Il coniglio ed il cilindro

La tettonica a zolle, una unità didattica piuttosto controversa

 

Maria Teresa De Nardis

 

Se, per pura ipotesi, un insegnante volesse trattare la tettonica a zolle svincolata da ogni contesto culturale, dovrebbe innanzitutto individuare una serie di prerequisiti indispensabili per la comprensione del problema.  Ne elenco alcuni fra i più immediati:

 

1-conoscenza delle rocce e dei processi petrogenetici

2-conoscenza delle principali deformazioni delle masse rocciose

3-conoscenza delle grandi strutture geografiche e della loro dislocazione sulla superficie terrestre

4-conoscenza dei fenomeni sismici e vulcanici e della loro distribuzione sulla superficie terrestre

5-conoscenza dell’interno terrestre e delle problematiche storiche che hanno permesso la formulazione dei vari modelli

6-conoscenza dei concetti di campo magnetico terrestre, gravimetria, flusso termico.

 

Se invece si vuole inserire tale argomento nella trattazione delle Scienze della Terra, in un qualsiasi contesto scolastico, si capisce bene che tali requisiti debbono essere forniti dall’insegnante stesso come necessaria premessa sia dal punto di vista meramente nozionistico, sia dal punto di vista storico: è infatti su tali presupposti che si fonda la teoria in questione, da tutti dichiarata un ottimo modello, capace di riunire e spiegare tutti i fenomeni geo-tettonici a livello globale.  Purtroppo in quasi tutti i testi scolastici si nota questa profonda contraddizione: se da una parte gli Autori riconoscono l’importanza didattica di partire dalla osservazione dei fenomeni per poi formulare ipotesi e teorie, all’atto pratico gli stessi si limitano ad enunciare la teoria a priori, lasciando allo studio dei fenomeni vulcanici e sismici il compito di verificarne la validità.  È senz’altro un metodo comodo che evita fastidiose complicazioni di tipo interpretativo, ma è anche, soprattutto, un metodo dogmatico che presenta la teoria come una serie di conoscenze acquisite una volta per tutte e fornisce allo studente la visione di una Scienza statica, le cui idee "saltano fuori" come il coniglio dal cilindro del prestigiatore.

 

Ma chi, come la sottoscritta, ha impiegato circa due anni a esaminare le rocce di un minuscolo frammento di microzolla per poterne riconoscerne la natura, sa bene che le acquisizioni scientifiche si ottengono per gradi, secondo tentativi ed errori e che l’idea geniale “salta fuori” solo dopo l’analisi e la comparazione di una mole massiccia di informazioni.  Pensiamo agli autori delle due teorie che hanno rivoluzionato le scienze naturali, Darwin e Wegener: essi erano soprattutto esploratori e metodici annotatori di quanto avevano osservato.  E proprio questa capacità, insieme alla conoscenza delle acquisizioni interdisciplinari dei loro rispettivi tempi, ha permesso di “tirar fuori dal cappello” l’idea-base, che non si sono mai stancati di continuare a verificare.  Per tornare alla nostra unità didattica, risulta quindi chiaro che bisogna partire da molto lontano, al punto di doverla suddividere in tante sottounità autosufficienti ma concatenate le une alle altre.  È una operazione culturale che dobbiamo compiere con le nostre (scarse) forze dal momento che non troviamo il sostegno dei tanti libri di testo che, seppure formalmente rinnovati sull’onda lunga del progetto Brocca, risultano, in questo, vecchi di almeno 15 anni (a parte poche, lodevoli, eccezioni).  Si possono pertanto individuare le seguenti sottounità:

 

A) Rocce e deformazioni

B) Fenomeni vulcanici e sismici

C) Campi magnetici, termici, gravimetrici, interno terrestre

D) Strutture geografiche

E) Teorie interpretative

 

A1) Rocce

Rocce magmatiche (si può iniziare dalle rocce magmatiche perché è facile intuire che sono rocce primarie, in quanto provenienti da materiali fusi).  Definizione di magma.  Concetto di acidità e basicità in funzione della quantità di silice (ione SiO44-); concetto di viscosità e di mobilità del fuso per permettere di spiegare la differenza tra rocce intrusive e rocce effusive.  Cenni di mineralogia, nomenclatura dei minerali più importanti e la loro coesistenza in funzione della quantità di silice.  A piacere, serie di Bowen e classificazione in famiglie secondo la schema di Streckeisen.

Rocce sedimentarie.  (Si può partire dall’azione degli agenti atmosferici su un massiccio magmatico).  Concetti di erosione, trasporto, sedimentazione e diagenesi, differenza tra sedimento e roccia sedimentaria.  (Se ne deduce che ogni tipo di roccia emersa può essere sottoposta a tali processi.) Vari tipi di trasporto (rotolamento, sospensione, soluzione).  Ruolo degli organismi viventi, quindi sedimentazione organogena e chimica.

Rocce metamorfiche.  Concetti di isostasia, di pressione e, brevemente, di calore terrestre (è intuitivo che esso esista perché lo testimoniano le lave).  Diversa azione di pressione e temperatura, da sole o concomitanti, sulle rocce fredde; tre tipi di metamorfismo (termico, dinamico, regionale).  Cenni di nomenclatura; ultra metamorfismo e anatessi.

Si dimostra, pertanto, come tutti i tipi di rocce possano essere legati da un ciclo o da vari sottocicli. (Ciclo litogenetico).

N.B. Bisogna chiarire, come semplice osservazione, che esistono spinte verticali che possono far emergere le rocce profonde come è testimoniato dai massicci granitici e metamorfici esistenti un po’ dappertutto.

 

A2) Deformazioni

Il concetto intuitivo di spinte verticali e laterali porta alla considerazione che le rocce possono deformarsi.  Bisognerà specificare che le deformazioni possono essere elastiche (momentanee) e plastiche (definitive) e che il limite di queste ultime consiste nella rottura, secondo moduli diversi a partire dal tipo di roccia.  Pieghe e faglie. A piacere, la nomenclatura.  Questo capitolo, per molti trascurabile, è invece importante per capire la struttura di montagne, fosse, dorsali oceaniche ecc.

 

B1) Fenomeni vulcanici

Definizione: il vulcano è una spaccatura della crosta terrestre da cui fuoriescono materiali solidi, liquidi e gassosi ad alta temperatura (non sempre si trova sui libri di testo).  Tipi di vulcani classificati per a) forma: centrali, fissurali (o lineari), areali; b) tempo di attività: attivi, quiescenti, spenti.  Morfologia di un vulcano: a) centrale (serbatoio, condotto, cono ecc.) b) fissurale (spaccatura, plateaux ecc.) c) areale (condotti puntiformi, plateaux).  Attività vulcanica primaria.  Bisogna riprendere il concetto di acidità e basicità per giustificare, tramite la temperatura e la viscosità, i tipi di eruzione: hawayana (bassa viscosità, alta temperatura), stromboliana (viscosità e temperatura medie), pliniana (alta viscosità, temperatura media, ostruzione ed eiezione), peleana (caso limite: bassa temperatura e alta viscosità, nubi ardenti).  Attività vulcanica secondaria.  Caldere, fumarole, soffioni ecc.  Distribuzione geografica dei vulcani (“pura e semplice”).  Previsione e prevenzione, a facoltà dell’insegnante.

 

B2) Fenomeni sismici

Definizione di sisma.  Ipocentro ed epicentro.  Le scale sismiche: magnitudo e intensità.  A piacere, isosisme.  Tipi di onde (principalmente S e P) e loro comportamento.  Tipi di sismi (tettonici, vulcanici, ecc.).  Previsione e prevenzione, a piacere.  Distribuzione geografica dei terremoti (far notare la coincidenza con la distribuzione dei vulcani)

 

C1) Campo magnetico terrestre

Forma, orientamento, comportamento della bussola.  Magnetizzazione delle rocce.  Inversioni.  A piacere, origine.

 

C2) Calore terrestre

Gradiente geotermico.  Flussi termici e loro distribuzione (coincidenza con distribuzione di vulcani e terremoti)

 

C3) Campo gravitazionale terrestre

Cenni.  Isostasia.

 

C4) Interno terrestre

Riferimenti storici.  Cenni sulla composizione delle meteoriti.  Modello Sial Sima Nife.  Modello Sial Sima Osol Nife.  Modello attuale: studio delle onde S e P in funzione della profondità.  Discontinuità di Conrad, Mohorovicic, Gutemberg e loro significato chimicofisico.  Divisione della Terra in crosta (acida e basica) mantello e nucleo (sub-divisioni in nucleo interno ed esterno, mantello inferiore-astenosfera-litosfera, a facoltà dell’insegnante).

 

D) Strutture geografiche

Strutture continentali: tavolati, cratoni, orogeni, rift.  Strutture oceaniche: piattaforma continentale, scarpata, fondali, fosse, archi insulari, dorsali.  Coincidenza di particolari strutture (orogeni, rift, fosse e dorsali) con la distribuzione di terremoti e/o vulcani.  Mancanza di fenomeni geo-fisici in altre aree (cratoni, fondali ecc.).

 

E) Teorie interpretative

 

E1) Deriva dei continenti (Wegener 1913)

Premesse storiche (conoscenza di Sial e Sima).  Scopo: capire la genesi e la particolare disposizione delle catene montuose recenti (corrugamento alpino: ande-montagne rocciose e catena alpino-himalayana).  Osservazioni: a) forma a incastro dei continenti b) corrispondenze paleontologiche e paleoclimatiche.  Meccanismo: scivolamento del Sial sul Sima con corrugamento del fronte.  Cause: a) forza centrifuga (spinte verso i poli) b) rotazione terrestre (moto retrogrado delle Americhe).  Critiche: a) le forze in gioco sono troppo deboli b) alcuni continenti si sono spostati verso Est (al contrario della America).  Conclusioni: la teoria di Wegener risulta vera solo nella parte delle osservazioni.

 

E2) Tettonica a zolle (Hess, Vine, Wilson, ecc.)

Scopo: spiegare l’origine delle grandi strutture terresti (orogeni, cratoni, dorsali) e dei fenomeni connessi.  Osservazioni: a) e b) come Wegener c) presenza di dorsali vulcaniche basaltiche in ogni oceano d) fondi oceanici basaltici con colate magnetizzate a fasce inverse e simmetriche rispetto all’asse di dorsale e) età delle fasce basaltiche crescenti verso i continenti f) sedimenti sui fondali di spessore minore verso la dorsale, maggiore verso i continenti g) età massima di colate e sedimenti circa 180 milioni di anni h) presenza di fosse profonde associate ad archi insulari o a corrugamenti recenti i) particolare distribuzione di vulcani e terremoti (piano di Benjoff) l) mancanza di fenomeni geo-tettonici in corrispondenza dei cratoni n) migrazione dei poli, ecc.

Meccanismi: a) espansione dei fondi oceanici b) subduzione lungo il piano di Benjoff c) di conseguenza esistenza di celle convettive (in tutto il mantello, nel mantello superiore o nell’astenosfera?) d) crosta rigida g esistenza di zolle (macro e micro) e) movimenti reciproci delle zolle f) margini di zolla e fenomeni associati: f1) divergente =assottigliamento della crosta continentale, apertura ed espansione dell’oceano, terremoti superficiali f2) convergente = tre casi: i) margine oceanico contro margine oceanico = sistema arco vulcanico-fossa, terremoti profondi; ii) margine oceanico contro margine continentale = sistema fossa-corrugamento, terremoti profondi; iii) margine continentale contro margine continentale = catena montuosa, terremoti profondi; f3) trasforme = frequenti terremoti di piccola-media profondità, raro vulcanismo.

Esempi: analisi della situazione andina, himalayana, filippina, mediterranea.

Cause: dissipazione del calore terrestre (del nucleo o del mantello?) attraverso i moti convettivi. Critiche, a facoltà dell’insegnante: 1) le microzolle non mostrano sempre margini facilmente riconoscibili 2) presenza di punti caldi all’interno delle zolle.  Conclusioni: è la teoria attualmente più completa in grado di spiegare in modo organico il magmatismo, la sismicità, le deformazioni superficiali, le orogenesi, il ciclo delle rocce ecc ...

N.B. si può far notare che esistono teorie alternative (espansione terrestre di Carey; diapirismo di Belousov; undazione di Van Bemmelen) che però non riescono a spiegare contemporaneamente tutti i fenomeni geotettonici osservabili sulla superficie terrestre

 

Strumenti e verifiche

Oltre a numerose esperienze pratiche (Naturalmente 3/91) si possono usare diversi ausili didattici come carte degli oceani, plastici tridimensionali, audiovisivi.  Le verifiche saranno fatte in itinere, a facoltà dell’insegnante, mediante interrogazioni e/o questionari aperti o a scelta multipla.  Comunque sia, è importante che ogni sotto-unità sia conclusa da una verifica scritta del grado di comprensione e apprendimento.  Di recente sono stati pubblicati testi e quaderni che riportano un certo numero di quesiti, tuttavia ritengo che, per coerenza col livello di insegnamento e con la nomenclatura usata, sia più proficuo che ogni docente li prepari da sé.

 

Conclusioni

È bene far capire agli alunni che i fenomeni studiati nelle varie sotto-unità non sono slegati tra loro, come potrebbe sembrare, ma si possono interpretare tutti alla luce della teoria della tettonica a zolle e pertanto fanno parte di un unico disegno geo-tettonico globale.  Tuttavia bisogna insistere nel fatto che ogni modello implica continue verifiche che ne attestino la validità rispetto alle nuove conoscenze via via acquisite, pertanto è soggetto a continua evoluzione.  Le indicazioni fin qui fornite risultano piuttosto generiche dal momento che le Scienze della Terra si insegnano a vari livelli, quindi ciascun insegnante potrà ridurre o ampliare i vari argomenti e trattarli in modo più descrittivo o più teorico a seconda della tipologia di scuola e delle conoscenze di base degli allievi.  Si ricordi, infatti, che la capacità di generalizzazione e di sintesi, quindi di ragionamento per modelli, si acquista con l’età.  Tuttavia ritengo che questo sia l’iter più coerente per impostare lo studio della geo-tettonica in maniera induttiva.

 

Bibliografia

1) Bosellini Le scienze della terra Bovolenta Ed.

2) Federici-Axianas Nuovi lineamenti di geografia generale Bulgarini Ed.

3) Filippini-Bignami La riscoperta della Terra e dell’Universo Minerva italica Ed.

4) Giuliano-Vallino Introduzione alle Scienze della Terra Il Capitello Ed.

5) Masini Le scienze della terra Ed. Sc. B. Mondadori

6) Palagiano-Fulvi Geografia generale Paradigma Ed.

 

 

Pubblicato originariamente su Naturalmente, 1994, 7 (2), 32-34.