All’inizio del 1912, in una conferenza tenuta alla Società Geologica di Francoforte sul Meno, lo scienziato tedesco Alfred Wegener rendeva nota, per la prima volta, la sua «idea» della deriva dei continenti. L’osservazione della morfologia costiera, i dati della paleontologia e della stratigrafia lo portarono a formulare una teoria geofisica rivoluzionaria per l’epoca, in cui la Terra era vista come una entità in continua trasformazione. È affascinante anche la sua figura di ricercatore appassionato e avventuroso: fisico e astronomo, come meteorologo partecipa a tre spedizioni in Groenlandia, dove lascia la vita a soli cinquant’anni. In Germania il Centro Nazionale per le ricerche polari e marine, che opera in molti siti in tutto il mondo, porta il suo nome e rende attuale la sua tradizione.
Alfred Lothar Wegener è considerato da molti il padre della geologia moderna. A lui il grande merito di aver portato avanti con determinatezza e convinzione una teoria elaborata grazie all’integrazione di discipline diverse in cui la Terra è vista come una curiosa coesistenza di terre emerse e oceani in continua evoluzione e trasformazione.
Wegener è nato a Berlino il 1 novembre 1880. Dopo aver frequentato il Köllnische Gymnasium, si è iscritto ad Astronomia presso l’Università di Berlino laureandosi nel 1905.
Studiò anche meteorologia e fisica, due discipline che amava moltissimo perché le sentiva molto affini e gli permettevano di approfondire la sua curiosità verso il mondo della natura.
[A sinistra: Alfred Lothar Wegener (1880-1930)]
Nel 1905 iniziò a lavorare presso l’Osservatorio Meteorologico Lindenberg a Beeskow assieme al fratello Kurt con il quale stabilì il record di persistenza in aria di palloni utilizzati per l’osservazione meteorologica.
Profondamente affascinato dalle regioni polari, partecipò a ben tre spedizioni esplorative in Groenlandia dove raccolse molti campioni e dati importanti per le ricerche climatiche.
Nel 1906 prese parte alla spedizione guidata dal danese Ludvig Mylius-Erichsen, verso la costa nordorientale della Groenlandia dove vennero poste le basi della prima stazione meteorologica presso Danmarks Havn e installati misuratori aerei e palloni aerostatici per lo studio del clima artico.
Durante la seconda spedizione, nota anche come la più lunga traversata a piedi della calotta polare, Wegener sperimentò le difficoltà logistiche nell’esplorare queste regioni e la rigidità climatica che in più casi mise a serio rischio la spedizione nonostante il notevole carico di viveri e dei mezzi a disposizione.
La terza spedizione gli fu fatale: infatti morì nel 1930 proprio in Groenlandia, a soli 50 anni.
[A sinistra: La spedizione scientifica tedesca in Groenlandia del 1930 (da Loewe, Fritz; Georgi, Johannes; Sorge, Ernst; Wegener, Alfred Lothar -2007- Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research, Bremerhaven)]
Nel 1908 Wegener insegnò meteorologia, astronomia pratica e fisica cosmica a Magdeburgo e nel 1913 assunse il ruolo di Direttore presso il Dipartimento di ricerche meteorologiche dell’Osservatorio marino di Amburgo.
A partire dal 1924 insegnò meteorologia e geofisica in Austria presso l’Università di Graz. Colleghi e studenti parlavano di lui con grande ammirazione e lo descrivevano come un personaggio brillante e carismatico che con parole semplici e chiare riusciva a comunicare a tutti i risultati delle sue scoperte.
La teoria di Wegener
Wegener è considerato lo scienziato padre della teoria della deriva dei continenti.
Tale teoria fu annunciata per la prima volta alla comunità scientifica al Congresso della Società Geologica di Francoforte il 6 gennaio 1912 (comunicazione dal titolo La formazione dei continenti e degli oceani in base alla geofisica), presentata a Magdeburgo e poi pubblicata nel 1915 con il libro La formazione dei continenti e degli oceani.
[A destra: Due pagine della prima edizione del libro Die Entstehung der Kontinente und Ozeane in cui Alfred Wegener ha aggiunto a mano delle annotazioni (Photo: Claudia Pichler, Alfred Wegener Institute)]
Wegener sosteneva che c’era stato un periodo nella storia geologica della Terra in cui tutti i continenti erano uniti in una unica grande massa continentale chiamata «Pangaea» (dal greco «tutta la Terra») circondata da un grande oceano, detto «Panthalassa».
Poi, circa 200 Milioni di anni fa, la «Pangaea» iniziò a frammentarsi e da due iniziali grandi super-continenti, Laurasia (che comprendeva Europa, Asia e Nord America) e Gondwana (comprendente Sud America, Africa e Oceania), si passò per ulteriore frammentazione alla attuale distribuzione dei continenti.
A supporto della sua teoria, Wegener portò prove geologiche-geografiche, paleontologiche e climatiche.
[A sinistra: Evoluzione paleogeografia dei continenti dal Permiano a oggi]
In merito alle prove geologiche, aveva notato che la costa occidentale africana combaciava con quella orientale del sud America come fossero tessere di un puzzle. Inoltre, essendo un grande osservatore e raccoglitore di campioni, aveva riscontrato la perfetta similitudine tra rocce della stessa età che formavano i margini continentali del sud America e dell’Africa.
[A destra: Wegener notò una correlazione tra le successioni stratigrafiche e anche tra le catene montuose, le quali sembravano proseguire dal Sud America all’Africa. La catena della Provincia del Capo, in Sud Africa, trovava la sua prosecuzione nelle catene della regione di Buenos Aires, in Argentina, e in quelle dell’Antartide (Crippa, 2002)]
Le prove paleontologiche si basavano sul fatto che varie aree geograficamente separate erano caratterizzate dallo stesso contenuto fossile sia a livello animale che vegetale.
Secondo i paleontologi dell’epoca si trattava di un fenomeno dovuto alla diffusione degli animali e delle piante da una zona all’altra grazie alla presenza di ponti continentali che potevano emergere così come sprofondare.
Wegener, basandosi sulle evidenze geofisiche e sul principio dell’isostasia, mostrò l’impossibilità dell’esistenza di questi ponti naturali.
[A sinistra: Aree in cui sono stati trovati gli stessi fossili. Questi ritrovamenti erano prove in campo paleontologico portate da Wegener a sostegno della sua teoria della separazione di continenti]
Per lui questi ritrovamenti erano la chiara evidenza dell’esistenza di un singolo originario continente caratterizzato da una specifica fauna e flora che poi, grazie alla deriva, ovvero alla separazione, si era frammentato.
Essendo un meteorologo, Wegener portò a supporto della sua teoria anche prove di tipo climatico. Egli aveva notato che tra i 220 e i 300 milioni di anni fa in Africa meridionale, in Sud America, in India e in Australia si erano deposti materiali rocciosi di origine glaciale (le tilliti) e questo si poteva spiegare ipotizzando che i continenti fossero stati uniti in un solo blocco posto vicino al Polo Sud e poi fossero migrati nel tempo.
La teoria della deriva dei continenti tuttavia non fu accettata dalla comunità scientifica nel corso della vita di Wegener soprattutto perché non riusciva a spiegare né come si muovevano i continenti, né il perché.
[A destra: Wegener con Rasmus Villumsen in una delle sue ultime fotografie durante la spedizione in Groenlandia del 1930 (Alfred Wegener Institute)]
A partire dal concetto di isostasia egli assunse che il substrato della crosta terrestre si comportasse come un fluido altamente viscoso e quindi come i blocchi potevano spostarsi verticalmente, così lo potevano fare anche orizzontalmente. Le sue teorie cercavano la causa di questi movimenti in forze esogene, come la rotazione terrestre e l’attrazione gravitazionale, tuttavia queste forze erano del tutto insufficienti per spiegare lo spostamento di grandi masse come i continenti. Solo alla metà del Novecento, grazie alle esplorazioni dei fondali oceanici e agli studi paleomagnetici, si trovarono le spiegazioni che supportavano le sue intuizioni.
La cultura del tempo e i precursori di Wegener
Fino alla metà dell’Ottocento le teorie accettate erano quelle fissiste che prevedevano esclusivamente movimenti verticali: parti di oceano si potevano sollevare per formare le terre emerse, mentre parti continentali potevano essere invase dal mare e formare gli oceani. I fissisti pensavano che la Terra fosse un pianeta in via di raffreddamento con uno strato superficiale (sial) e uno sottostante (sima); per effetto della contrazione la parte superficiale del sial si sarebbe corrugata formando le montagne, così come si verifica con la buccia di una mela che appassisce.
Alla fine del Cinquecento il cartografo olandese Abraham Ortelius (1527-1598), aveva ipotizzato l’allontanamento dell’America dall’Europa e dall’Africa a causa di terremoti e di alluvioni. Successivamente, grazie anche alle grandi scoperte geografiche come la scoperta dell’America e alla redazione delle relative nuove carte, alcuni scienziati cominciarono a confutare le idee fissiste e a introdurre il concetto di movimenti orizzontali delle masse continentali.
Uomini con grande spirito di osservazione come il filosofo e astronomo inglese Francis Bacon (1561-1626) aveva notato che le linee di costa dell’Africa e del Sud America erano combacianti, così come il geografo Alexander von Humboldt (1769-1859) aveva supposto l’unione di questi due continenti successivamente separati dall’ingresso di una corrente marina che avrebbe scavato una grande area formando l’oceano Atlantico.
A metà dell’Ottocento anche un altro geografo, Antonio Snider-Pellegrini (1802-1885), sulla base di uno studio su piante fossili aveva ipotizzato una separazione tra America e Africa e, nel 1910, Frank Bursley Taylor (1860-1938) osservando la distribuzione delle catene montuose in Europa e in Asia, aveva introdotto come spiegazione il concetto dello spostamento orizzontale dei continenti.
L’importanza di Wegener
In realtà Wegener non introdusse concetti completamente nuovi, ma a lui va il grande merito di avere elaborato una teoria scientifica che teneva conto di molteplici aspetti.
Wegener infatti integrò dati e informazioni provenienti da discipline diverse organizzandoli in una visione generale con la quale tutti si dovettero confrontare.
[A sinistra: Wegener durante la spedizione del 1930 in Groenlandia (Alfred Wegener Institute)]
La sua teoria è oggi studiata in ambito geologico, ma in realtà Wegener non era un geologo, fu piuttosto un appassionato di meteorologia e di fisica dell’atmosfera, e di fatto per lui la deriva dei continenti era un’ipotesi geofisica sorretta anche da prove geologiche.
Nei suoi scritti si trova una mirabile interazione tra concetti di fisica, di geodesia, di biologia e di geologia, cosa inconsueta per quel tempo. Va ricordato infatti che nell’Ottocento la geologia era ancora una scienza storica e i geologi si occupavano dello studio della cristallografia e della mineralogia, mentre la storia della Terra era affidata agli stratigrafi (studiosi degli strati rocciosi).
Solo grazie alla collaborazione con le teorie dei fisici e degli astronomi, impegnati nel comprendere e spiegare i fenomeni, i geologi iniziano a vedere il Pianeta soggetto alle leggi universali della meccanica, della termodinamica e della chimica.
Wegener, avendo una mentalità poliedrica, consente una svolta decisiva con le sue affermazioni, contribuisce alla moderna scienza che vede la Terra come un sistema dinamico e attivo, in continua evoluzione. Non a caso infatti il 1912 è considerato da molti la data di nascita della geologia del XX secolo (vedi la Favola della Terra mobile, 1950, in bibliografia).
Teoria della tettonica delle placche
Attualmente l’ipotesi più accreditata circa la dinamica della Terra è la teoria della tettonica delle placche. Per meglio comprendere questa teoria dobbiamo però descrivere come è strutturato internamente il nostro pianeta. Oggi sappiamo da metodi diretti (campionamenti in profondità) e indiretti (propagazione delle onde sismiche) che il nostro pianeta è strutturato in strati concentrici. Gli strati possono essere suddivisi a seconda delle caratteristiche composizionali oppure reologiche (ovvero legate alla modalità di deformazione).
Dal punto di vista composizionale lo strato superficiale viene definito crosta ed è caratterizzato da una composizione dominata da silice e alluminio; la crosta a sua volta si divide in crosta continentale e crosta oceanica. La crosta continentale è meno densa (2,6-2,8 g/cm3) rispetto a quella oceanica (2,8-3.0 g/cm3), ha uno spessore variabile tra 10-50 km, mentre quella oceanica ha spessori minori in genere di 4-10 km.
Sotto alla crosta risiede il mantello, spesso quasi 3000 km e costituito da silicati ricchi di ferro e soprattutto magnesio, con una densità e una temperatura che aumentano con la profondità, rispettivamente da 3,4 a 4,6 g/cm3 e da 1000 °C a 3500 °C. La parte superiore del mantello è più rigida di quella inferiore in cui il materiale, molto vicino al punto di fusione, si comporta come un fluido molto viscoso. Il nucleo è la parte più interna della Terra ed è divisibile in due parti: nucleo esterno (allo stato liquido) e interno (allo stato solido); in questa parte della Terra le temperature sono superiori ai 3500 °C e si stima superino i 4300 °C.
Dal punto di vista geologico, la crosta e la parte superiore, più rigida, del mantello rappresentano la litosfera uno strato dallo spessore che va da 0 a 100 km per la litosfera oceanica, raggiungendo un massimo di 200 km per quella continentale.
Al di sotto c’è l’astenosfera che va da mediamente 100 a 350 km di profondità, e riveste un ruolo fondamentale nella dinamica terrestre, perché è il livello sopra al quale la litosfera scivola, disaccoppiandosi rispetto al mantello sottostante. Questo movimento relativo caratterizza la tettonica delle placche.
La litosfera è suddivisa in 13 placche principali di varia forma e dimensione, più numerose altre micro placche.
Mappa batimetrica con evidenziati in giallo i confini delle maggiori placche in cui è suddivisa la Terra
Le placche si muovono l’una rispetto all’altra, con movimenti cosiddetti relativi. Pur essendo rigide e combacianti perfettamente tra loro le placche sono mobili, infatti i loro margini costituiscono le aeree di maggiore attività sismica. I movimenti sono essenzialmente di tre tipi: convergenti, divergenti e trascorrenti.
I margini divergenti (detti anche di rifting) sono quelli dove le due placche si allontanano dando origine a una grande frattura (o meglio un sistema di fratture) che interessa tutta la litosfera e si allarga nel tempo. Questo permette la risalita del mantello che, trovandosi a quota meno profonda e quindi a pressione minore, inizia a fondere e i fusi relativi, meno densi, risalgono alla superficie producendo nuova crosta oceanica.
Età della litosfera oceanica. Dai colori si può notare come, allontanandosi dalla linea di frattura in corrispondenza delle dorsali oceaniche, l’età della crosta aumenta [Müller et al., 2008]
Le zone di convergenza tra placche sono invece le aree in cui le due placche si avvicinano fino a scontrarsi. Qui la placca che contiene litosfera più densa sottoscorre sotto l’altra e scende nel mantello sottostante, processo detto di subduzione. Le zone di subduzione sono primariamente evidenziate da terremoti molto profondi, che possono arrivare fino a circa 670 km di profondità. Lungo i margini trascorrenti invece le placche scivolano l’una accanto all’altra.
Noi percepiamo tutti questi movimenti solo durante eventi catastrofici quali terremoti ed eruzioni vulcaniche, ma è grazie a questa dinamica che si è sviluppata e si mantiene la vita animale e vegetale sul nostro Pianeta.
Il motore degli spostamenti terrestri
Ma qual è il motore che mantiene in continuo movimento le placche?
In ultima istanza il moto delle placche è guidato dal motore termico della Terra, che tende a trasferire calore verso l’esterno e dalla presenza di acqua, che distingue la Terra dagli altri pianeti del sistema solare. In questo contesto l’ipotesi attualmente più accreditata vede l’affondamento della litosfera subdotta come la forza principale che agisce sul moto e sulla velocità delle placche.
Movimenti convettivi del mantello si adattano a questo schema di primo ordine, talora con colonne di risalita che collegano il nucleo con la crosta e portano allo sviluppo di grandi quantità di fuso magmatico e alla costruzione di grandi complessi vulcanici (punti caldi). Nella sua formulazione la tettonica delle placche spiega: la formazione degli oceani, il moto dei continenti e la presenza delle aree di intensa attività sismica e vulcanica.
I movimenti attuali delle placche e la loro velocità sono oggi misurabili grazie alla geodesia spaziale, tramite la rete GPS. La precisione della misura è oramai inferiore al millimetro per anno per i movimenti orizzontali. Anche i terremoti forniscono un’informazione su quanto e come si muovono le placche, almeno nel loro movimento relativo.
Per i movimenti passati, almeno per gli ultimi 180 milioni di anni (età della crosta oceanica più vecchia), le anomalie magnetiche negli oceani permettono di misurare con discreta precisione i movimenti delle placche.
Lucilla Capotondi
(Dottoressa in Scienze della Terra, è ricercatrice presso l’Istituto di Scienze Marine del CNR di Bologna)
Indicazioni bibliografiche
- Crippa M., Fiorani M., Geografia generale, Arnoldo Mondadori, Milano 2002
- Segala M., La favola della Terra mobile. La controversia sulla teoria della deriva dei continenti, Il Mulino, Bologna 1990
- Müller, R.D., M. Sdrolias, C. Gaina, and W.R. Roest, 2008. Age, spreading rates and spreading symmetry of the world’s ocean crust, Geochem. Geophys. Geosyst., 9, Q04006, (doi:10.1029/2007GC001743)
© Pubblicato sul n° 47 di Emmeciquadro
