Pennacchi e punti caldi

Formazione di un punto caldoLa maggior parte dei vulcani è collegata ai movimenti delle placche e si trova in prossimità dei loro margini. Tuttavia esistono dei vulcani isolati all'interno delle placche, detti punti caldi (hot spots), dove si ha la formazione di un cono che emette lava basaltica diversa da quella delle dorsali, perché è più ricca di metalli alcalini.
Sono stati individuati circa una quarantina di punti caldi, situati in prevalenza all'interno di due grandi regioni, l'una comprendente la placca africana e l'altra la placca del Pacifico.
Sono state riconosciute due tipologie di punti caldi.

  • Il primo tipo è situato in zone molto lontane dai margini delle placche, come quello delle Hawaii.
  • Il secondo tipo è localizzato lungo o vicino i margini divergenti, in aree in cui l'attività vulcanica è molto superiore alla media. Un esempio è l'isola di Islanda.

Si suppone che i punti caldi siano originati da pennacchi, correnti cilindriche di risalita di materiale forse dalle zone profonde del mantello, o al confine con il nucleo e ciò spiegherebbe la diversa composizione chimica del magma. Quando raggiungono la base della litosfera, i pennacchi determinano fusioni parziali nelle zone più superficiali. Il magma così formato attraversa la litosfera e raggiunge la superficie.
Quando una placca si sposta sopra un punto caldo, che si ritiene immobile, genera una fila di vulcani subaerei che formano isole. Man mano che la placca si muove, trascina le isole, perciò, quelle più lontane, non più alimentate, hanno vulcani spenti. Con il passare del tempo, le strutture diventano meno elevate, vengono sommerse dalle acque e diventano guyot, rilievi dalla cima appiattita.
L'esempio più interessante è quello delle Hawaii, le cui isole si sono formate a partire da un unico punto caldo. La prima della serie ha vulcani attivi, mentre nelle altre isole sono spenti e geologicamente più antichi; la Catena dell'Imperatore invece, deviata per un cambiamento di direzione della placca, è ormai costituita da monti marini e guyot. Nell'Africa orientale si nota una frammentazione per distensione a forma di “Y”, che trova una giustificazione più convincente se si suppone la presenza di un unico punto caldo piuttosto che la presenza delle sole celle convettive.

Formazione di un punto caldo.
M. CRIPPA, M. RUSCONI, A. BARGELLINI, M. FIORANI, D. NEPGEN, M. MANTELLI, Scienze naturali, 5, Arnoldo Mondadori, 2014, p. T32.

Catena dell'ImperatoreHawaii

Catena dell'Imperatore.
E. J. TARBUCK, F. K. LUTGENS, M. PAROTTO, Il nostro pianeta, Principato, Milano 1990, p. 106.
Le Hawaii.
E. LUPIA PALMIERI, M. PAROTTO, Scienze della Terra, Zanichelli, Bologna 2014, p. 322.

Distribuzione dei punti caldi

Distribuzione dei punti caldi.
J. PHELAN, M.C. PIGNOCCHINO, Le scienze naturali - Osservare la Terra e la materia, Zanichelli, Bologna 2015, p. 226.

 

Critiche e nuove ipotesi

Il modello dei pennacchi spiega le osservazioni sugli allineamenti dei punti caldi e le età dei vulcani estinti, ma non è ancora completo ed esauriente.
La critica all'ipotesi originaria è basata in larga parte su considerazioni di geochimica avanzata:

  • La tomografia sismica sembra evidenziare che le onde sismiche non rallentano sotto i punti caldi.
  • L'enorme pressione esistente nel profondo mantello richiede un altrettanto grande aumento di viscosità con moti convettivi assai lenti e difficoltosi, rendendo così alquanto problematica l'esistenza di sottili colonne di magma risalenti velocemente verso la superficie.
  • La geochimica delle lave dei punti caldi è simile a quella dei molti vulcani sottomarini delle dorsali oceaniche o sparsi nei fondi oceanici.
  • Le temperature delle lave che escono dai vulcani degli hot spot non sono più elevate di quelle dei centri di espansione medio-oceanica.

L'ipotesi alternativa a quella dei punti caldi è insita nella stessa tettonica delle placche: la fusione parziale del mantello non si verifica solo in corrispondenza delle dorsali, ma anche in aree situate in mezzo alle placche quando sforzi tensionali originano fessure, crepe nella litosfera che possono aprirsi in modo progressivo, coinvolgendo porzioni sempre maggiori di litosfera e originando file di vulcani.

Alcuni scienziati hanno individuato due superpennacchi (superplumes) con risalita di enormi quantità di materiali dal mantello. I superpennacchi sono molto diversi dalle sottili colonne che formano i pennacchi e non sono previsti nell'ipotesi di Tuzo Wilson.
Poiché i dati più recenti indicano che solo pochi punti caldi sono alimentati da pennacchi che hanno origine dal mantello profondo, si pensa che alcuni siano generati all'interno dei superpennacchi, vicino alla zona di transizione, altri direttamente nella parte superiore dell'astenosfera.
Inoltre, i pennacchi non dovrebbero essere lineari nella loro risalita, ma deviati a causa della convezione del mantello.

Superpennacchi e punti caldi

Superpennacchi e punti caldi.
G. LONGHI, Processi e modelli di Scienze della Terra, B, De Agostini, Novara 2012, p. E33.