La tettonica delle placche: la teoria che spiega il pianeta

Osserva una carta geografica del mondo abbastanza a lungo e una strana coincidenza comincerà a tormentarti. La sporgenza del Brasile sembra fatta per incastrarsi nell'incavo dell'Africa occidentale, come due pezzi di una fotografia strappata. La gente lo notò quasi non appena esistettero carte accurate dell'Atlantico, all'inizio del 1600. Per tre secoli rimase una curiosità, uno scherzo visivo che la geografia faceva a chiunque fosse abbastanza ozioso da restare a fissarla. Poi un meteorologo tedesco di nome Alfred Wegener prese sul serio quello scherzo, e così facendo diede il via a una delle grandi rivoluzioni nella storia della scienza.

Oggi sappiamo che le coste combaciano perché il Sud America e l'Africa un tempo erano uniti, parte di un'unica vasta massa continentale, e da allora si sono allontanati alla deriva per migliaia di chilometri. Il guscio esterno e rigido della Terra non è un'unica crosta solida, bensì un insieme di enormi placche in movimento, che scivolano l'una accanto all'altra, si infilano l'una sotto l'altra e si allontanano l'una dall'altra a velocità più o meno pari alla crescita delle unghie. Quel movimento lento e implacabile è il motore che sta dietro a quasi tutto ciò che è spettacolare nella superficie del nostro pianeta: le montagne, le fosse oceaniche, i terremoti e i vulcani. La teoria che lega insieme ogni cosa si chiama tettonica delle placche, ed è probabilmente l'idea più importante in assoluto delle scienze della Terra.

L'idea eretica di un meteorologo

Alfred Wegener non era un geologo, ed è in parte per questo che i geologi lo ignorarono così a lungo. Nel 1912 propose quella che chiamò deriva dei continenti: l'idea che i continenti un tempo formassero un unico supercontinente, da lui chiamato Pangea (dal greco "tutta la terra"), che si era lentamente frammentato facendo migrare i pezzi fino alle loro posizioni attuali.

Le sue prove erano davvero notevoli. L'incastro del puzzle: le coste, in particolare i margini delle piattaforme continentali, combaciavano con una precisione sorprendente. I fossili: specie fossili identiche emergevano in continenti ora separati da interi oceani. La pianta simile a una felce Glossopteris e il piccolo rettile d'acqua dolce Mesosaurus comparivano sia in Sud America sia in Africa, e nessuno dei due avrebbe potuto nuotare o galleggiare attraverso l'Atlantico. Le rocce: catene montuose e formazioni rocciose caratteristiche sembravano iniziare in un continente e proseguire in un altro, come se una frase fosse stata tagliata a metà e i pezzi archiviati su scaffali opposti di una biblioteca.

Il problema era che Wegener non riusciva a spiegare come i continenti si muovessero. Suggerì che si aprissero un varco nel fondale oceanico come navi nell'acqua, un'idea che i fisici giustamente demolirono come impossibile. Senza un meccanismo credibile, la sua teoria fu liquidata, spesso con durezza. Wegener morì nel 1930 durante una spedizione attraverso la calotta glaciale della Groenlandia, decenni prima che arrivasse la sua riabilitazione.

Il meccanismo mancante sul fondo dell'oceano

La risposta non venne dai continenti ma dal fondo del mare. Dopo la Seconda guerra mondiale, nuovi rilevamenti sonar e magnetici cartografarono per la prima volta il fondale oceanico in dettaglio, e ciò che rivelarono fu sorprendente. Lungo il centro dell'Atlantico correva una colossale catena montuosa sottomarina, la dorsale medio-atlantica, parte di un sistema di dorsali che cinge il globo per decine di migliaia di chilometri.

All'inizio degli anni Sessanta, geologi tra cui Harry Hess proposero l'espansione dei fondali oceanici. L'idea centrale: la roccia fusa risale lungo queste dorsali, si raffredda e forma crosta oceanica nuova di zecca, che poi si espande verso l'esterno in entrambe le direzioni come una coppia di nastri trasportatori che si allontanano dalla dorsale. I continenti non si aprivano un varco nel fondale: vi cavalcavano sopra.

La prova decisiva fu magnetica. Quando la lava fresca si raffredda, i minerali magnetici al suo interno bloccano la direzione del campo magnetico terrestre in quel momento. Poiché il campo del pianeta inverte la polarità di tanto in tanto su scala dei tempi geologici, il fondale oceanico registrava uno schema di strisce magnetiche, simmetriche ai due lati di ciascuna dorsale, come un codice a barre stampato dal pianeta stesso. Le strisce di un lato rispecchiavano quelle dell'altro, esattamente come ci si aspetterebbe se la nuova crosta venisse prodotta al centro e trasportata verso l'esterno. Verso la fine degli anni Sessanta la dimostrazione era schiacciante, e la deriva dei continenti rinacque come la teoria più ampia e solida della tettonica delle placche.

Come si muovono davvero le placche

Il quadro che emerse funziona così. Lo strato più esterno della Terra, chiamato litosfera, è rigido e fragile e suddiviso in circa una dozzina di placche principali oltre a molte altre più piccole. Queste placche galleggiano sull'astenosfera, uno strato del mantello sottostante più caldo e in parte molle, che può fluire lentamente su lunghi periodi di tempo, un po' come uno stucco estremamente duro.

Il calore proveniente dalle profondità della Terra, residuo della formazione del pianeta e prodotto dal decadimento di elementi radioattivi, alimenta lenti moti convettivi nel mantello. Le forze motrici: gli scienziati indicano in genere una combinazione di effetti. In corrispondenza delle dorsali oceaniche, la nuova crosta spinge le placche ad allontanarsi. Molto più potente, secondo la maggior parte dei ricercatori, è il "trascinamento della placca in subduzione" (slab pull), in cui un bordo di placca freddo e denso sprofonda nel mantello trascinandosi dietro il resto della placca. L'esatto equilibrio delle forze è ancora oggetto di studio e di dibattito, ma il risultato è chiaro: le placche si muovono, di solito di alcuni centimetri all'anno.

Fondamentale è il fatto che esistono due tipi di crosta. La crosta oceanica è sottile e densa, costituita in gran parte da basalto, ed è continuamente riciclata, senza che alcuna porzione di fondale oceanico sia più antica di circa 200 milioni di anni. La crosta continentale è più spessa, più leggera e di gran lunga più antica, con alcune rocce che risalgono a più di quattro miliardi di anni fa. Poiché la crosta continentale è troppo galleggiante per sprofondare facilmente, i continenti persistono mentre i fondali oceanici vengono incessantemente distrutti e ricreati.

Dove le placche si incontrano: i tre tipi di margine

Quasi tutta l'azione avviene ai bordi, dove le placche interagiscono in tre modi fondamentali.

I margini divergenti sono quelli in cui le placche si allontanano. La dorsale medio-atlantica è l'esempio classico, che spacca il fondale man mano che nuova crosta affiora. Sulla terraferma, la Rift Valley dell'Africa orientale sta lentamente lacerando quel continente e potrebbe, nell'arco di milioni di anni, dare origine a un nuovo oceano.

I margini convergenti sono quelli in cui le placche si scontrano, e sono i luoghi più violenti della Terra. Quando una placca oceanica incontra una continentale, la più densa placca oceanica si infila al di sotto in un processo chiamato subduzione, sprofondando di nuovo nel mantello e generando sia profonde fosse oceaniche sia catene di vulcani. Le Ande si sono formate in questo modo, mentre la placca di Nazca scivola sotto il Sud America. Quando due placche continentali si scontrano, nessuna delle due vuole sprofondare, perciò la crosta si accartoccia e si ispessisce verso l'alto. È così che si sono sollevate, e continuano a sollevarsi, le montagne dell'Himalaya, mentre la placca indiana si schianta contro l'Asia. L'Everest viene tuttora spinto un po' più in alto ogni anno.

I margini trasformi sono quelli in cui le placche scivolano lateralmente l'una accanto all'altra, senza che venga creata o distrutta crosta. La faglia di Sant'Andrea in California è il caso celebre, dove la placca pacifica scorre accanto alla placca nordamericana, accumulando una tensione che si scarica nei terremoti.

Perché terremoti e vulcani si concentrano

È qui che la tettonica delle placche dà i frutti più evidenti, perché spiega uno schema che la gente notò molto prima di comprenderlo. Terremoti e vulcani non sono sparsi a caso sul globo. Tracciano linee sottili e nette, e quelle linee sono i margini delle placche.

La Cintura di Fuoco è l'esempio più spettacolare: una fascia a forma di ferro di cavallo che corre intorno al bordo dell'Oceano Pacifico, attraverso la costa occidentale delle Americhe, fino all'Alaska, e poi giù oltre il Giappone, le Filippine e l'Indonesia. Circa tre quarti dei vulcani attivi del mondo si trovano lungo di essa, e qui colpisce anche la grande maggioranza dei terremoti più violenti del pianeta. Il motivo è la subduzione. Tutt'intorno al Pacifico, placche oceaniche si infilano sotto quelle vicine. Mentre una placca in subduzione sprofonda, l'acqua intrappolata al suo interno viene rilasciata e abbassa il punto di fusione della roccia circostante; la roccia fusa che ne risulta risale e alimenta i vulcani. Nel frattempo lo scorrere, l'incastrarsi e l'improvviso scivolare delle placche l'una contro l'altra generano i terremoti.

Questo spiega perché alcuni luoghi convivono con un pericolo geologico costante mentre altri non avvertono quasi mai una scossa. Il Giappone e il Cile si trovano direttamente su margini convergenti e subiscono terremoti frequenti, talvolta catastrofici. Il Mediterraneo è compresso mentre la placca africana spinge contro l'Europa, ed è per questo che l'Italia e la Grecia hanno sia terremoti sia vulcani come il Vesuvio e l'Etna. Al contrario, il centro delle grandi placche stabili, come gran parte dell'Australia o il Canada centrale, è geologicamente tranquillo. Esistono delle eccezioni, tra cui punti caldi vulcanici come le Hawaii e l'Islanda e rari terremoti lontani da qualsiasi margine, e questi ci ricordano che la teoria è ancora in fase di perfezionamento. Ma la correlazione complessiva tra margini e rischi è una delle scoperte più solide di tutta la geologia.

Un pianeta che non è mai finito

La tettonica delle placche ridefinisce la Terra come una macchina inquieta e vivente, anziché un oggetto compiuto. La mappa che portiamo nella testa è solo un singolo fotogramma di un film estremamente lento. Circa 250 milioni di anni fa, tutti i continenti erano fusi nella Pangea, che poi si frammentò, disperdendo i pezzi verso le posizioni in cui li troviamo oggi. L'Atlantico continua ad allargarsi di alcuni centimetri all'anno, il Pacifico si restringe, e in un futuro lontano i continenti si riuniranno in un nuovo supercontinente, prima che il ciclo ricominci.

Quella prospettiva del tempo profondo cambia il modo in cui leggiamo il paesaggio. Una conchiglia fossile sulla cima di una montagna non è più un paradosso, bensì la testimonianza di un fondale marino sollevato verso il cielo. La forma di una costa diventa un indizio di un oceano scomparso. E la tragedia di un grande terremoto, pur non meno devastante, diventa comprensibile: è il prezzo che una società paga per vivere sulla cucitura tra due enormi pezzi della crosta del pianeta, che si muovono lentamente.

Punti chiave

La tettonica delle placche è la teoria unificante delle scienze della Terra, nata dall'idea un tempo derisa di Alfred Wegener sulla deriva dei continenti e infine dimostrata dalla scoperta dell'espansione dei fondali oceanici e dalla striatura magnetica del fondo dell'oceano. Il guscio esterno e rigido della Terra è suddiviso in circa una dozzina di placche principali che vanno alla deriva di alcuni centimetri all'anno su un mantello che fluisce lentamente, spinte soprattutto dal calore interno e dal trascinamento delle placche che sprofondano. Dove queste placche si incontrano, si allontanano, si scontrano o scivolano l'una accanto all'altra, costruendo dorsali oceaniche, catene montuose e profonde fosse. Poiché terremoti e vulcani si concentrano lungo questi margini, in particolare nella Cintura di Fuoco del Pacifico, la teoria spiega non solo come si formano le montagne, ma anche perché i disastri colpiscono certi luoghi molto più di altri, rivelando un pianeta che si rimodella incessantemente e impercettibilmente.