: delaminazione litosferica). Se aiutata dalla presenza nel mantello di una zona anomalmente calda (geologicamente: un mantle plume), la delaminazione rappresenta quindi un ambiente geodinamico preferenziale per la messa in posto di Large Igneous Provinces e di rift continentali (Shi et al, 2021), rift che se proseguono l'evoluzione diventano oceani iniziando un nuovo ciclo di Wilson. 

A loro volta i plateau basaltici oceanici (che altro non sono che Large Igneous Provinces messe in posto sul fondo degli oceani), con la loro crosta più spessa/più galleggiante del normale, possono anche essere candidati preferenziali per l'intrappolamento e la transmogrificazione durante la collisione continentale, ed in effetti quando giungono nelle zone di collisione ne influenzano moltissimo la dinamica, come succede adesso con il plateau di Ontong-Java a nord delle isole Salomone.

I due cicli di Wilson tra Europa e America Settentrionale
da Buiter e Torsvik (2014)
Le Large Igneous Provinces precedono di frequente la separazione dei continenti

BACINI CANDIDATI: Il lavoro di Morgan e Vannucchi oltre a quelli coinvolti nell’orogene alpino - himalayano presenta alcuni bacini candidati all’interno dell’Asia. Sono in uno stato più avanzato di transmogrificazione in quanto la loro storia è più antica, legata agli eventi che hanno costruito la fascia orogenica paleozoica dell’Asia Centrale, un’area continentale che, lungi dall’essere un blocco rigido antico, è un assemblaggio recente di una serie di blocchi di varia origine, per la maggior parte bacini oceanici, bacini marginali e archi magmatici. Si tratta di un evento collisonale durato praticamente quasi tutta l’era paleozoica (ne ho parlato qui).

• Il bacino del Tarim è una depressione mediamente a poco più di 1000 metri di quota, circondata da montagne altissime come Tibet, Karakoram e Tien Shan ed è, naturalmente, endoreico. È anche interessante da un punto di vista antropologico: lì vivevano i Tocari, popolazione indoeuropea affine agli indeuropei occidentali e non a quelli indo-iranici, la cui eredità si vede negli attuali Uiguri, una popolazione che mostra un curioso – e bellissimo – miscuglio di tratti uralici e indoeuropei (ne ho parlato qui). Tornando alla geologia, la presenza di questo bacino mi ha sempre incuriosito. Dà l’idea di un blocco rigido indeformato in tutto quel macello orogenico che è appunto la fascia paleozoicao dell’Asia centrale. Ero convinto che fosse un blocco continentale tipo il Tibet o il Kazakhstan, ma in effetti Zhang et al (2013) lo deducono attraverso quanto vedono ai margini, cosa questa che può essere completamente errata. Di fatto più recentemente questa idea è stata abbandonata in favore di altre, che vanno dal rift abortito di quasi un miliardo di anni fa al plateau oceanico (Deng et al, 2017)
• C’è poi il bacino dello Junggar: si trova a NE del Tarim, è meno appariscente rispetto al precedente ma la sua crosta secondo gli ultimi lavori pare essere appunto un plateau oceanico come il Tarim (Zhang et al, 2019). 
• Anche il Sichuan potrebbe rappresentare una cosa del genere.

i bacini candidati ad essere in vari stadi di transmogrificazione tra Mediterraneo e Asia Centrale
da Morgan e Vannucchi 2022

ALTRI BACINI CANDIDATI NON CITATI DA MORGAN E VANNUCCHI. Ci sono altri bacini / blocchi che possono rappresentare crosta transmogrificata non citati nel lavoro?

Direi di si. Provo ad elencarne alcuni:

• il Golfo del Messico, con la crosta oceanica mesozoica della Tetide caraibica: è un bacino in cui la transmogrificazione è a livello del Mar Nero (ricordo che l’Atlantico si è aperto perpendicolarmente rispetto alla Tetide: sull’apertura della Tetide ho scritto per esempio questo post)
• due bacini fra Iran e Afghanistan, Lut e Helmand: hanno un bel pò di coperture, parecchio vulcanismo recente ma un basamento sconosciuto. L’idea che siano un pò come il Tarim e lo Junggar viene, tantopiù che anche loro sono attualmente in posizione di avampaese
• in Europa il Golfo di Botnia (e il mar Baltico?) potrebbero rappresentare un qualcosa del genere (ma non chiedetemi di quando… orogenesi Caledoniana? La più antica orogenesi delle Svecofennidi o la ancora più antica cintura magmatica scandinava?)
• in Australia settentrionale la zona del Kalkarindji, teatro della messa in posto circa 510 milioni di anni fa della omonima Large Igneous Province, oltre 600 milioni di anni dopo l’orogenenesi di Grenville, quando si è determinato il posizionamento attuale dei blocchi che compongono l’Australia occidentale e centrale. Dal punto di vista biotico non è casuale che questa LIP sia contemporanea all’evento di estinzione di massa della fine del Cambriano inferiore e che dal punto di vista del ciclo di Wilson preluda alla successiva separazione dall’Australia di una serie di blocchi che ora fanno parte dell'Asia, come il Tarim, la Cina Meridionale e la Cina Settentrionale. La LIP di Kalkarindji potrebbe quindi essersi formata in un bacino transmogrificato a seguito della orogenesi di Greenville e immagino che se ne dovrebbero trovare altri sparsi per il mondo data la vastità di questo evento. In Australia SW ci sono poi dei bacini nell'orogene del che mi incuriosiscono davvero tanto da questo punto di vista (Ashburton, Collier ed Edmund)
• per quanto riguarda i plateau oceanici ci sono due LIP mesozoiche molto interessanti da questo punto: la LIP Caraibica che adesso è coinvolta nella catena andina da un lato e nella dinamica dei Caraibi meridionali dall’altro e, come detto sopra, il plateau di Ontong-Java che, arrivato da poco nella “zona calda”, sta complicando la collisione fra le placche pacifica e indoaustraliana a nord delle Fijie delle Salomone

il blocco di Helmand e il blocco di Lut mostrano alcune caratteristiche
 che ne fanno dei potenziali candidati per il processo di transmogrificazione

Un buon filone per trovare tracce di bacini transmogrificati potrebbe essere lo studio di quanto è successoprima della messa in posto di varie Large Igneous Provinces. 

PS: da ultimo mi pongo un dubbio atroce: mancano nella mia mente bacini in transmogrificazione tra Europa e Usa a seguito della orogenesi Varisica e pure di quella caledoniana (tranne forse il golfo di Botnia e il Mar Baltico?). Non ci sono perché:

• i margini degli oceani entrambe le volte erano paralleli fra loro (strano)?
• le vicende tettoniche connesse alla nuova quasi immediata apertura della Tetide li hanno inglobati?
• oppure esistono non sono ancora stati identificati come tali?

Sono curioso di capire come stia la questione!

BIBLIOGRAFIA

Buiter e Torsvik (2014) A review of Wilson Cycle plate margins: A role for mantle plumes in continental break-up along sutures? Gondwana Research 26/2,627-653

Deng et al (2017) Lithospheric density structure beneath the Tarim basin and surroundings, northwestern China, from the joint inversion of gravity and topography. Earth Planet. Sci. Lett. 460, 244–254

Morgan e Vannucchi (2022) Transmogrification of ocean into continent: implications for

continental evolution PNAS 119/15 e2122694119

Shi et al (2021) Connection between a subcontinental Plume and the Mid- Lithospheric discontinuity leads to fast and intense craton lithospheric thinning. Tectonics 40, e2021TC006711

Zhang et al (2013) Tectonic framework and evolution of the Tarim Block in NW China Gondwana Research 23 (2013) 1306–1315

Zhang et al (2019). The Deep Lithospheric Structure of the Junggar Terrane, NW China: Implications for Its Origin and Tectonic Evolution. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 124, 11,615–11,638