Se nel nostro immaginario esistono poche cose immobili e immutabili come le montagne, dobbiamo però ricrederci: solo perché i mutamenti a cui sono sottoposte si sviluppano su intervalli di tempo la cui durata va al di là della nostra percezione, ciò non significa che questi non avvengano. Questa è la storia di quello che succede quando i continenti decidono di incontrarsi, o meglio di scontrarsi. Quando due placche tettoniche si avvicinano, e un continente entra in collisione con una placca, nascono le montagne: avviene ciò che i geologi chiamano orogenesi.
Il grande puzzle della litosfera
Nella tettonica delle placche ho paragonato la superficie del pianeta Terra a un grande puzzle: una serie di tessere, incastonate le une nelle altre fino a 100 chilometri di profondità, costituisce la superficie sulla quale camminiamo o sulla quale si raccolgano le acque di mari e oceani. E’ giunta l’ora di vedere cosa succede quando, sospinte dai movimenti convettivi che agitano il mantello sul quale galleggiano, le tessere si scontrano l’una contro l’altra. Scopriremo così che l’involucro esterno della Terra è costituito da placche litosferiche (così i geologi hanno chiamato le tessere del puzzle) e che quando si scontrano possono decidere se sprofondare all’interno del pianeta o sollevare i loro lembi a formare le catene montuose.
Tutto questo dipende da che cosa c’è sopra le placche: una densa e pesante crosta oceanica o una leggera crosta continentale? La crosta continentale è meno densa e dunque più "leggera" della “pesante” crosta basaltica dei fondi oceanici. Per questa ragione in uno scontro oceano-continente è la placca oceanica a “soccombere” sotto a quella continentale e ad affondare all'interno del pianeta trascinata dal suo stesso peso. Quando a scontrarsi sono due continenti (collisione continente-continente), nessuna delle due placche vuole affondare sotto l’altra, anzi, entrambe tendono a galleggiare sopra all’astenofera (l'involucro di rocce parzialmente fuse sotto alle placche) come tappi di sughero in un bicchiere d’acqua. La litosfera è la porzione superficiale del nostro Pianeta, suddivisa appunto in placche - anche dette zolle. Esse si muovono continuamente le une accanto alle altre, come se facessero parte di un grande mosaico, in cui le “tessere” sono spostate dai moti convettivi presenti nel mantello. Le principali sono una ventina, alle quali vanno aggiunte le “micro-placche” più piccole. I loro confini, anche se irregolari, sono ben definiti.
Il meccanismo della subduzione e l'orogenesi di attivazione
La crosta oceanica è formata da basalti e sedimenti che ricoprono i fondali degli oceani. Quando una placca oceanica si scontra e sprofonda sotto a una placca continentale, una parte di questi materiali sono portati a profondità notevoli, mentre altri sono raschiati dal fondo oceanico e accumulati sul bordo del continente. La superficie della placca di Nazca è costituita da densa crosta oceanica - il fondale dell’oceano Pacifico - talmente pesante che, quando si scontra con la placca sudamericana, costituita da una superficie di "leggera" crosta continentale, l'intera placca di Nazca sprofonda sotto quella sudamericana.
Questo fenomeno, chiamato subduzione, agisce come un nastro trasportatore: Nazca, muovendosi verso il continente, trasporta con sé i sedimenti oceanici adagiati sulla sua superficie, ricchi d’acqua (idrati) perché a contatto con le acque del mare. Questi materiali, quando entrano in subduzione sotto il continente, raggiungono profondità nelle quali le elevate condizioni di pressione e temperatura liberano l’acqua che, risalendo verso l’alto allo stato gassoso, innesca la fusione parziale del mantello. In effetti, le condizioni di pressione e temperatura a quelle profondità non consentirebbero la fusione delle rocce salvo che non intervenga un fattore esterno, che è appunto l’acqua che abbassa il punto di fusione delle rocce con le quali viene a contatto.
I magmi che risalgono in superficie hanno una composizione chimica molto particolare: sono magmi acidi, che danno luogo a fenomeni vulcanici molto esplosivi e il loro raffreddamento crea rocce molto leggere della famiglia dei graniti (dioriti, granodioriti) che inspessiscono, alleggeriscono e sollevano la crosta formando un arco magmatico. La cordigliera delle Ande, con i suoi grandi vulcani andesitici come l’Aconcagua e il Chimborazo rappresenta un tipico esempio di arco magmatico risultato della placca oceanica in subduzione nella fossa del Perù e Cile. Lo spessore della crosta sotto le Ande centrali, di 50-75Km, è molto maggiore rispetto ad altre regioni del pianeta e fa capire quanto il vulcanismo indotto dalla subduzione possa generare crosta continentale e rilievi. Si trova nelle Ande argentine la più alta montagna americana che in realtà, come molti altri rilievi della cordigliera, è un antico vulcano. Questo è il meccanismo con il quale il pianeta produce nuova crosta continentale quando una placca oceanica si scontra con una placca continentale. Alcuni autori chiamano questo fenomeno orogenesi di attivazione, perché, in combinazione con il prisma di accrezione, rappresenta la prima fase della nascita di una catena montuosa alla quale seguirà lo scontro continentale vero e proprio.
La chimica del magma e il ruolo dei sedimenti
A secondo della quantità di silicio presente nel fuso, i magmi si distinguono in acidi quando ne contengono più del 65% e basici quando questa percentuale è inferiore al 53%. I magmi acidi sono viscosi, tendono a intrappolare al loro interno i gas e quindi caratterizzano manifestazioni vulcaniche più violente ed esplosive rispetto ai magmi basici più fluidi che danno luogo a effusioni ed espandimenti basaltici. Inoltre il raffreddamento di magmi acidi crea rocce della famiglia dei graniti (dette anche sialiche per l’abbondanza di silicio e alluminio), più leggere rispetto ai basalti formati dal consolidamento dei magmi basici e ultrabasici chiamate anche rocce femiche perché contengono molto ferro e magnesio.
La subduzione e la conseguente fusione della litosfera basaltica oceanica dovrebbero generare magmi basici, il cui raffreddamento creerebbe rocce dense e pesanti, i basalti per l’appunto. Se così fosse l’aspetto degli archi magmatici sarebbe molto diverso e non avremmo le altissime cordigliere frutto del consolidamento di magmi a chimismo acido. Per prima cosa abbiamo visto che oltre alla crosta basaltica a essere portata in profondità dalla subduzione sono anche i sedimenti oceanici. Durante la risalita il magma entra in contatto e fonde porzioni della crosta continentale (anatessi crostale), anch’essa molto ricca in silice. Un altro fenomeno da non sottovalutare è che all’interno delle camere magmatiche i cristalli che si formano si separano per gravità, cristallizzazione frazionata. Questo fenomeno porta all’acidificazione del fuso in risalita.
La genesi dei magmi: magmi primari e anatettici
L'evoluzione dei prismi di accrezione e la genesi degli Appennini
I geologi hanno cominciato a dare una grande importanza a un fenomeno che si produce in corrispondenza dell’intervallo arco-fossa: la zona nella quale una placca oceanica sprofonda (entra in subduzione) sotto una placca continentale. La placca oceanica, avanzando contro quella continentale, funziona come un nastro trasportatore. I geologi si chiedono se i prismi di accrezione possono spiegare gli edifici a “falde di ricoprimento” di molte catene montuose, comprese le Alpi e gli Appennini, equivalenza che deve essere limitata alle prime fasi della loro formazione, quando la placca oceanica che si scontrava con il continente non era stata ancora del tutto consumata. Questa dovrebbe appunto essere la genesi degli Appennini, almeno quelli Settentrionali, formati da scaglie di sedimenti durante la subduzione della placca Sardo-Corsa, la Sardegna per intendersi, al di sotto dell’Italia.
Circa 20 milioni di anni fa si passò a una nuova fase tettonica, questa volta compressiva, che avviò l’orogenesi nella regione di interazione tra la placca europea e quella africana. Il progressivo corrugamento modificò la morfologia dei fondali marini e portò gradualmente all’emersione di una nuova catena montuosa. Sul suo bordo esterno si formò un bacino di avanfossa, ossia un bacino che sprofonda, che raccoglie i sedimenti generati dall’erosione di terre emerse. A partire da 12 milioni di anni fa circa, la compressione portò alla formazione di dorsali insulari allungate: alcune delle cime dei monti che vediamo oggi erano isole che si ergevano dal mare.
La collisione continente-continente e l'equilibrio isostatico
Che cosa accade quando due continenti si avvicinano e, consumato tutto l’oceano interposto tra loro, si scontrano? Semplice: nascono le montagne. Le superfici delle placche continentali sono costituite da crosta granitoide, poco densa e dunque più leggera rispetto all'astenosfera sulla quale galleggiano. Per questo motivo la placche continentali non possono affondare e quando si scontrano nessuna delle due sprofonda, ma cercano di proseguire la loro avanzata l’una contro l’altra. La crosta diventa più corta (raccorciamento crostale) e porzioni di essa, chiamate scaglie tettoniche o falde, si accavallano l’una sopra l’altra.
Tutti questi fenomeni portano a un inspessimento della crosta terrestre, al corrugamento della sua superficie e a quello che i geologi chiamano sovrascorrimento. È un po’ come se schiacciaste tra pollice e indice una caramella gommosa: diventa più spessa e più corta. Ma una crosta più spessa squilibra la litosfera che galleggia sul plastico mantello astenosferico. E’ un po’ come se spingeste verso il basso un tappo di sughero immerso in una bacinella d’acqua. Come risultato la crosta continentale si solleva verso l’alto, fino a trovare il giusto equilibrio isostatico. Ma un sollevamento verso l’alto della crosta implica la creazione di un rilievo: nasce una catena montuosa.
Il meccanismo di formazione delle montagne si chiama orogenesi ed è dovuto al reciproco movimento delle placche tettoniche. Quando due placche tettoniche scorrendo sul mantello fluido si scontrano, gli intensi sforzi fratturano e deformano la roccia fino a produrre pieghe e corrugamenti della crosta. Per effetto di questa trasformazione la crosta stessa subisce un significativo inspessimento. Seguendo il principio di isostasia queste porzioni più spesse si sollevano rispetto a quelle circostanti dando origine alle catene montuose. E’ ciò che è successo, per esempio, quando il subcontinente indiano, distaccatosi dalla zolla africana, è andato a scontrarsi contro la zolla eurasiatica. Come conseguenza i rilievi montuosi interessati da subduzione verso est, come le Alpi o la cordigliera delle Ande, sono più alti rispetto a orogeni interessati da subduzione diretta verso ovest, come gli Appennini per esempio.
Trasformazioni del paesaggio: morfogenesi ed erosione
Con il termine morfogenesi si indica il processo che porta allo sviluppo di una specifica forma o struttura. In questo caso il termine si riferisce a tutti i processi tettonici e di erosione che portarono le montagne ad avere l’aspetto attuale. Nel caso delle Alpi, sono stati davvero imponenti gli effetti delle fenomenologie glaciali. Durante l’ultima grande espansione glaciale, all’incirca tra 20.000 e 15.000 anni fa, tutte le Alpi erano ricoperte da una coltre di ghiaccio spessa anche 2km nelle valli maggiori, solo le cime più elevate riuscivano a emergere. Il progressivo ritiro dei ghiacciai a cominciare da 15.000 anni fa ha lasciato circhi, imponenti valli glaciali e morene, un territorio profondamente modellato.
L’aspetto delle montagne non rimane immutato nel tempo. La pioggia trascina a valle terriccio e piccoli sassi; il vento e il ghiaccio sgretolano la roccia. L'erosione ha generato forme con versanti poco scoscesi, e le diverse caratteristiche delle rocce determinavano la differente risposta. Ulteriori sollevamenti favorirono il potere erosivo delle acque che, incanalate, rimodellarono il paesaggio generando valli fluviali. Altre, come le Dolomiti, si sono formate da potenti spinte che hanno sollevato il fondo marino. Infine, altre montagne si sono formate per eruzione vulcanica. In questo secondo caso, la lava incandescente a contatto con l’aria si è solidificata ed è diventata roccia.
La storia geologica della Terra ha visto tanti processi di orogenesi: le montagne che si sono formate nelle orogenesi più antiche, precedenti anche alla divisione della Pangea, sono oggi rilievi erosi dal tempo e ridotti a dolci colline, come i monti Urali in Russia e gli Appalachi negli Stati Uniti. La litogenesi è l’insieme dei processi - magmatico, sedimentario e metamorfico - da cui hanno origine, in natura, le diverse rocce. Nel caso dell’Appennino, il ciclo litogenetico che lo riguarda è quello sedimentario. Circa 250 milioni di anni fa quell’area era caratterizzata da un ambiente marino di clima tropicale, dominato dalla presenza di piattaforme carbonatiche. Successivamente i movimenti tettonici portarono alla fratturazione della piattaforma e all’inabissamento di diverse sue porzioni, che divennero bacini marini profondi. Con la Teoria della tettonica a zolle, gli scienziati sono riusciti a fornire una spiegazione completa dell'orogenesi, ovvero della nascita e dell'evoluzione delle montagne. In particolare, i movimenti orizzontali delle zolle provocano corrugamenti della crosta, che talvolta si inarca e si piega come un'onda del mare, sollevandosi anche per migliaia di metri.
L'Italia si trova proprio all’incontro tra zolla africana e zolla eurasiatica, le quali sono spinte l’una contro l’altra dai movimenti del mantello. Con la curiosa S formata da Alpi e Appennini, però, l’andamento dei rilievi del Mediterraneo ha un aspetto meno lineare. Questo è dovuto al fatto che i margini di costa della placca africana presentava in origine un pronunciato promontorio che ha complicato la dinamica dello scontro. Tra Alpi e Appennini le montagne coprono ampia parte del territorio italiano. In Europa tutte le montagne più elevate si trovano nel Caucaso e sulle Alpi. In Asia le cime più alte sono tra Hindukush e Himalaya, dove moltissime superano i 7000 metri e molte gli 8000 metri. La vita in queste altitudini segue una precisa zonazione climatica: tra i 3000 e i 2000 metri si trovano arbusti come il pino mugo, il rododendro, la stella alpina; tra i 2000 e i 1000 metri crescono le aghifoglie; sotto i 1000 metri sono diffuse le latifoglie.