Le dorsali oceaniche

Le dorsali oceaniche (DOR-O) sono strutture che si formano durante l’ultima fase dei processi di rifting (vedi sezione dedicata), ossia quella di drifting, in cui si ha la formazione di nuova crosta e contraddistinguono i margini di placca costruttivi. Il sistema delle dorsali oceaniche (o ridge) è costituito da segmenti spostati di margini di placca in distensione che sono segnati da faglie trasformi (vedi sezione dedicata). La crosta oceanica per effetto della risalita dell’astenosfera si assottiglia, ed il magma, che risale formando delle camere magmatiche che alimentano punti di eruzione, subisce un degassamento trasformandosi in lava che solidifica rapidamente sui fianchi del rilievo. Le colate più giovani spingono lontano dalla dorsale i prodotti delle colate più antiche. Dal punto di vista petrologico nell’area di dorsale affiorano basalti per lo più tholeitici.

Morfologia delle dorsali

La DOR-O presentano i seguenti elementi morfologici:

• valle mediana (o fossa) (VM)
  • zona centrale (o assiale)
    • bocca (o zona eruttiva) (mf)
    • fumarole nere (fn)
    • depressioni (de)
  • zone marginali
    • alti marginali (amW e amE)
    • pareti (paw e pae)
• creste (CR-W e CR-E)
• valli laterali

Le dorsali oceaniche sono segmentate a parecchi ordini differenti:

• segmentazione di primo ordine – zone di frattura (faglie trasformi e dorsali)
• segmentazione di secondo ordine – zone di faglie trasformi non rigide e grandi spostamenti (3-5 km) detti centri di espansione (CES)
• segmentazione di terzo ordine –  piccoli spostamenti (0,3-3 km)
• segmentazione di quarto ordine – rigetti laterali piccolissimi (<0,5 km)

I fusi parziali che alimentano le camere magmatiche disposte al di sotto delle DOR-O ne controllano la segmentazione.  La segmentazione laterale delle DOR-O deriva dalla variazione nello spazio e nel tempo della disponibilità di magma al di sotto dell’asse della dorsale. Esiste inoltre una forte correlazione tra la forma della sezione trasversale di una dorsale, la presenza o l’assenza di una valle mediana (VM) e la presenza o l’assenza di una camera magmatica poco profonda. Le camere magmatiche (CAMM) si rinvengono generalmente dove la dorsale è ampia e dove è presente una fossa assiale (o valle mediana).  Apporti crescenti di magma danno origine a camere magmatiche (CAMM) poco profonde e al conseguente allargamento del rigonfiamento assiale su cui si sviluppa una fossa. Viceversa uno scarso apporto di magma determina la formazione di una piccola CAMM o, a volte, la sua completa assenza, così come di una valle mediana.

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La valle mediana

La morfologia delle dorsali ed in particolare lo sviluppo della valle mediana, è in rapporto con la velocità di espansione (v_e) e con il regime di espansione o di contrazione di un oceano. Negli oceani in espansione (es. Atlantico, Indiano, ecc), le v_e sono basse e si sviluppa la valle mediana. Negli oceani in contrazione (es. Pacifico), le dorsali possono essere spostate rispetto al centro e la valle mediana non si sviluppa. Le differenze nella litologia e nel chimismo dei basalti generati sulle dorsali è correlato alla v_e.

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Zona centrale (o assiale)

La zona centrale è costituita da un rialzo e da espandimenti laterali (el) delimitati da leggere depressioni (de).

Il guscio fragile che sovrasta il magma si tende e si incrina ed il magma si intrude nelle fenditure in modo che le eruzioni seguono il percorso di migrazione del magma. Dopo l’eruzione, la rimozione del magma che sosteneva la struttura da luogo alla formazione di un rialzo (sulla sommità assiale).

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Zone marginali

Le zone marginali, costituite dalle pareti (pa) e dagli alti marginali (am) di una dorsale  sono caratterizzate da intensa fratturazione.

*** sezione in costruzione ***

Alti marginali

*** sezione in costruzione ***

Pareti

Le pareti interne delle dorsali sono molto ripide a volte con pendenze veramente spettacolari fino ad 80°.

*** sezione in costruzione ***

*** SEZIONE IN COSTRUZIONE ***

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Le creste

Le creste generalmente sono 2-3 km più alte dei bacini oceanici vicini
In corrispondenza dell’asse di una dorsale è presente una camera magmatica che può essere larga fino a 6 km e posta ad una profondità limitata.
Inizialmente la topografia è parallela alle creste e può essere molto accidentata.
Le creste possono presentare delle discontinuità rispetto all’asse delle dorsale.
Due centri eruttivi lungo la dorsale possono evolvere in maniera particolare, e pertanto le creste possono presentare delle discontinuità che si creano secondo modalità diverse:

CASO 1 – Le venute  di magma risultano ben allineate rispetto all’asse della dorsale e possono scontrarsi frontalmente oppure si bloccano senza incontrarsi.

CASO 2 – Le venute di magma non si allineano bene ma finiscono per unirsi successivamente. Si creano dei CE con formazione di bacini di sovrapposizione.

CASO 3 – Le venute di magma non si allineano e non si uniscono. Si creano centri di espansione e bacini di sovrapposizione relitti.  E’ possibile in questo caso individuare la migrazione del rigetto.

Valli esterne 

Le valli esterne alla dorsale bordano i versanti delle creste e sono sede di deposizione di sedimenti marini soprattutto abissopelagici.

*** SEZIONE IN COSTRUZIONE ***

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Petrologia delle dorsali oceaniche

In corrispondenza delle dorsali si ha un alto flusso di calore causato dalla risalita di materiale prodotto dalla fusione parziale del mantello peridotitico per decompressione adiabatica. Normalmente questo fuso da origine ad un magma basaltico di tipo tholeitico a olivina (vedi MORB), con piccole variazioni di composizione relativamente ad Al e Fe. Possono contenere fenocristalli di olivina o plagioclasio, oppure, ma raramente clinopirosseno. Una parte del magma che risale in corrispondenza delle dorsali non viene emesso attraverso eruzioni sottomarine,  ma solidifica in profondità. Nell’area di dorsale infatti, al di sotto della coltre basaltica solidificano gabbri con caratteristiche chimiche analoghe ai basalti tholeitici. Nelle eruzioni sottomarine al di sotto delle dorsali vengono emesse soprattutto lave che hanno una caratteristica forma a cuscino (pillow lava) che costituiscono potenti serie. il flusso della lava si divide in blocchi rotondeggianti, che si sovrappongono continuamente. I blocchi rimangono plastici all’interno e assestandosi si deformano fino al completo raffreddamento.

Altri aspetti morfologici e petrologici delle dorsali

Correlazione fra morfologia, velocità di espansione (v_e) e chimismo delle rocce nelle zone di espansione

Il modello classico della crosta oceanica si applica bene alle dorsali ad alta v_e (> 9 cm/anno) come l’East pacific Ridge (Dorsale oceanica pacifica Orientale), ma non si adatta bene e quindi non può essere applicato per le dorsali a bassa v_e (<9 cm/anno) come la Mid-Atlantic Ridge (Dorsale Medio Atlantica) (DMA) o la Southwest Indian Ridge (Dorsale Indiana Sud-Occidentale) (DISO).

Sotto le dorsali a bassa velocità di espansione non solo si nota una forte riduzione, fino a 2-3 km, degli strati rappresentati dal complesso filoniano e gabbrico, ma i dati sismici rivelano anche la presenza di una tettonica estensionale testimoniata dalla presenza di faglie dirette a basso ed alto angolo causata dal fatto che la velocità di espansione, seppure molto bassa, non è compensata da una attività vulcanica effusiva ed intrusiva. Pertanto il tasso di divergenza delle placche crea uno spazio non compensato dalla creazione di nuova crosta oceanica. Questo processo fa si che in alcune zone arrivino ad affiorare peridotiti di mantello.

La litosfera oceanica si estende come un livello rigido sottoposto a stiramento al di sopra di un livello che al contrario si deforma plasticamente. Questa distensione determina faglie normali con notevole rigetto e la formazione di scarpate ai cui piedi si possono accumulare spessori importanti di brecce sedimentarie costitute esclusivamente da gabbri, peridotiti e basalti. Queste brecce costituiscono delle litologie tipiche che spesso sono intercalate con colate basaltiche, dando luogo a sequenze ofiolitiche “incomplete”.

Il processo di estensione avviene per semplice deformazione e della litosfera oceanica lungo una faglia di principale detta detachment fault che interseca la dorsale in profondità.
La morfologia è quindi diversa lungo i due fianchi della dorsale. Si ha un margine (lower plate) caratterizzato da affioramenti di gabbri e peridotiti e con blocchi tiltati delimitati da zone di taglio (alloctoni estensionali) e un margine (upper plate) caratterizzato da affioramenti del complesso vulcanico.

Le differenze nella litologia e nel chimismo dei basalti generati nelle DOR-O rivelano una semplice correlazione con la v_e. Queste differenze avvengono in un ambiente successivo alla fusione parziale. Le dorsali a bassa v_e sono caratterizzate da una camera magmatica  effimera in cui si ha accumulo di plagioclasio calcico, la presenza di morfologie di reazione tra fenocristalli e liquido ed estratti di frazionamento a prevalente pirosseno che testimoniano un processo complesso di differenziazione successiva. Le dorsali ad alta v_e  sono viceversa caratterizzate da una camera magmatica ben definita dove il frazionamento dei basalti a bassa P tende a composizioni ricche in ferro.

Attività idrotermali nelle zone di dorsale

Nelle zone di dorsale, si possono rinvenire prodotti di attività idrotermale. Attraverso i sedimenti porosi e gli strati vulcanici del fondo marino, fratturati anche dalla contrazione termica che determina una sufficiente permeabilità, l’acqua di mare entra nel sistema idrotermale (ic) e viene arricchita in solfuri e metalli estratti dalla crosta oceanica per lisciviazione diventando una soluzione estremamente acida (ph anche inferiore a 2,8) ad alta T che aumenta di pressione, finchè non trova una via di sfogo sul fondo dell’oceano e viene rilasciata ma senza formazione di bolle a causa dell’alta P della colonna d’acqua sovrastante.

La differenza di T favorisce la formazione di minerali (principalmente solfuri) che cristallizzano creando intorno a ciascuna bocca idrotermale delle strutture a forma di camino chiamate fumarole (o fumaiole) nere (fn)  (black smokers) (vedi sezione dedicata Le sorgenti idrotermali)

I solfuri metallici che vengono depositati possono dare origine nel tempo a estesi depositi di minerali sulfurei potenzialmente adatti ad essere sfruttati.

Le principali dorsali della Terra

Di seguito sono elencate le principali della Terra. Le loro caratteristiche verranno illustrate separatamente in sezioni dedicate:

• dorsale medio-atlantica (DMA)
• dorsale antartico-sudamericana (DAS)
• dorsale pacifico-antartica (DPA)
• dorsali indiane
  • dorsale indiana sudorientale (DISO)
  • dorsale indiana sudoccidentale (DISOC)
  • dorsale medio-indiana (DMI)

*** SEZIONE IN COSTRUZIONE ***

MORB
I basalti delle dorsali oceaniche sono chiamati (Middle Oceanic Ridge Basalt o MORB) e possono essere suddivisi in tre tipi principali:

• Normal MORB (N-MORB).
• Enriched MORB (E-Morb). 
• Transitional MORB.

I Normal MORB, si rinvengono nella maggior parte delle dorsali medio oceaniche sono basalti tholeitici e sono caratterizzati da un forte impoverimento in elementi incompatibili con rapporto 87Sr/86Sr molto basso.

Gli Enriched MORB si rinvengono spesso in piattaforme associati a Plume mantelliche (Islanda, Azzorre, Galapagos, Reunion) e sono caratterizzati da elevati contenuti in elementi incompatibili (P, K, Rb, Cs, Ba, REE leggere, Ta, Th, U).

I Transitional MORB sono dovuti a variazioni dei N-MORB che possono sfumare gradualmente a E-MORB.

FONTI

TESTI

Magmatismo e metamorfismo – D’Amico, Innocenti, Sassi,   (1987)
Tettonica globale – Kearey Ph. Frederick J. Vine , traduzione a cura di F. Ricci Lucchi

Il fondale della frattura medio-atlantica – J.R. Heirztel e W. B. Bryan – Le Scienze n. 88 ed. Italiana, Dicembre 1975, p-131-139

LINK

www.gmpe.it
www.alexstrekeisen.it