Sev Kender al suo microscopio
Una delle più grandi domande rimaste senza risposta nella tettonica a placche è come iniziano le zone di subduzione. La tettonica a placche e la diffusione dei fondali marini è stata una teoria rivoluzionaria scoperta a metà del XX secolo che ha spiegato gran parte della geologia e ha dato inizio alla nostra disciplina moderna. Prima di essa non esisteva un’unica teoria accettata sul perché gli oceani e le montagne si siano formati, sul perché i continenti abbiano l’aspetto che avevano un tempo, e sul perché gli animali di diversi continenti sembrino avere antenati comuni scomparsi da tempo. Qui Sev Kender ci parla di alcuni recenti progressi nella scienza…
Le zone di subduzione, come la profonda fossa delle Marianne al largo della costa meridionale del Giappone, sono dove una placca viene spinta sotto un’altra mentre si muovono una verso l’altra. La placca sottostante si consuma nel mantello terrestre e crea magma caldo che erutta dai vulcani sulla superficie della placca sovrastante (per esempio le Isole Marianne Settentrionali). È abbastanza problematico spiegare come un pezzo di crosta oceanica passiva debba improvvisamente rompersi e iniziare a formare una fossa, e ci sono due modelli principali che esistono per spiegare come una zona di subduzione possa iniziare: spontaneo” (un lato affonda perché è più denso) o “indotto” (forzato dalla pressione di un’altra fonte lontana). Ma è difficile testare queste idee, perché il processo non può essere osservato oggi. Le zone di subduzione persistono per molti milioni di anni, e il periodo di iniziazione è avvenuto milioni di anni fa nella maggior parte dei casi.
Il luogo della ricerca nella crosta
dell’arco Izu-Bonin-Mariana
Un modo per capire l’iniziazione della zona di subduzione è quello di praticare un lungo foro nella crosta oceanica della placca sovrastante, per verificare la composizione e l’età della crosta, e per vedere come si comportava (in termini di variazioni del livello del mare), prima che la subduzione iniziasse. Il problema è che milioni di anni di tempo dall’inizio della subduzione hanno permesso a chilometri di sedimenti di accumularsi sopra e di oscurare la crosta.
Io e altri 30 scienziati ci siamo recati nel Mar delle Filippine nell’estate 2014 sulla nave perforatrice JOIDES Resolution, gestita dall’International Ocean Discovery Program, per perforare la crosta dell’arco Izu-Bonin-Mariana. Si tratta di una zona di fossa oceanica estinta a sud del Giappone, dove ha avuto inizio l’odierna fossa delle Marianne. Nel nostro articolo su Nature Geoscience riportiamo come abbiamo raccolto con successo 1,5 km di foro attraverso i sedimenti sovrastanti e nella crosta stessa, datando le rocce con microfossili e “magnetocroni” di inversione del campo magnetico (inversioni del passato note che sono state datate da altre tecniche in altri record).
Abbiamo scoperto che la crosta è molto più giovane del previsto (Eocene, circa 50 milioni di anni), una scoperta sorprendente che indica la necessità di riadattare le nostre idee su come si è formata la zona di subduzione. La crosta ha caratteristiche chimiche che indicano che si è formata nel momento in cui la zona di subduzione è iniziata, piuttosto che molto prima. La crosta potrebbe essersi formata in un ambiente estensionale attraverso la diffusione del fondo marino, in qualche modo simile a quella che si forma oggi sulle dorsali medio-oceaniche, anche se in questo caso vicino alla zona di subduzione appena formata.
Le dorsali medio-oceaniche sono dove si forma nuova crosta oceanica fresca e sono il contrario delle zone di subduzione. Oggi ci sono numerose “faglie di trasformazione” vicino alle dorsali, enormi fratture attraverso la crosta che si formano a causa dell’interazione delle placche di diffusione con la curvatura della terra.
Una sezione sottile attraverso la giovane crosta
Un’idea è che la zona di subduzione si sia formata lungo una precedente linea di debolezza in una di queste zone di frattura, ma i nostri dati non lo provano. Tuttavia, mostrano che l’inizio è stato probabilmente “spontaneo” piuttosto che “indotto”, poiché la crosta si è formata in un ambiente estensionale e non si è sollevata prima della formazione. Questo ci ha permesso di iniziare a capire il processo di iniziazione della subduzione, e ulteriori analisi nei prossimi anni delle rocce raccolte ci aiuteranno a raffinare questo nuovo modello, e a capire l’evoluzione dell’arco di Izu-Bonin-Mariana dal suo inizio.
Di Sev Kender (ricercatore presso il Centro di geochimica ambientale, BGS-Università di Nottingham).
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Immagini
Sev Kender al suo microscopio
Il luogo della ricerca sulla crosta dell’arco di Izu-Bonin-Mariana
Una sezione sottile attraverso la crosta giovane