L'espansione dei fondali oceanici

L'ipotesi di Hess

Harry Hammond Hess (1906 - 1969), geologo americano della Princeton University, integrò i dati provenienti da nuove scoperte geofisiche e nel 1960 formulò la teoria della espansione dei fondali oceanici. Si era infatti scoperto che nelle fosse poste ai margini degli archi insulari c'erano delle anomalie gravimetriche negative che indicavano uno sprofondamento della crosta. Ciò era in contrasto con il principio dell'isostasia. Per questo Hess suppose che le dorsali corrispondessero alle correnti convettive ascendenti di Holmes, dove si verificava un fenomeno di divergenza, e si creava continuamente nuova crosta oceanica con la lava proveniente dal mantello. Le fosse, invece, corrispondevano al ramo discendente di una cella convettiva, dove la crosta veniva passivamente trascinata nel mantello per essere rifusa. Dal momento che la Terra non aumenta il suo volume complessivo, se c'è creazione di crosta, da qualche parte deve esserci consumazione di crosta in uguale misura. Gli sudi sui seamounts del Pacifico, che chiamò guyot, indicavano la presenza di fossili non più antichi del Mesozoico, quindi, gli oceani dovevano essere strutture giovani.
L'ipotesi dell'espansione oceanica spiega e correla un gran numero di dati e osservazioni apparentemente senza alcun legame. Questa ipotesi è stata suffragata da successive prove sperimentali, ricavate dallo studio di fenomeni come le zone di frattura, le anomalie magnetiche e l'età e lo spessore dei sedimenti oceanici.

Le zone di frattura

Il geofisico canadese J. Tuzo Wilson aveva osservato che la crosta terrestre si presentava in tre configurazioni strutturali diverse, caratterizzate da fenomeni sismici e vulcanici:
- catene montuose e archi insulari;
- dorsali oceaniche;
- faglie trascorrenti.
Nel 1965 ipotizzo che la crosta fosse suddivisa in placche rigide di varia dimensione, collegate tra lo da dorsali e fosse. Inoltre, quando una delle due strutture sembrava scomparire, in realtà si trasformava in una terza struttura che chiamò faglia trasforme, da non confondere con la faglia trascorrente. Essa tagliava perpendicolarmente la dorsale, dimostrando l'esistenza dell'espansione dei fondali oceanici prodotta dalle celle convettive, divergenti sotto la dorsale.
Anche la sismologia forniva intanto nuovi dati; gli ipocentri dei terremoti che si verificavano tra l'arco insulare e la fossa oceanica erano sempre più profondi andando verso l'arco, come se fossero localizzati lungo un piano inclinato, detto piano di Benioff.

Dorsale dislocata dalla faglia trasforme (in verde). Le fasce di diverso colore indicano periodi di differente magnetizzazione. Da: P. R. FEDERICI – L. AXIANAS, La Terra pianeta vivo, EBF, Firenze 1984, p. 138.

Le anomalie magnetiche

Nei fondali oceanici erano state riscontrate delle anomalie magnetiche diverse da quelle dei continenti.
Le rocce basiche poste lungo la dorsale presentavano bande parallele simmetriche, larghe da 5 a 50 km, che mostravano alternativamente i minerali ferrosi orientati secondo il campo magnetico attuale e invertito (vedi il paleomagnetismo).
Nel 1963, il giovane studente universitario di geofisica inglese F. Vine e il suo docente di Cambridge D. Mathews formularono un'ipotesi che inseriva queste anomalie nel contesto dell'espansione dei fondali oceanici. Lungo la dorsale usciva lava basaltica che si poneva ai due lati della fenditura, allontanando la colata precedente nelle due direzioni opposte; quando si solidificava, conservava l'indicazione della direzione del campo magnetico presente in quel momento. Se il campo si invertiva, l'evento rimaneva registrato nella nuova lava che continuamente usciva. In questo modo, dopo un certo tempo, si potevano osservare fasce simmetriche parallele alla dorsale. Lo stesso fenomeno era riscontrabile in tutti gli oceani.
Con metodi radiometrici Vine stimò che la velocità di espansione dei fondali variava da 1 centimetro a 4,5 cm all'anno. Per quanto riguarda l'età, dimostrò che gli oceani non erano più antichi del Mesozoico, in accordo con quanto Hess aveva determinato studiando i fossili dei guyots.

Da: B. ARGENTA – P. GIOIA, Elementi di scienze della Terra, McGraw-Hill, Milano 1994, p. 295.

I sedimenti oceanici

Verso la fine degli anni Sessanta iniziò un programma di ricerche, con lo scopo di perforare e campionare i fondali oceanici: il progetto Joides (Joint Oceanographic Institutes Deep Earth Sampling Program = programma per la campionatura dei fondali profondi, a cura degli Istituti Oceanografici Riuniti). La nave oceanografica Glomar Challenger fu attrezzata per perforazioni in alto mare e dotata di un sistema di posizionamento dinamico, controllato da un calcolatore e capace di mantenere la posizione anche in acque troppo profonde per consentire l'ancoraggio.
Furono eseguiti carotaggi in diverse località e fu dimostrato, mediante l'analisi micropaleontologica, che i sedimenti non erano più antichi di 190 milioni di anni e si trovavano abbondanti lontano dalle dorsali, mentre erano del tutto assenti nelle loro vicinanze. Anche questi dati erano in accordo con quanto scoperto dagli altri studiosi.
Il fatto che le rocce dei continenti hanno quasi 4 miliardi di anni, mentre gli oceani sono molto più giovani, non significa che prima di 190 milioni di anni fa non esistevano oceani, ma che quelli antichi sono ormai sprofondati lungo le fosse o impilati ai margini dei continenti.

Ormai i geologi avevano a disposizione una grande quantità di dati, e i tempi erano maturi per formulare una teoria globale, che tenesse conto delle nuove acquisizioni e spiegasse in modo unitario tutte le manifestazioni della dinamica crostale (orogenesi, sismi, vulcanismo, tettonica).

Da: A . MORESCALCHI – A. M. BASILISCO – C. REA, Natura e sperimentazione , 3, Ferraro, Napoli, 1985, p. 158.
F. FANTINI – C. MENOTTA – S. MONESI – S. PIAZZINI, Il pianeta Terra e la biosfera, Italo Bovolenta Editore, Bologna 1995, p. 158.