Scuola Interateneo di Specializzazione per la Formazione degli Insegnanti della Scuola Secondaria Anno

Accademico 1999-2000

Corso di Storia ed Epistemologia delle Scienze


Cristiana Tommaddi                             Eliana Graciotti  

Dalla deriva dei continenti alla tettonica a placche. Il contributo di H. Hess

 

Indicazioni di lettura

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Segue il testo originale delle due Autrici



  S.I.S. A.A. 1999-2000     Corso di Storia ed Epistemologia delle Scienze     "Dalla deriva dei continenti alla tettonica a placche.  

Tommaddi Cristiana

Graciotti Eliana
 

Classe di concorso A060

 

 

INDICE

 Premessa

1. IL PERCORSO STORICO

2. LE PROVE SCIENTIFICHE A SOSTEGNO DELLA TEORIA DELLA TETTONICA A PLACCHE 

2.1 La cartografia dei fondali oceanici

2.2 La concentrazione dei sismi

2.3 Bande magnetiche e inversione delle polarità

2.4 Espansione dei fondali e riciclo della crosta oceanica *

       Ritratto di H Hess

3. IL CONTRIBUTO DI H. HESS

3.1 Biografia

3.2 History of Ocean Basins

4. ESPLORAZIONI FAMOSE E RECENTI SVILUPPI

BIBLIOGRAFIA

Siti interessanti


Premessa

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Le difficoltà di apprendimento che gli studenti spesso manifestano nei confronti delle Scienze, mette in luce la necessità di sostituire ad una modalità di insegnamento, poco efficace, principalmente basata sulla trasmissione di conoscenze scientifiche accettate, una nuova metodologia che, almeno nei momenti salienti della programmazione annuale, sposti il fulcro dell'attenzione dall'esito della ricerca ad altri fattori altrettanto fondamentali, quali ad esempio:

Gli obiettivi di tale orientamento, quindi, non risultano essere dei semplici approfondimenti del programma ma assumono una notevole importanza nei processi di costruzione del sapere, proprio per la loro caratteristica di ricostruzione storica delle conoscenze.

  L'obiettivo principale del presente lavoro è l'applicazione di tale approccio ad un contesto educativo concreto.

Verrà quindi presentata una proposta didattica per l'insegnamento - apprendimento della teoria della tettonica delle placche, nella scuola media superiore.

Il processo storico ricostruito in tale proposta, fa riferimento in particolare alle tesi che si sono sviluppate a partire dalla teoria della deriva dei continenti di Alfred Wegener, che in questo contesto viene considerata un pre-requisito degli allievi, ovvero si presuppone che sia stata sviluppata durante le precedenti lezioni.

  La struttura del testo è costituita da una prima sezione, che presenta interamente il percorso storico da Wegener alla formulazione della teoria della tettonica delle placche, da un secondo capitolo, che presenta e sviluppa le prove sperimentali a sostegno di tale formulazione, da una terza sezione, dedicata interamente al contributo di uno dei geologi (H. Hess) che studiarono e lavorarono su tali prove ed infine da una quarta sezione, che presenta le recenti prove a sostegno della teoria ed illustra i recenti sviluppi.

 
1. IL PERCORSO STORICO

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Lo sviluppo della teoria della deriva dei continenti e la conseguente teoria della "tettonica a placche" hanno radici molto profonde nel passato.

Nel 1620, l'astronomo Sir Francis Bacon, scrisse di una sorprendente conformità dei margini continentali che si presentava da entrambi i lati dell’Oceano Atlantico, concludendo che i due continenti erano come le tessere di un puzzle, un tempo assemblate ma che in un qualche modo si erano successivamente smembrate ed allontanate.

Nel 1858, un altro studioso, Antonio Snider-Pellegrini, pubblicò un libro ("La création et ses mystéres dévoilés") che includeva una mappa in cui l’America e l’Africa erano unite. Per la prima volta, su basi scientifiche, Snider suggerì l’ipotesi che un tempo l’Europa e le Americhe avessero fatto parte di un unico continente; egli aveva studiato fossili di alcune piante vissute 300.000 anni prima ed aveva notato una certa somiglianza tra quelli rinvenuti in entrambi i continenti.

Nel 1885, un geologo austriaco di nome Edward Suess fornì ulteriori prove alla teoria sviluppata da Francis Bacon, attraverso l’analisi di fossili e suggerì che i continenti dell’emisfero Sud un tempo dovevano essere stati uniti, poiché riportavano delle similitudini per quanto riguardava i fossili rinvenuti; egli parlò di un unico grande ammasso di terra che chiamò Gondwana.

 

 

Dato che, sia Bacon che Suess non seppero spiegare il meccanismo che portò allo smembramento della massa di terra, la comunità scientifica non prese seriamente in considerazione le loro teorie.

Nel 1912, Alfred Wegener propose una nuova ipotesi che tentasse di spiegare il movimento e la separazione delle masse di terra: la teoria della deriva dei continenti.

Secondo lo scienziato tedesco, fino a 200 milioni di anni fa esisteva un unico grande continente: la Pangea, circondato da un unico grande oceano: la Pantalassa.

Wegener ricostruì la Pangea accostando fra loro le sagome dei continenti.

 Secondo la sua teoria, 220 - 200 milioni di anni fa, il grande continente Pangea cominciò a lacerarsi, seguendo un movimento distensivo che si protrasse per qualche decina di milioni di anni, in due blocchi chiamati rispettivamente Laurasia (formato da Europa, Asia e America settentrionale) e Gondwana (costituito da America meridionale e Africa), separati da un oceano chiamato Tetide. A partire da questa primordiale scissione, la Laurasia andò alla deriva verso Nord, mentre il blocco Africa-America del Sud si staccò dal blocco Australia-Antartide.

Intorno a 190 milioni di anni fa, un evento simile a quello che aveva diviso in due la Pangea, interessò una zona del continente Gondwana e intorno a 80 milioni di anni fa, la frattura che aveva originato l'Atlantico meridionale cominciò a propagarsi anche verso Nord. Il continente settentrionale venne diviso in due blocchi: il Nord-America e l'Eurasia e fra i due continenti si aprì l'Atlantico settentrionale.

 

 

Intorno a 60 milioni di anni fa, i due continenti si ritrovano nuovamente di fronte e nelle successive decine di milioni di anni, la Tetide venne inesorabilmente compressa tra i due continenti.

In aggiunta all’osservazione della possibilità di incastro tra i continenti scoperta da Bacon ed alla distribuzione dei fossili scoperta da Suess, Wegener basò la sua teoria su una sequenza di rocce simile rilevata in diversi luoghi, sui cambiamenti climatici avvenuti nel passato e sullo spostamento delle regioni polari della Terra.

Al contrario dei suoi predecessori, Wegener propose anche un meccanismo che supportasse la sua teoria della deriva dei continenti, individuando nella rotazione terrestre la causa del movimento delle masse di terre, le quali avanzavano attraverso la placca oceanica originando montagne sui loro margini.

I geologi, a quel tempo, conoscevano la solidità delle rocce abbastanza da comprendere che questa supposizione fosse inverosimile, soprattutto perché mancavano segni evidenti, quali scie o spazi sul fondale oceanico, del movimento dei continenti.

   

Inoltre, la considerazione della composizione del mantello, visto come un conglomerato di rocce che reggeva la crosta soprastante, costituì un grosso problema per l’accettazione della teoria di Wegener, poiché in questo caso il movimento di deriva non risultava possibile.

Con l’aiuto delle onde sismiche, gli scienziati compresero che il mantello non era costituito da roccia solida e che, dunque, poteva muoversi e nel 1928, Arthur Holmes propose un meccanismo che consentiva il movimento dei continenti a seguito di questa nuova scoperta.

Egli ipotizzò che il calore intrappolato nella Terra originasse delle correnti convettive, vale a dire aree dove i fluidi al di sotto della crosta terrestre ascendono, si spostano lateralmente e discendono; le correnti ascenderebbero sotto i continenti, si espanderebbero ed infine discenderebbero sotto gli oceani.

   

Sfortunatamente Wegener morì nel 1930 e non ebbe l’opportunità di adattare la teoria sviluppata da Holmes alle sue idee sulla deriva dei continenti ma nonostante tutto la sua teoria e le prove da lui apportate non furono completamente abbandonate nemmeno a seguito della sua morte e per i successivi 40 anni l'idea della deriva dei continenti fu oggetto di un "caldo" dibattito.

Gli scienziati, osservando i cambiamenti climatici, i movimenti dei ghiacciai ed i reperti fossili, non potevano ignorare, infatti, la possibilità dell'esistenza di una Pangea.

Nel 1935 uno scienziato giapponese, Kiyoo Wadati, affermò che i terremoti ed i vulcani situati vicino al Giappone avrebbero potuto essere correlati alla deriva dei continenti.

Nel 1940, anche Hugo Benioff credette nella supposizione di Wadati e tracciò la posizione dei sismi profondi ai margini dell'Oceano Pacifico. La sua carta indica una catena di sismi che oggi è conosciuta come "Anello di fuoco del Pacifico" ed a partire da essa gli scienziati hanno tracciato la distribuzione dei vulcani e dei sismi nel mondo.

L’analisi sistematica dei sismi profondi permise di comprendere che essi non avvenivano casualmente sopra la superficie terrestre ma erano concentrati lungo vere e proprie linee, localizzate sulla crosta terrestre e corrispondenti al sistema mondiale delle dorsali e delle fosse oceaniche.

 

 

Il fatto che la distribuzione dei sismi e dei vulcani fosse simile al sistema di dorsali, indicò a Benioff che la litosfera terrestre era divisa in sezioni.

Nel 1962, Harry Hess propose un'idea radicale per spiegare la topografia del fondale oceanico e l'attività che esiste lungo le dorsali e le fosse, suggerendo che nuova crosta oceanica si origina dalle rift (spaccature) delle dorsali oceaniche ed il fondale e la roccia sottostante sono formati proprio dal magma che risale dalle profondità della Terra. Questo spiegherebbe perché il sistema della dorsale è composto da rocce basaltiche, ovvero da rocce di origine vulcanica.

Hess propose inoltre che il fondale muovendosi lateralmente si allontana dalla dorsale e sprofonda in una fossa lungo il margine del continente; per esempio la crosta originatasi dalla East Pacific Rise, una dorsale oceanica presente nel Pacifico orientale, affonda nella fossa adiacente alle Ande nel lato occidentale del Sud America.

Nel modello di Hess, le correnti convettive nell'astenosfera spingono il fondale oceanico dalle dorsali alle fosse; tuttavia queste correnti dovrebbero spostare anche i continenti poiché sia i continenti sia l'oceano fanno parte della stessa litosfera.

La teoria dell'espansione dei fondali sviluppata da Hess ebbe successo dove Wegener fallì. Non si pensò più che i continenti attraversassero la crosta oceanica ma furono considerati parte di placche che si muovono sulla "soffice" e plastica astenosfera. Inoltre il movimento di allontanamento del fondale dalla dorsale, contribuì anche a spiegare la distribuzione dei sismi e dei vulcani scoperta da Wadati e Benioff, infatti, quando la litosfera sprofonda a livello delle fosse nell'astenosfera, si originano sismi e vulcani poiché le placche oceaniche dense (fatte da rocce basaltiche) vengono spinte sotto le placche continentali meno dense (fatte di rocce costituite per lo più di materiale granitico). L'immersione delle placche di subduzione, motiva la distribuzione dei sismi e dei terremoti.

 

 

Nel 1965, le idee della deriva dei continenti e dell'espansione dei fondali furono integrate nel concetto di Tettonica a placche da Tuzo Wilson.

La tettonica divide lo strato superficiale della Terra in dodici placche litosferiche distinte, ognuna di circa 45-65 miglia.

 

 

Queste placche fluttuano sulla sottostante astenosfera che, riscaldata dall'interno della Terra e divenuta plastica, si espande, diventa meno densa e si solleva. Incontrando la litosfera devia e trascina le placche lateralmente finché si raffredda e si condensa deviando nuovamente per completare il ciclo.

 

Il movimento della placca è lento in termini di anni umani: circa 2 cm all'anno. Le placche interagiscono allontanandosi una dall'altra, scorrendo lateralmente o convergendo, cosa che comporta che una placca venga spinta sotto l'altra, oppure si corrugano dando origine a catene montuose.

La teoria della tettonica a placche doveva essere verificata affinché venisse accettata dalla comunità scientifica. La prova che il fondale oceanico si espandesse arrivò dal rilevamento di particolari disegni magnetici e nel 1963 Fred Vine e Drummond Matthews svilupparono una teoria per spiegare il pattern zebrato delle anomalie magnetiche.

Proposero che i minerali ferrosi contenuti nella lava, eruttata in diversi momenti lungo la rift della dorsale, conservassero e registrassero in modo permanente le caratteristiche che il campo magnetico presentava in quel momento ed in quel luogo; ad esempio la lava eruttata quando il Polo Nord si trovava nell'emisfero Nord, riportava una polarità positiva, al contrario, lava eruttata quando il Nord magnetico era nell'emisfero Sud riportava una polarità negativa.

   

Vine e Matthews proposero che la lava eruttata sul fondale oceanico in modo simmetrico rispetto alla rift, si solidificasse e si allontanasse prima che venisse eruttata nuova lava. Se il campo magnetico si è invertito nel tempo intercorso tra le due eruzioni, le due colate di lava daranno origine ad una serie di bande parallele caratterizzate da proprietà magnetiche differenti.

L'abilità di Vine e Matthews nello spiegare il pattern delle anomalie magnetiche del fondale fornì la prova che il fondale si espandeva dalle dorsali.

 

 

 

2. LE PROVE SCIENTIFICHE A SOSTEGNO DELLA TEORIA DELLA TETTONICA A PLACCHE

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Dopo la morte di Wegener, si aggiunsero molte nuove prove che fecero riaccendere il dibattito sulle sue provocanti idee e sulle loro conseguenze. In particolare quattro eventi scientifici portarono alla formulazione della teoria della tettonica a placche:

 
2.1 La cartografia dei fondali oceanici

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Data la vastità dei bacini oceanici sul nostro pianeta (la superficie terrestre è per i 2/3 sommersa dagli oceani), il loro studio e la loro esplorazione ha da sempre suscitato interesse e curiosità.

Prima del XIX secolo, la profondità dell’oceano era un problema diffuso ed era comune l’idea che il fondo oceanico fosse per lo più piatto. Tuttavia già prima del XVI secolo, alcuni navigatori, scandagliando con sonde manuali, rilevarono che l’oceano presentava diverse profondità, dimostrando così che esso non era così piatto come si credesse.

L’esplorazione oceanica nei secoli successivi incrementò enormemente la conoscenza dei fondali; oggi si conosce chiaramente il legame (diretto o indiretto) che intercorre tra i processi superficiali e la dinamica dei fondali oceanici.

Ulteriori misurazioni "moderne" delle profondità oceaniche avvennero nel XIX secolo, quando furono effettuati periodicamente dei rilevamenti batimetrici nell’Atlantico ed ai Caraibi.

 Nel 1885, una carta batimetrica pubblicata dal tenente di vascello Matthew Maury della Marina americana, rivelò, per la prima volta, la presenza di montagne sottomarine, chiamate Middle Ground, nell’Atlantico Centrale. Questo fatto fu confermato più tardi dai rilevamenti effettuati da navi addette alla posa di cavi telefonici nell’Atlantico.

 L’ immagine del fondale oceanico si ampliò enormemente dopo la I Guerra Mondiale (1914-1918) quando i sistemi di eco-scandaglio (sistemi primitivi di sonar) iniziarono a misurare le profondità oceaniche, registrando il tempo impiegato da un segnale sonoro (in genere un "impulso" generato elettricamente), emesso da una nave, a rimbalzare sul fondo ed a tornare indietro.

I grafici del tempo di ritorno dei segnali evidenziarono che il fondale era più irregolare di quanto si pensasse e mostrarono chiaramente la continuità e la scabrosità delle catene montuose sottomarine presenti nell’Atlantico Centrale (denominate più tardi Dorsale Medio Oceanica) individuate precedentemente dalle prime misurazioni batimetriche.

Nel 1947, i sismologi salpati sulla nave americana Atlantis, scoprirono che lo strato di sedimenti depositati sul fondo dell’Atlantico era molto più sottile di quanto inizialmente si fosse pensato.

In effetti era condiviso da tutti gli scienziati che l’età degli oceani fosse almeno quattro miliardi di anni, quindi lo spessore dello strato di sedimenti avrebbe dovuto essere molto elevato. La risposta al perché vi fosse un così piccolo accumulo di rocce sedimentarie e detriti deposto sul fondo, arrivò a seguito di ulteriori esplorazioni e divenne essenziale per avanzare il concetto di tettonica a placche.

Negli anni ’50, l’esplorazione degli oceani si sviluppò notevolmente ed i dati raccolti dalle osservazioni oceanografiche condotte da molte nazioni, portarono alla scoperta di una grande catena montuosa posta sul fondo dell’oceano che cingeva la Terra.

Denominata "Dorsale medio-oceanica globale" questa immensa catena montuosa sottomarina (più di 50.000 Km in lunghezza e, in alcuni punti, più di 8.000 Km in larghezza) ha un andamento a zigzag tra i continenti e percorre il globo in modo simile alle cuciture di una palla da baseball. Sollevandosi in media circa 4.500 m sopra il fondo oceanico, sebbene nascosta sotto la superficie dell’oceano, essa rappresenta l’aspetto topografico più prominente di tutta la superficie del nostro Pianeta.

 
2.2 La concentrazione dei sismi

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Durante il XX secolo, lo sviluppo di strumentazioni sismiche e l'uso mondiale di strumenti per la registrazione dei terremoti (sismografi), consentirono agli scienziati di osservare che i terremoti tendono ad essere concentrati in certe aree, in prevalenza lungo le fosse oceaniche e le dorsali in espansione.

Alla fine del 1920, i sismologi cominciarono ad identificare numerose zone ad intensa attività sismica che scorrono per numerosi Km all’interno della Terra e sono poste parallelamente alle fosse, inclinate di 40-60° rispetto all’orizzontale.

Queste zone più tardi divennero note come zone di Benioff-Wadati o più semplicemente zone Benioff in onore dei sismologi che per primi le rilevarono.

 

 

Lo studio della sismicità globale si ampliò enormemente negli anni ’60 con la nascita del Worldwide Standardized Seismograph Network (WWSSN, Sistema Sismografico Standardizzato Mondiale) per sorvegliare l’osservanza del patto del 1963, che proibiva di testare le armi nucleari nel sottosuolo.

I numerosi dati registrati dagli strumenti del WWSSN, permisero ai sismologi di rilevare precisamente le zone di concentrazione dei terremoti. Il riconoscere l’esistenza della connessione tra i terremoti e le fosse oceaniche e le dorsali, fornì la conferma dell’ipotesi dell’espansione dei fondali, individuando esattamente le zone dove Hess aveva supposto che la crosta oceanica sarebbe stata prodotta (dorsali) e le zone dove la litosfera oceanica sarebbe sprofondata nel mantello (fosse).

 

 

2.3 Bande magnetiche e inversione delle polarità

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Agli inizi degli anni ’50, gli scienziati, usando strumenti magnetici (magnetometri) adattati dalle strumentazioni di volo sviluppate durante la II Guerra Mondiale per intercettare i sottomarini, iniziarono a rilevare strane variazioni magnetiche lungo il fondale oceanico.

Questa scoperta, sebbene inaspettata, non fu del tutto sorprendente perché tale distorsione era già stata rilevata dalla Marina islandese molto prima del XVIII secolo e perché era noto che il basalto (la roccia vulcanica ricca di ferro che costituisce il fondale oceanico) contenesse un minerale fortemente magnetico (magnetite), responsabile di falsare localmente la lettura della bussola.

La presenza di magnetite conferisce infatti al basalto proprietà magnetiche misurabili, la riscoperta delle quali fornì un nuovo strumento utile per lo studio dei fondali oceanici.

 

All’inizio del XX secolo, i paleomagnetologi (coloro che studiano i vecchi campi magnetici della Terra), come Bernard Brunhens in Francia (1906) e Motonari Matuyama in Giappone (nel 1920), osservarono che è possibile dividere le rocce in due gruppi in base alle loro proprietà magnetiche. Un primo gruppo è stato denominato "a polarità normale" ed è caratterizzato da minerali magnetici che nella roccia hanno la stessa polarità di quella dell’attuale campo magnetico terrestre; il secondo gruppo è caratterizzato da una "polarità inversa" indicata da un allineamento polare opposto rispetto a quello attuale.

La risposta a come ciò possa avvenire si trova nella magnetite contenuta nelle rocce vulcaniche: i granuli di magnetite, che si comportano come piccoli magneti, possono allinearsi secondo l’orientamento del campo magnetico terrestre. Quando il magma si raffredda originando rocce vulcaniche solide, l’allineamento dei granuli di magnetite viene immobilizzato, registrando così l’orientamento o polarità magnetica (diretta o inversa) della Terra al momento del consolidamento della roccia.
 

Nel 1950, mentre si proseguiva la cartografia dell'oceano, si scoprì che le inversioni magnetiche non erano fatti casuali o episodi isolati, ma il fondo oceanico risultò avere un disegno zebrato, ovvero bande alternate di rocce differenti dal punto di vista del magnetismo registrato erano disposte in file da ogni lato della dorsale oceanica: una banda presentava una polarità normale e la banda adiacente polarità inversa. Il disegno risultante, definito da queste bande di rocce alternate presentanti polarità diretta o inversa, divenne noto come "pattern zebrato".

 

2.4 Espansione dei fondali e riciclo della crosta oceanica

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La scoperta delle bande magnetiche naturalmente fece sorgere molte domande sull'origine del "pattern zebrato" e sulle cause che determinano la loro disposizione in modo simmetrico attorno alle creste delle dorsali oceaniche. A queste domande non è possibile dare una risposta senza conoscere la causa dell’esistenza di queste dorsali.

Nel 1961, gli scienziati iniziarono ad affermare che le dorsali oceaniche individuavano zone a struttura debole, dove il pavimento oceanico si stava spaccando in due secondo un asse longitudinale, ovvero lungo la cresta delle dorsali. Nuovo magma, dalle profondità della Terra, fuoriusciva facilmente attraverso queste zone deboli ed eruttava lungo le creste delle dorsali formando nuova crosta oceanica. Questo processo, che fu in seguito chiamato "espansione dei fondali oceanici", era, secondo gli scienziati, attivo da molti milioni di anni ed aveva costruito il sistema lungo 50.000 Km della dorsale oceanica. Le prove a supporto di tale ipotesi erano le seguenti:

Spiegando sia "il pattern zebrato" sia la formazione del sistema di dorsali oceaniche, l’ipotesi dell’espansione dei fondali convertì i pensieri, rappresentò un altro passo avanti nello sviluppo della tettonica a placche e favorì l’idea della crosta oceanica come "registratore naturale" della storia delle inversioni del campo magnetico terrestre.

L’idea della crosta creata continuamente lungo le dorsali riscontrò il parere favorevole di alcuni scienziati i quali sostenevano che lo spostamento dei continenti potesse essere semplicemente spiegato con l’ingrandimento graduale della Terra dai tempi della sua formazione; tuttavia questa ipotesi definita "espansione della Terra" non era soddisfacente per la maggior parte, in quanto risultava carente di prove che confermassero una così grande e improvvisa espansione.

La maggior parte dei geologi credeva infatti che la Terra fosse cambiata poco, riguardo alle dimensioni, dall’origine della sua formazione, risalente a 4,6 miliardi di anni fa, adducendo come motivazione il fatto che la formazione di nuova crosta avrebbe prodotto come risultato un accrescimento delle dimensioni della Terra stessa.

Questa questione appassionò particolarmente H. Hess e R. S. Dietz, lo scienziato che per primo coniò il termine "espansione dei fondali".

Hess e Dietz appartenevano a quel piccolo gruppo che aveva compreso a fondo le implicazioni dell’espansione dei fondali e del legame esistente tra tale espansione lungo le dorsali oceaniche ed il "restringimento in qualche altro luogo del Pianeta.

Hess ipotizzò che nuova crosta oceanica si formi ed, allontanandosi continuamente dalle dorsali con un moto simile a quello di un nastro trasportatore, affondi nelle fosse oceaniche, grandi canyons molto profondi situati lungo il margine del bacino dell’Oceano Pacifico.

Tale idea spiegò chiaramente perché la Terra non si accresca con l’espansione dei fondali, perché sia ridotto l’accumulo di sedimenti marini sui fondali e perché le rocce oceaniche abbiano un'età molto più giovane di quelle continentali.

 
   Harry Hammond Hess durante la seconda guerra mondiale  

3. IL CONTRIBUTO DI H. HESS

 

3.1 Biografia

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Harry Hammond Hess nacque a New York City il 24 Maggio 1906.

Sebbene fosse entrato all’Università di Yale come specializzando in ingegneria elettrica nel 1923, dopo due anni prese la specializzazione in geologia, laureandosi nel 1927.

Dopo i suoi studi a Yale, Hess lavorò come geologo esploratore in Rodesia per due anni, insegnò dal 1932 al 1933 all’Università di Rutgers e trascorse un anno come ricercatore associato al laboratorio di geofisica di Washington, prima di entrare all’università di Princeton nel 1934. Qui rimase per il resto della sua carriera, occupando la cattedra del Dipartimento di Geologia dal 1950 al 1966.

Negli anni ’30 partecipò ad alcuni studi sulla gravità sottomarina dell’arco insulare delle Indie Occidentali e più tardi estese questi studi alle Piccole Antille, utilizzando i sottomarini della Marina Militare.

Nel 1941, come ufficiale di riserva, fu chiamato ad un compito operativo a New York City: rilevare il posizionamento dei nemici nel Nord Atlantico. Durante le sue missioni sviluppò un efficace sistema per stimare la posizione dei sottomarini tedeschi ed al fine di ottenere un primo test sull’efficacia del suo programma di rilevamento, partecipò, su sua stessa richiesta, ad una pericolosa missione sulla nave civetta USS Big Horn.

Successivamente, prese parte a quattro importanti sbarchi nel Pacifico come comandante della nave da attacco USS Cape Johnson e utilizzando la strumentazione di bordo, poté scandagliare 100 miglia di profondità che lo condussero alla scoperta di monti marini dalla cima piatta (vecchie isole sommerse) che più tardi chiamò "guyots" in onore di un geografo svizzero Arnold Guyot, fondatore del Dipartimento di Geologia di Princeton.

Dopo la guerra continuò le ricerche dei guyots e delle dorsali oceaniche e con la scoperta, nel 1953, della Great Global Rift, una valle vulcanica che corre lungo le dorsali oceaniche, Hess riconsiderò i dati acquisiti durante la guerra.

Riprese e precisò le intuizioni di un geologo inglese, A. Holmes, che negli anni ‘30 suggerì un meccanismo che potesse spiegare la teoria di Wegener della deriva dei continenti. L'ipotesi prevedeva che correnti di calore nel mantello terrestre avrebbero potuto spingere i continenti l’uno verso l’altro o allontanarli, creando nuova crosta oceanica ed originando catene montuose.

A partire da questa idea, le scoperte di Hess supportarono un'ipotesi che più tardi fu definita "espansione dei fondali oceanici".

Nel 1959, questa idea fu ampiamente diffusa, in modo informale, attraverso un manoscritto che, non portando molte prove a supporto, come era accaduto a Wegener, trovò pochi consensi.

Nel 1962, le sue teorie furono pubblicate in un documento intitolato "History of ocean basins" che divenne uno dei più importanti contributi nello sviluppo della tettonica a placche.

Nel documento, Hess attribuiva all’espansione dei fondali oceanici la causa del movimento dei continenti e proponeva un meccanismo geologico in supporto alla teoria di Wegener riguardo al loro movimento; secondo la sua interpretazione, il magma fuso, da sotto la crosta terrestre, fuoriesce attraverso le zolle nella Great Global Rift, si raffredda a contatto con le acque oceaniche, si espande e spinge le placche dall’altro lato rispetto ad essa; in questo modo il Nord e il Sud America sarebbero spinte verso Ovest ed Eurasia e Africa verso Est.

Hess provò che l’idea base di Wegener era corretta e chiarì il meccanismo che spaccò il "Supercontinente" nei sette che conosciamo: i continenti sono attaccati alle placche e non si muovono indipendentemente da esse, ma con le placche stesse slittano e cambiano posizione e conformazione.

Nel 1962 Hess era ben consapevole che mancava ancora la testimonianza concreta che supportasse la sua ipotesi, così da convincere una più recettiva ma ancora scettica comunità scientifica; la spiegazione dell’anno seguente di Vine-Matthews delle bande magnetiche sul fondo marino e un’ulteriore esplorazione oceanica durante gli anni successivi, finalmente apportarono le conferme al modello dell’espansione dei fondali evidenziato da Hess.

Da quel momento le scoperte di Hess furono largamente accettate dai suoi colleghi scienziati, fu eletto membro dell’American Philosophical Society e dell’American Academy of Arts and Science, fu anche chiamato come consulente all’Accademy’s Space Science Board sugli aspetti scientifici dello sviluppo del programma spaziale nazionale.

Nel 1966 divenne membro straniero dell’Accademia Nazionale dei Lincei di Roma, l’accademia più antica del mondo e divenne il primo scienziato dell’emisfero occidentale a ricevere il Premio Feltrinelli.

La sua morte, dovuta ad un infarto, avvenne il 25 Agosto 1969, a Woods Hole in Massachusetts, mentre presiedeva ad una conferenza della Space Science Board che lui stesso aveva organizzato per riformulare gli obiettivi scientifici dell’esplorazione lunare.

 3.2 History of Ocean Basins

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In questa sua opera pubblicata nel 1962 in un volume dedicato ad A.F. Buddington sugli studi petrologici, Hess conduce alcune riflessioni sulla costituzione e sulla storia della Terra utilizzando un modello molto elegante e definendo il proprio lavoro un "saggio di geopoesia". La conclusione del suo scritto conferma chiaramente tale affermazione: "In questo capitolo lo scrittore ha tentato di inventare una storia dell'evoluzione per i bacini oceanici. E' difficilmente probabile che tutte le ipotesi fatte siano corrette. Tuttavia sembra che sia stato costruito un quadro utile per testare diversi gruppi di ipotesi relative agli oceani. E' sperabile che il quadro con i relativi aggiustamenti possa fondare le basi per una ipotesi più forte." (HESS H. H., Hystory of Ocean Basins, in Petrological Studies: Buddington Memorial Volume, Geological Society of America, New York 1962, p.618).

In effetti, come è noto, in geologia attenersi ai dati osservati è poco utile, in genere essi si prestano a numerose interpretazioni; in questa scienza come in altre è consentito un certo spazio all'invenzione, i fenomeni geologici avvengono in tempi non comparabili all'arco di una vita umana ed è quindi necessario, da parte degli scienziati, l'utilizzo di regole inferenziali che permettano di dedurre in quale modo siano avvenuti certi fenomeni dei quali oggi si vedono gli effetti.

Nel testo di Hess è possibile evidenziare alcuni punti, riconducibili alla teoria della tettonica a placche:

 

4. ESPLORAZIONI FAMOSE E RECENTI SVILUPPI

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Nel 1957, un gruppo di ricercatori degli Stati Uniti propose, al proprio governo, la realizzazione di un progetto riguardante il raggiungimento del mantello con una perforazione che, attraversando la porzione di crosta terrestre meno spessa, ovvero quella oceanica, si spingesse fin al di sotto della discontinuità di Mohorovicic. Questo progetto, denominato Mohole (buco nella Moho), appariva molto ambizioso, in quanto la crosta terrestre più sottile ha comunque uno spessore di almeno 5 km e si trova sotto molti km d'acqua.

Il progetto, nonostante numerose difficoltà, partì e, nel 1961, iniziò il viaggio alla scoperta dell'interno della Terra. Una chiatta della marina militare americana, opportunamente adattata, venne rimorchiata fino in prossimità dell'Isola Guadalupe, al largo della California.

Dal fondo della chiatta, su cui si alzava una torre di servizio, analoga a quella per la trivellazione petrolifera, venne calata una colonna di aste di perforazione che raggiunse il fondo del mare a oltre 3500 m di profondità, dove iniziò a perforare lo strato di sedimenti; dopo aver attraversato circa 200m di rocce tenere, la testa di perforazione, su cui era montata una corona circolare diamantata, incontrò una roccia molto resistente che risultò essere basalto.

Nonostante questo avvio, il progetto Mohole non riuscì a decollare pienamente. Numerosi e gravi errori di valutazione e di organizzazione dell'impresa, insieme a crescenti difficoltà di intesa tra scienziati e politici, in un periodo in cui le imprese spaziali focalizzavano gli interessi e le risorse, portarono il Governo americano, nel 1966, a cancellare il progetto.

A seguito di questo fiasco gli scienziati si orientarono verso una filosofia diversa che preferiva ad una sola perforazione in mare profondo, più perforazioni in siti differenti.

Protagonista di questa fase fu la Glomar Challenger, una nave rivoluzionaria, appositamente realizzata per perforazioni in mari profondi. Commissionata nel 1967 da un consorzio di istituti oceanografici degli Stati Uniti (non più, quindi, un progetto finanziato dal governo), questa nave ha una torre di perforazione alta 47 metri che le consente di calare sul fondo e far ruotare una colonna di aste lunga oltre 6000 m; in modo da penetrare nelle rocce del fondo per centinaia di metri, sotto migliaia di metri d'acqua e recuperare campioni di roccia sotto forma di cilindri (carote).

La parte più importante della Glomar Challenger è il sistema di posizionamento, che la mantiene stabile sul punto in cui sta effettuando la perforazione. Un elaboratore elettronico opportunamente programmato riceve in continuità dei dati sui venti e le correnti e comanda l'intervento dell'elica principale e di quelle ausiliarie, laterali, che mantengono la nave quasi ferma.

Dal 1968 al 1983, nell'ambito del Deep Sea Drilling Project ( DSDP, progetto perforazioni in mari profondi), la Glomar Challenger ha percorso oltre 600.000 km, e durante un campionamento in 10 siti differenti lungo una dorsale oceanica tra il Sud America e l'Africa fu fatta un'importante scoperta.

Le carote recuperate diedero la prova definitiva della deriva dei continenti e del rinnovo dei fondali nelle zone delle rift. Questa conferma della teoria di Alfred Wegener rafforzò la proposta di un'unica antica massa di terra, che viene chiamata Pangea e l’idea dell’età relativamente giovane del pavimento oceanico in confronto alla storia geologica della Terra.

Dopo analisi di campioni, gli scienziati conclusero che il pavimento oceanico probabilmente non è più vecchio di 200 milioni di anni, rispetto ai 4.5 miliardi di anni della nostra Terra.

Il Glomar Challenger terminò le sue imprese in collaborazione con il DSDP nel novembre del 1983; parti della nave, come il suo sistema di posizionamento dinamico, sono conservati al Smithsonian Institution.

Il primo successo del DSDP ha portato, nel 1983, alla formulazione di un nuovo progetto di ricerca, l'Ocean Drilling Project (ODP, programma di perforazioni oceaniche), nato da una collaborazione internazionale tra studiosi ed enti di ricerca, interessati alla storia ed alla struttura della crosta terrestre ricoperta dai mari.

Il complesso programma è divenuto operativo nel 1985 e prevede l'utilizzo di una nuova nave oceanografica, la Joides Resolution, ottenuta dalla ristrutturazione di una nave per ricerche petrolifere. La J-R, come viene comunemente chiamata, nei confronti della "vecchia" Glomar Challenger offre maggiori velocità e manovrabilità, il suo sistema di posizionamento sfrutta i segnali di satelliti artificiali e consente localizzazioni più accurate del punto.

Ormai le perforazioni in mari profondi non sono più un problema; la nuova politica di progettazione e finanziamento di complessi programmi di ricerca, attraverso organismi che prevedono la partecipazione di enti e studiosi di ogni paese interessato, le nuove tecniche di perforazione e campionamento, e la disponibilità di personale che ha maturato specifiche esperienze, consentono di guardare a obiettivi molto ambiziosi.

      BIBLIOGRAFIA

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HESS H. H., Hystory of Ocean Basins, in Petrological Studies: Buddington Memorial Volume, Geological Society of America, New York 1962, pp. 599-620.
 

ACCORDI B e LUPIA PALMIERI E., Il globo terrestre e la sua evoluzione, Zanichelli, Bologna 1991, pp.187-189.
 
  Siti Internet consultati

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http://master.ph.utexas.edu/vicki/studW2.htm : in questo sito si trova una proposta su come affrontare il concetto di tettonica a placche; diviso in: "guida per il docente" e "quaderno di esercizi" per i ragazzi. Molto utile per attingere spunti per la costruzione di un’unità didattica.

http://pubs.usgs.gov/publications/text/HHH.html : contiene la pubblicazione on-line di un testo che tratta la dinamica terrestre in cui è reperibile la biografia di Hess.

www.pbs.org/wgbh/aso/databank/entries/bohess.html : sito intitolato A Science Odissey; una sorta di enciclopedia scientifica in cui al link People and discoveries si trova un databank di biografie di scienziati e descrizioni di eventi chiave e scoperte.

www.agu.org/inside/awards/hess2.html : sito dell’AGU (American Geophisical Union), società scientifica che si propone di far comprendere la Terra ed il suo sviluppo. E’ possibile reperire la biografia di Hess.

http://mondrian.princeton.edu/CampusWWW/Companion/hess_harry.html : sito della Princeton University in cui è possibile trovare biografie di personaggi che hanno frequentato questa università.

www.uky.edu/ArtsSciences/Geology/webdogs/plates/reconstructions.html : sito ricco di figure, animazioni ed altro riguardanti la tettonica a placche

http://www.regione.umbria.it/cridea/ambiente@scuola/suo_sel/morf.htm

Sito divulgativo riguardante principalmente il legame tra la morfologia interna della Terra e le dinamiche superficiali. Ricco di illustrazioni anche se non risulta ottima la grafica.
Si trova una sintesi dell'evoluzione della teoria della deriva dei continenti di Wegener sino alla teoria della tettonica delle placche e molte informazioni relative alla sismologia.

http://www.ingrm.it/geomag/paleomag/tetto.htm

Sito interessante per quanto riguarda la stretta relazione tra il paleomagnetismo e gli studi tettonici e geodinamici. Degna di attenzione l'illustrazione che rappresenta il rapporto tra magnetizzazione naturale e rotazione/traslazione longitudinale di blocchi crostali e litosferici.

http://www.cs.cnr.it/rcs/catalogo/C35.html

Con Quick Time è possibile vedere il trailer del film: "Continenti alla deriva", che fa parte di una collana di Home Video ideati per la rivista scientifica "Le Scienze".

http://www.freeweb.org/volontariato/hpa/placche.htm

Si segnala la presenza di un'immagine chiara e dettagliata delle dodici placche individuate dalla teoria della tettonica delle placche e delle principali tipologie di limiti tra esse (convergenti, divergenti e di placche trasformi). Cliccando sulle icone è possibile avere approfondimenti.

http://www.geocities.com/Athens/Ithaca/2788/deriva.htm

Sito da segnalare soprattutto per le immagini relative al movimento dei continenti dalla Pangea ai giorni nostri.
Utile anche la sintesi che accompagna le figure, riguardante i punti forti e quelli deboli della teoria di Alfred Wegener.

http://vulcan.fis.uniroma3.it/lisetta/adamello/adamellotext.html

Il sito ripercorre brevemente tutta la storia geologica della Terra, partendo dalla Pangea sino alle fasi geologiche più recenti.
 

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