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Scienze naturali

Scritto da Enrico Bonfante

profilo sudamerica africaQuando andiamo ad osservare su una cartina geografica il profilo orientale della costa sud americana e quello occidentale del continente africano, non possiamo non notare come sembrino combaciare perfettamente, quasi fossero i pezzi di un puzzle. Questa somiglianza ha portato diversi scienziati a ipotizzare che i due continenti fossero un tempo parte di un supercontinente.

La teoria della deriva dei continenti è stata formulata la prima volta nel 1912 da Alfred Wegener, che appunto ipotizzò che i continenti terrestri si spostassero con il passare dei millenni. Alla base della sua teoria erano portate come prove le conformazioni topografiche delle terre emerse.

alfred wegenerLa formalizzazione della teoria venne fatta da Wegener 3 anni più tardi, nel 1915, nel libro "Le origini dei continenti e degli oceani", in cui affermò che oltre 200 milioni di anni fa, esisteva un unico grande continente, che chiamò Pangea. Secondo lo scienziato, questo supercontinente si spezzò in più parti che "scivolarono" nel tempo, fino dare forma agli attuali continenti.

La conformazione topografica fu solo una delle prove che portò Wegener. Questa infatti non convinse molti scienziati che reputarono la similitudine della forma delle coste solo una coincidenza. Wegener invece era convinto di quanto affermava anche per altre prove che andò ad addurre.

Dopo la conformazione topografica, evidenziò infatti anche una similitudine geologica: catene montuose e strati rocciosi che bruscamente si interrompono sul bordo di un continente, si sono scoperti proseguire in un altro continente, senza averne invece evidenza negli oceani che separano tali continenti. Ad esempio sono state trovare catene montuose, simili per età e struttura ai Monti Appalachi, nelle isole britanniche e in Scandinavia. Se ricostruissimo gli spostamenti di questi continenti per riformare il supercontinente Pangea, troveremmo una chiara continuità di forma e struttura. L'età stessa di queste rocce ha fornito un altro importante elemento di prova geologica.

pangeaAltro elemento di prova è costituito dalle bande di fossili di 270 milioni di anni di un rettile estinto noto come Mesosaurus che sono state trovate sia nella parte orientale del Sud America che in Africa occidentale. Wegener concluse che questo era possibile solo se il Sud America e l'Africa fossero stati in passato uniti in un unica terra emersa. E come nel caso del Mesosauro, sono state trovate numerose altre bande fossili di forme di vita estinte prosegure in continenti oggigiorno distinti. 

Una ulteriore argomentazione a favore della teoria della deriva dei continenti ci è data da evidenze di tipo climatico.  L'esistenza di giacimenti di carbone nella parte orientale degli Stati Uniti, in Europa e in Siberia ha indicato che queste zone erano originariamente state grandi paludi tropicali. Dal momento che nessuno di queste regioni si trova attualmente in zone equatoriali, Wegener ha concluso che in passato dovevano aver avuto un clima tropicale, e che quindi solo con la deriva dei continenti si sono portate nelle loro posizioni attuali. Anche la presenza di depositi glaciali e le prove di erosione glaciale in luoghi dove ora non esistono più ghiacciai ha fornito ulteriori elementi di prova per la migrazione dei continenti da aree che prima erano coperte di ghiaccio.

Ma nonostante la grande quantità di prove che Wegener aveva presentato, la maggioranza della comunità scientifica respinse la sua teoria etichettandola come una sciocchezza. L'ostacolo principale all'affermazione della teoria era dato dal fatto che Wegener non era in grado di fornire un meccanismo adeguato per spiegare il motivo per cui i continenti si muovessero. E questo meccanismo non è stato evidenziato se non parecchi decenni dopo la sua morte nel 1930, quando nuove scoperte confermarono definitivamente i punti principali della teoria della deriva dei continenti di Wegener.

L'espansione dei fondali oceanici

Durante la Seconda Guerra Mondiale, un gran numero di studi sono stati condotti al fine di mappare con precisione il fondale marino. Ciò è stato fatto in primo luogo perché i sottomarini avevano bisogno di dati accurati per navigare in sicurezza, e in secondo luogo per individuare potenziali nascondigli per i sottomarini alleati e nemici. Questi studi, che proseguiti anche dopo la guerra, hanno portato ad una serie di scoperte sorprendenti tra cui la presenza di dorsali oceaniche e fosse oceaniche.

dorsale medio atlanticaMolti studi hanno dimostrato la presenza di una grande catena montuosa oceanica con una stretta valle che corre lungo il suo centro che si estende per l'intera lunghezza dell'Oceano Atlantico. Questa dorsale, nota come dorsale medio-atlantica, è collegata anche a una serie di altre creste medio-oceaniche che si estendono attorno all'intero pianeta.

fondale oceanico atlanticoPoi sono stati trovati in acque profonde anche solchi che si inabissano per molti chilometri e che si sviluppano per migliaia di chilometri in lunghezza. Simili a "trincee", si trovavano spesso ai bordi dei continenti o lungo catene di isole. La maggior parte delle fosse oceaniche sembra essere situata nelle acque dell'Oceano Pacifico.

La raccolta di campioni di sedimenti e rocce dal fondo del mare ha anche rivelato una serie di fatti interessanti: ad esempio lo strato di sedimenti sul fondo del mare è molto più sottile di quello che gli scienziati avevano previsto. Inoltre, nessuno dei campioni di sedimento aveva più di 180 milioni di anni, risultando quindi estremamente giovane rispetto all'età della crosta continentale che si misura in miliardi di anni.

Inversione magnetica e temperatura di Curie

E' un fatto ben noto che l'ago della bussola punta verso il polo nord magnetico. Si tratta di un fatto poco noto, tuttavia, che 800.000 anni fa questo stesso ago della bussola avrebbe puntato a sud invece che a nord. Questo perché i poli magnetici hanno invertito la loro direzione. Infatti, i poli magnetici si sono invertiti diverse volte nella storia geologica della Terra tra polarità normale (cioè i poli magnetici nord e sud sono nell'orientamento attuale), e la polarità invertita (cioè i poli magnetici nord e sud sono con orientamento opposto rispetto ad oggi). Questo fenomeno è noto come inversione magnetica.

Sappiamo che le inversioni magnetiche si sono verificate in passato a causa di una proprietà fisica di materiali magnetici conosciuta come temperatura di Curie (TC). Materiali magnetici perdono il loro magnetismo quando la loro temperatura supera la temperatura di Curie. Materiali magnetici diversi hanno differenti temperature di Curie. Tuttavia, poiché questi materiali si raffreddano a temperature inferiori alla temperatura di Curie, gli elementi magnetici nel materiale si dispongono, prima di solidificarsi, orientandosi con i poli magnetici. Una volta solidificati, rimane una registrazione dell'orientamento dei poli magnetici "congelata" in loro. La magnetite, un composto comune di rocce di natura ferrosa come il basalto e il componente principale di crosta oceanica, è spesso usato per studiare le varie inversioni dei poli magnetici della Terra nel tempo.

Paleomagnetismo

paleomagnetismoPoiché la temperatura di Curie ci dà una registrazione dell'orientamento dei poli magnetici della Terra, lo studio di rocce di diversa età rivela una grande quantità di informazioni sulla forza e l'orientamento delle proprietà magnetiche della Terra nel passato. Questo studio è noto come paleomagnetismo.

Il paleomagnetismo ha contribuito a spiegare un insolito fenomeno che era stato rilevato per la prima volta nel 1950. Studi magnetici del mare avevano stabilito che il fondale oceanico era coperto da fasce di bande magnetiche che variavano tra polarità normale e la polarità invertita. Un altro fatto strano era che queste bande magnetiche erano simmetriche sul fondo dell'oceano rispetto alla dorsale medio-oceanica.

registrazione polaritaQuesto fenomeno sconcertante di alternanza dell'orientamento magnetico di queste fasce è stato finalmente spiegato nel 1963 da due scienziati britannici, Fred Vite e del DH Matthews, che hanno proposto come possibile soluzione che l'alternanza dell'orientamento magnetico era stato causato dal paleomagnetismo. La loro ipotesi stabiliva che il magma che fuoriesce dalle dorsali medio-oceaniche permetteva di registrare l'orientamento corrente dei poli magnetici della Terra quando la sua temperatura scendeva al di sotto della temperatura di Curie. Questa nuova crosta oceanica è stata poi lentamente portata via dall'espansione del fondale marino. Una inversione magnetica dei poli verrebbe quindi “registrata” come una banda di polarità invertita nel fondo marino che lentamente si espande. La simmetria delle bande è dovuta all'espansione del fondo marino su entrambi i lati della dorsale medio-oceanica. Questa spiegazione sulla natura delle bande magnetiche e sull'alternanza della loro polarità, basata sul paleomagnetismo, ha di fatto convinto gli scienziati che una nuova crosta oceanica veniva continuamente formata da dorsali oceaniche, e che l'espansione dei fondali marini era una realtà.

Trivellazioni e la datazione dell'espansione dei fondali

glomar challengerAnche se la crosta oceanica generalmente si pensava fosse molto più giovane della crosta continentale, questo fatto non è stato provato fino a quando non si sono iniziate le perforazioni del fondale oceanico alla fine del 1960, con le quali si è potuto tracciare delle vere e proprie mappe dell'età geologica del fondo marino. La tecnologia di perforazione subacquea è stata sviluppata quando le compagnie petrolifere commerciali hanno iniziato a studiare fonti di petrolio “offshore”. Questa tecnologia di perforazione è stata poi adottata da navi da ricerca scientifica, come la Glomar Challenger. Le perforazioni oceaniche eseguite dalla Glomar Challenger tra il 1968 e il 1983 hanno permesso di determinare meglio l'età del fondo marino.

eta fondale oceano indianoI dati del Glomar Challenger mostrano chiaramente una progressione nelle età del sedimento oceanico man mano che ci si allontana dalle dorsali medio-oceaniche. I sedimenti presenti a ridosso di una dorsale medio-oceanica sono più giovani, mentre i sedimenti più antichi si trovano vicino alle piattaforme continentali, ovvero alla distanza maggiore dalle stesse dorsali. Questa progressione in età dei sedimenti del fondo marino è servita a corroborare ulteriormente la teoria di espansione dei fondali.
(seguirà con articolo sulla tettonica a placche)