Il guscio esterno

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Alla base della crosta, un brusco cambiamento nel comportamento osservato delle onde sismiche segna l’interfaccia con il mantello. Il mantello è composto da rocce più dense, sulle quali galleggiano le rocce della crosta. Su tempi geologici, il mantello si comporta come un fluido molto viscoso e risponde alle sollecitazioni scorrendo. Insieme, il mantello superiore e la crosta agiscono meccanicamente come un unico strato rigido, chiamato litosfera.

Il guscio esterno litosferico della Terra non è un pezzo unico continuo, ma è rotto, come un guscio d’uovo leggermente incrinato, in circa una dozzina di blocchi rigidi separati, o placche. Ci sono due tipi di placche, oceaniche e continentali. Un esempio di una placca oceanica è la placca del Pacifico, che si estende dall’innalzamento del Pacifico orientale fino alle fosse oceaniche profonde che delimitano la parte occidentale del bacino del Pacifico. Una placca continentale è esemplificata dalla placca nordamericana, che comprende l’America del Nord e la crosta oceanica tra essa e una porzione del Mid-Atlantic Ridge. Quest’ultima è un’enorme catena montuosa sottomarina che si estende lungo l’asse del bacino atlantico, passando a metà strada tra l’Africa e il Nord e Sud America.

Le placche litosferiche sono spesse circa 60 km (35 miglia) sotto gli oceani e 100-200 km (60-120 miglia) sotto i continenti. (Va notato che questi spessori sono definiti dalla rigidità meccanica del materiale litosferico. Non corrispondono allo spessore della crosta, che è definito alla sua base dalla discontinuità nel comportamento delle onde sismiche, come citato sopra). Essi viaggiano su uno strato debole, forse parzialmente fuso, del mantello superiore chiamato astenosfera. Le lente correnti di convezione in profondità nel mantello, generate dal riscaldamento radioattivo dell’interno, guidano i movimenti laterali delle placche (e dei continenti sopra di esse) ad un ritmo di alcuni centimetri all’anno. Le placche interagiscono lungo i loro margini, e questi confini sono classificati in tre tipi generali sulla base dei movimenti relativi delle placche adiacenti: divergenti, convergenti e a trasformazione (o strike-slip).

In aree di divergenza, due placche si allontanano l’una dall’altra. I movimenti di risalita del mantello costringono le placche a separarsi nelle zone di frattura (come lungo il centro del fondo dell’Oceano Atlantico), dove i magmi del mantello sottostante salgono a formare nuove rocce crostali oceaniche.

Le placche litosferiche si muovono una verso l’altra lungo i confini convergenti. Quando una placca continentale e una placca oceanica si incontrano, il bordo anteriore della placca oceanica è forzato sotto la placca continentale e giù nell’astenosfera – un processo chiamato subduzione. Solo le lastre di crosta oceanica più sottili e dense saranno in subduzione, tuttavia. Quando due continenti più spessi e più galleggianti si uniscono in zone convergenti, resistono alla subduzione e tendono a piegarsi, producendo grandi catene montuose. L’Himalaya, insieme all’adiacente altopiano del Tibet, si formò durante una collisione continente-continente, quando l’India fu portata nella placca eurasiatica dal movimento relativo della placca indiana-australiana.

Al terzo tipo di confine di placca, la varietà di trasformazione, due placche scorrono parallelamente l’una all’altra in direzioni opposte. Queste aree sono spesso associate ad un’alta sismicità, poiché le tensioni che si accumulano nelle lastre crostali scorrevoli vengono rilasciate ad intervalli per generare terremoti. La faglia di San Andreas in California è un esempio di questo tipo di confine, che è anche conosciuto come una faglia o zona di frattura (vedi zona di frattura sottomarina).

La maggior parte dei processi tettonici attivi della Terra, compresi quasi tutti i terremoti, si verificano vicino ai margini di placca. I vulcani si formano lungo le zone di subduzione, perché la crosta oceanica tende ad essere rifusa mentre scende nel mantello caldo e poi sale in superficie come lava. Catene di vulcani attivi, spesso esplosivi, si formano così in luoghi come il Pacifico occidentale e le coste occidentali delle Americhe. Le catene montuose più antiche, erose dagli agenti atmosferici e dal dilavamento, segnano le zone di una precedente attività del margine delle placche. Le parti più antiche e geologicamente più stabili della Terra sono i nuclei centrali di alcuni continenti (come l’Australia, parti dell’Africa e il Nord America). Chiamati scudi continentali, sono regioni in cui la costruzione di montagne, le faglie e altri processi tettonici sono diminuiti rispetto all’attività che si verifica ai confini tra le placche. A causa della loro stabilità, l’erosione ha avuto il tempo di appiattire la topografia degli scudi continentali. È anche sugli scudi che le prove geologiche delle cicatrici dei crateri di antichi impatti di asteroidi e comete sono meglio conservate. Anche lì, tuttavia, i processi tettonici e l’azione dell’acqua hanno cancellato molte caratteristiche antiche. Al contrario, gran parte della crosta oceanica è sostanzialmente più giovane (decine di milioni di anni), e nessuna risale a più di 200 milioni di anni fa.

Questo quadro concettuale in cui gli scienziati ora comprendono l’evoluzione della litosfera terrestre – chiamata tettonica a placche – è quasi universalmente accettato, anche se molti dettagli devono ancora essere elaborati. Per esempio, gli scienziati non hanno ancora raggiunto un accordo generale su quando si sono formati i nuclei continentali originali o su quanto tempo fa i moderni processi della tettonica a placche hanno iniziato ad operare. Certamente i processi di convezione interna, di segregazione dei minerali per fusione parziale e ricristallizzazione, e il vulcanismo basaltico operavano più vigorosamente nei primi miliardi di anni della storia della Terra, quando l’interno del pianeta era molto più caldo di oggi; tuttavia, il modo in cui le terre emerse si sono formate e si sono disperse potrebbe essere stato diverso.

Una volta cresciuti i grandi scudi continentali, la tettonica a placche era caratterizzata dall’assemblaggio e dalla rottura ciclica di supercontinenti creati dall’amalgama di molti piccoli nuclei continentali e archi di isole. Gli scienziati hanno identificato due di questi cicli nella documentazione geologica. Un supercontinente iniziò a disgregarsi circa 700 milioni di anni fa, nel tardo Precambriano, in diversi grandi continenti, ma circa 250 milioni di anni fa, vicino all’inizio del Triassico, la continua deriva di questi continenti portò alla loro fusione in un unico supercontinente chiamato Pangea. Circa 70 milioni di anni dopo, Pangea cominciò a frammentarsi, dando gradualmente origine all’attuale configurazione continentale. La distribuzione è ancora asimmetrica, con i continenti situati prevalentemente nell’emisfero settentrionale di fronte al bacino del Pacifico.

Sorprendentemente, dei quattro pianeti terrestri, solo la Terra mostra prove di tettonica a placche pervasiva a lungo termine. Sia Venere che Marte mostrano una geologia dominata dal vulcanismo basaltico su una crosta in gran parte immobile, con solo deboli accenni di episodi forse limitati di movimento orizzontale delle placche. Mercurio è intrinsecamente molto più denso degli altri pianeti terrestri, il che implica un nucleo metallico più grande; la sua superficie è per lo più coperta da crateri da impatto, ma mostra anche un modello globale di cicatrici che suggerisce un restringimento del pianeta, associato forse al raffreddamento interno. Apparentemente essenziali per il tipo di tettonica a placche che si verifica sulla Terra sono le grandi dimensioni del pianeta (quindi, alto flusso di calore e crosta sottile), che elimina Marte, e l’acqua crostale pervasiva per ammorbidire la roccia, che Venere ha perso molto presto nella sua storia. Anche se la Terra è effettivamente geologicamente attiva e quindi possiede una superficie giovane, la superficie di Venere potrebbe essere stata completamente rinnovata dal vulcanismo basaltico globale nell’ultimo miliardo di anni, e piccole porzioni della superficie di Marte potrebbero aver subito un’erosione molto recente da acqua liquida o da frane.