LA FORMAZIONE DELLE MONTAGNE

    Per tutta l’antichità e fino al Medioevo l’uomo ha considerato le catene montuose come entità stabili e perenni, nate con il mondo. In verità qualche dubbio sull’origine di questi giganti di roccia ripiegata era già sorto nel IV e V secolo avanti Cristo quando i filosofi greci avevano notato con stupore che conchiglie, coralli e resti di altri organismi marini si potevano raccogliere anche in cima alle montagne. Come c’era arrivato il mare fino lassù?

    In tempi più recenti, casualmente vennero scoperti, negli strati rocciosi di alcune montagne, resti di animali e piante marine, ma l’argomento riguardante i fossili (dal latino fodere = scavare) si perdette nella confusione delle teorie ecclesiastiche che ignoravano la vera natura di questi oggetti così chiaramente somiglianti agli organismi viventi. Svariate e fantasiose furono le spiegazioni del fenomeno come quelle che li consideravano lusus naturae, cioè scherzi della natura o tentativi fatti dal Creatore per mettere alla prova la fede dell’uomo.

    Chi pose il problema al di fuori di ogni discussione fu Leonardo da Vinci, che ne intuì la verità e da quel momento i fossili vennero ritenuti esattamente quello che appaiono, ossia i resti di organismi vissuti in tempi geologici passati. Ma per giungere ad una spiegazione definitiva del collegamento che intercorre fra i processi che originano le catene montuose e gli ambienti marini si deve arrivare alla seconda metà del secolo scorso quando si capì che i sedimenti accumulati sul fondo del mare potevano venire deformati e sollevati per migliaia di metri.

1. LE TEORIE OROGENETICHE

     Il ciclo geologico che porta alla formazione delle catene montuose si chiama orogenesi (dal greco òros = monte e génesis = nascita) e comprende non solo il sollevamento e il ripiegamento di enormi pacchi di sedimenti marini, ma anche il precedente accumulo di questo materiale in depressioni prossime al continente e il loro progressivo sprofondamento. Le teorie orogenetiche possono essere divise in due gruppi: quelle che prevedono il formarsi delle montagne come effetto di spinte verticali e quelle che richiedono l’intervento di spinte tangenziali, più o meno parallele alla crosta terrestre. In passato furono più seguite le teorie dei sollevamenti verticali, oggi quelle dei movimenti tangenziali.

    Al primo gruppo di teorie appartiene quella antica che immaginava la nascita delle montagne come effetto della contrazione che la crosta avrebbe subito in seguito al raffreddamento del pianeta. Secondo questo modello la crosta terrestre era concepita come un rivestimento rigido e sottile sovrastante la parte interna fusa o quasi fusa. A mano a mano che questa parte interna si raffreddava, si ritirava rispetto alla crosta, la quale, per potersi adattare all’area sottostante rimpicciolita, era costretta a fratturarsi e corrugarsi come la buccia di una mela secca. Questa ipotesi rendeva necessario supporre una certa uniformità e simmetria nella distribuzione delle catene montuose sulla superficie terrestre, ma le catene montuose, che fra l’altro rappresentano una parte piuttosto esigua del nostro pianeta, non mostrano affatto una disposizione regolare. Inoltre, la scoperta degli elementi radioattivi di cui proprio la crosta è ricca, ha evidenziato che la Terra genera essa stessa energia, sotto forma di calore, in quantità più che sufficiente a compensare le perdite dovute all’irradiazione. La Terra non si starebbe quindi raffreddando, anzi può darsi addirittura che si stia riscaldando.

    Successivamente, la scoperta della diversa composizione delle rocce che formano i continenti e di quelle che tappezzano i fondi oceanici portò alla formulazione della teoria della “isostasia” (dal greco isos = uguale e stasis = stare) per spiegare la ricerca di un equilibrio fra masse più leggere e masse più pesanti attraverso movimenti di sollevamento e di abbassamento di vaste aree della crosta terrestre. A questa scoperta si arrivò attraverso la misura della deviazione del filo a piombo. Si notò che il filo a piombo sistemato in prossimità di grosse catene montuose veniva attratto da queste in misura minore di quello che ci si aspettava, e a volte veniva addirittura respinto. Se le montagne fossero semplicemente dei cumuli di terra più elevati delle aree circostanti e giacessero come un peso in eccesso sul substrato rigido, il filo a piombo avrebbe dovuto deviare verso di esse in misura maggiore di quanto osservato. Se ciò non accadeva voleva dire che vi era qualche cosa che compensava l’eccesso di massa della montagna. La soluzione più semplice era quella di immaginare, sotto la montagna, delle radici profonde, composte dello stesso materiale relativamente leggero di cui è fatta la montagna stessa, immerse nel substrato più pesante. Queste radici profonde di materiale leggero avrebbero sostituito il materiale più pesante del basamento, in modo da far diminuire lo spostamento del filo a piombo fino al valore rilevato.

   Ricerche geofisiche e sismiche condotte con strumenti più raffinati del semplice filo a piombo, hanno confermato che non solo le montagne, ma tutta la crosta continentale è formata da rocce relativamente leggere (graniti, gneiss e sedimenti) che vengono chiamate sialiche perché costituite prevalentemente da silicati di alluminio, mentre la crosta che tappezza i fondi oceanici è formata da rocce più pesanti (basalti, peridotiti, ecc.) dette simatiche perché ricche di silicati di magnesio. La crosta simatica oceanica, dello spessore di 6-7 kilometri, si estende anche sotto i continenti avvolgendo completamente la Terra, mentre lo strato sialico non è continuo e i continenti possono essere considerati delle specie di enormi zattere di rocce leggere dello spessore medio di 30-40 kilometri, che può arrivare a 70-80 in corrispondenza delle catene montuose, poggiate sul sima.

    Torniamo ora alla teoria dell’isostasia alla quale si arrivò studiando l’enorme pacco di sedimenti (12 mila metri) che formano i monti Appalachi nel Nord America. Nel 1859 il geologo newyorkese James Hall notò che le rocce sedimentarie, compresse e ripiegate, che formano la catena degli Appalachi avevano uno spessore dieci volte maggiore di quello di sedimenti non ripiegati della stessa epoca che giacevano nella vicina pianura. Inoltre osservò anche che tutti quei sedimenti erano di mare poco profondo e quindi dovevano essersi accumulati in una zona che andava abbassandosi all’incirca allo stesso ritmo con cui i detriti venivano deposti. Solo in questo modo, infatti, si sarebbe reso possibile l’accumulo di grandi spessori di sedimenti tutti dello stesso tipo. Lo sprofondamento della crosta su cui si accumulavano le sabbie e i fanghi provenienti dalle terre vicine sarebbe continuato fino a che la spinta del materiale profondo, reso pastoso dall’alta temperatura, non avesse superato il carico sovrastante più leggero sollevandolo e deformandolo in accordo con il principio di Archimede.

    Alla fossa lunga e stretta sistemata in prossimità dei continenti in cui si accumulano e si costipano i materiali destinati ad evolvere in una catena montuosa di corrugamento il geologo americano James Dana nel 1870 dette il nome di geosinclinale. Per quanto riguarda lo sprofondamento dei sedimenti che si accumulano all’interno di questa sacca naturale del fondo marino, in un primo momento si era pensato che potesse essere il loro stesso peso a spingere il contenuto verso il basso, ma poi, ragioni connesse con l’equilibrio della crosta, esclusero questa ipotesi. Ne vennero allora avanzare delle altre fra cui quella delle correnti convettive delle masse magmatiche sottostanti, che avrebbero trascinato verso il basso, quasi risucchiato, il contenuto della geosinclinale, ma nemmeno questa ipotesi soddisfaceva appieno. In realtà non è necessario spiegare il meccanismo di un fenomeno per poterlo trattare. Siamo sicuri ad esempio delle glaciazioni del quaternario che hanno coperto di ghiaccio mezza Europa senza essere in grado di spiegarne la causa e siamo anche sicuri del magnetismo terrestre senza sapere come si origina. Attualmente i geologi sono convinti che qualunque sia stato il meccanismo di formazione delle geosinclinali si tratta di zone di indebolimento della crosta terrestre come è dimostrato anche dai frequenti sismi e dalle rocce vulcaniche iniettate fra i materiali sedimentari che poi sarebbero andati a formare le montagne.

    In qualsiasi modo si sia prodotto l’abbassamento, i geologi ritenevano in passato che quando la parte più profonda della fossa geosinclinale avesse raggiunto la zona calda del sima sottostante l’espansione provocata dal calore avrebbe dilatato e contorto i sedimenti che, divenuti meno densi e non trovando possibilità di espandersi di fianco, avrebbero iniziato a risalire. L’isostasia si basa infatti su quel principio fisico incontestabile secondo cui un corpo che galleggia su una massa fluida più pesante emerge tanto più quanto più profondamente è immerso in essa.

2. LE SPINTE TANGENZIALI

     Le teorie orogenetiche che si appellano a spinte tangenziali per spiegare l’emersione e il ripiegamento degli enormi sedimenti marini che andranno a formare le catene a pieghe e falde di ricoprimento fanno riferimento alla teoria più generale della tettonica delle placche. L’osservazione che le catene montuose, soprattutto quelle di formazione più recente, si trovino ai margini dei continenti, così come il fatto che le fosse profonde si rinvengano in vicinanza delle coste e non in mezzo agli oceani, fece ritenere che fosse lo spostamento di zolle di crosta terrestre a causare questi fenomeni.

    Già lo stesso Wegener, con la sua teoria della deriva dei continenti, pensava che le montagne fossero il risultato del movimento dei continenti che, incontrando resistenza lungo la strada, o scontrandosi fra loro, avrebbero ripiegato e sollevato i bordi come avviene in un tappeto sul quale viene spinto un armadio per avvicinarlo al muro. D’altra parte, l’idea che la formazione delle catene montuose potesse avvenire a seguito dello spostamento dei continenti non era in contraddizione con la teoria delle geosinclinali secondo cui l’emersione dei sedimenti sarebbe dovuta allo schiacciamento degli stessi provocato dalla collisione dei continenti. Le Alpi e l’Himalaya, ad esempio, si sarebbero sollevate quando l’oceano della Tetide si restrinse a causa dell’avvicinamento dell’Africa all’Europa e, rispettivamente, dell’India all’Asia. Lo scontro di questi blocchi continentali avrebbe premuto sulle geosinclinali facendone uscire il contenuto come esce il dentifricio quando si preme sul tubetto.

     Con la teoria della tettonica delle placche (o tettonica globale) il meccanismo della formazione delle montagne viene rivisto nei dettagli, ma sostanzialmente rimane quello che aveva intuito Wegener. A muoversi ora non sarebbero più i continenti, ma i fondali oceanici i quali, giunti in prossimità dei continenti, finirebbero per inabissarsi sotto di essi schiacciando il contenuto delle geosinclinali e provocando terremoti e fuoriuscita di magma come è testimoniato dai numerosi vulcani che si trovano in prossimità delle grandi catene montuose. Il fenomeno di sottoscorrimento del basamento oceanico, con termine tecnico, è detto subduzione (dal latino sub, sotto e ducere, guidare, quindi: “portare al di sotto”).

    Negli anni immediatamente precedenti la teoria della tettonica delle placche, anche lo schema di geosinclinale era stato revisionato. Vennero individuati due tipi di geosinclinale separati da una zona rilevata chiamata ruga: una miogeosinclinale più vicina alla costa in cui si depositano sedimenti di mare basso e una eugeosinclinale più al largo in cui accanto a sedimenti di mare più profondo vengono emesse rocce vulcaniche. Quando si verifica un’orogenesi, le forze che la producono spingono l’intero pacco dei sedimenti delle due geosinclinali verso il continente (detto con termine tecnico avanpaese) che rimane praticamente indeformato. Anche sui continenti vennero individuate due strutture geologiche fondamentali: le aree stabili, spianate dall’erosione, dette cratoni, e quelle instabili, dette orogeni. I cratoni, distinguibili in scudi (se leggermente arcuati come uno scudo poggiato a terra) e tavolati, rappresentano la porzione più antica e pianeggiante della parte emersa del pianeta priva di vulcanismo e di sismicità, mentre gli orogeni presentano invece caratteristiche di debolezza, possono essere deformati, sono sede di fenomeni magmatici e sismici e mostrano un profilo topografico piuttosto accidentato.

    Secondo le attuali teorie, l’orogenesi è quindi direttamente legata alla formazione degli oceani i quali, a differenza dei continenti, sono strutture di formazione geologica recente: in essi infatti non si sono mai raccolte rocce di età superiore ai 200 milioni di anni, mentre sulla terra ferma vi sono anche rocce che hanno un’età di quasi quattro miliardi di anni. Inoltre gli oceani non sono dei larghi catini con il fondo più o meno pianeggiante come si riteneva in passato, ma presentano irregolarità e rilievi che possono raggiungere dimensioni anche maggiori di quelle che si riscontrano sui continenti. Questi rilievi sottomarini sono quasi tutti di origine vulcanica e quelli di dimensioni maggiori possono anche affiorare formando delle isole, che, come nel caso delle Hawaii, hanno un’altezza complessiva di 10 mila metri. Ma i rilievi oceanici più imponenti e più interessanti dal nostro punto di vista sono le dorsali, cioè quelle catene montuose che si snodano in una zona più o meno centrale di tutti gli oceani.

    La prima di queste catene sottomarine ad essere scoperta, nella seconda metà dell’Ottocento, fu la dorsale medio-atlantica, una struttura che pertanto era nota anche a Wegener, il quale, tuttavia, non ne aveva capito la funzione e la considerava una fastidiosa anomalia, un accumulo di detriti abbandonati dai continenti nel loro movimento di deriva. Fin dagli anni Venti del secolo scorso, però, gli scienziati sapevano già che questa dorsale dell’Atlantico non era una formazione limitata a quell’oceano, ma faceva parte di un sistema molto più ampio, esteso a tutti gli oceani del mondo, lungo quasi 70 mila kilometri.

     Lungo la cresta di questa dorsale oceanica corre normalmente una fossa tettonica, detta in inglese rift, ossia spaccatura, larga alcuni kilometri e profonda qualche centinaio di metri. Da questa spaccatura centrale si osservano continue emissioni di lava che, solidificandosi su ambo i lati sotto forma di basalti, vanno a pavimentare i fondali oceanici. Il magma fluido sottostante sarebbe spinto in superficie da correnti di convezione, generate da differenze di temperatura. Più precisamente, nel mantello sottostante la litosfera si formerebbero correnti circolari contigue di materiale fluido o semifluido simili a quelle che si generano nell’acqua di una pentola posta sul fuoco. I rami ascendenti di due celle convettive adiacenti trasportano verso l’alto il materiale lavico che va ad insinuarsi nella fossa tettonica la quale si allarga, oltre che per l’arrivo di nuovo materiale, anche a seguito delle trazioni esercitate dalle celle convettive che giunte sotto la litosfera tendono a divergere. La trazione esercitata dal movimento rotatorio del magma, spostando lateralmente le rocce che formano i pavimenti oceanici, spiegherebbe il motivo per il quale le rocce che si trovano in prossimità della dorsale sono piuttosto recenti mentre via via che si procede verso i due bordi dell’oceano si incontrano rocce di età sempre più antica. Inoltre, con l’espansione dei fondi oceanici, si spiegherebbe anche il motivo per il quale i sedimenti che si depositano sul fondo degli oceani sono praticamente inesistenti in prossimità della dorsale, mentre presentano spessori di vari kilometri vicino ai continenti.  

    L’orogenesi sarebbe quindi legata all’apertura e all’evoluzione di un oceano. Vediamo allora come si forma un oceano. Un oceano nasce quando la litosfera di un continente, sottoposta a tensione, si spacca. Si apre allora una fossa tettonica simile a quella africana che partendo dalla valle del Giordano, attraverso il Mar Rosso, si estende lungo gran parte dell’Africa orientale. Da questa spaccatura del terreno in un primo tempo fuoriescono lave che vanno a formare alti coni vulcanici. In seguito, mentre i bordi della fossa si alzano per l’arrivo di nuove lave provenienti dal magma sottostante, la fossa stessa, appesantita dalla presenza di materiali simatici, sprofonda fino ad essere parzialmente invasa dal mare o occupata da laghi lunghi e stretti. Col tempo, le lave che continuano a fuoriuscire dalla spaccatura centrale solidificano sull’uno e sull’altro lato di questa profonda apertura della crosta terrestre formando una dorsale sottomarina i cui lati, spianati dall’azione delle onde, si allontanano a mano a mano che nuova lava solidifica nel centro. Mentre viene spostata lateralmente la litosfera sottomarina si raffredda e si appesantisce e nel contempo spinge i due monconi continentali in direzione opposta.

    L’arrivo di nuovo materiale dalle zone sottostanti la crosta e l’espansione dei fondi oceanici dovrebbe far aumentare il volume del globo terrestre. Non è facile misurare un aumento di volume del pianeta, ma le misure indicano che l’espansione dei fondi oceanici dovrebbe essere comunque maggiore di un’eventuale espansione dell’intero pianeta. Quindi, anche ammesso che la Terra si espanda, sicuramente lo farebbe ad un ritmo decisamente inferiore a quello dei fondi oceanici. Da ciò consegue che lontano dall’asse di espansione deve esistere una zona nella quale il fondo oceanico viene distrutto. Le numerose e dettagliate osservazioni portano a ritenere che la distruzione di crosta oceanica avviene ai margini della zolla dove prima o poi compaiono delle fosse in prossimità delle quali i fondali oceanici appesantiti e raffreddati sprofondano e vengono a poco a poco inghiottiti per subduzione.