Staccare e sollevare invece di ruspare

Per molto tempo, gli scienziati della Terra hanno ritenuto che le Alpi si fossero formate dalla collisione della placca adriatica a sud e della placca europea a nord. Secondo questa opinione da manuale, la placca adriatica spinge il materiale roccioso davanti a sé come un bulldozer, accumulando le montagne. Il suo peso spinge quindi la placca continentale sottostante verso il basso. Di conseguenza, sulla crosta adiacente alle montagne si forma un avvallamento, l'Altopiano svizzero. Nel corso del tempo, questo avvallamento sprofonda insieme al resto della placca.

Tuttavia, qualche anno fa, il geofisico dell'ETH Edi Kissling e Fritz Schlunegger, specialista di sedimenti dell'Università di Berna, hanno espresso dubbi su questa teoria sulla base di dati geofisici e geologici recenti. I due ricercatori hanno quindi postulato un meccanismo alternativo di formazione delle Alpi.

La topografia e l'elevazione invariate hanno fatto sorgere dei sospetti

Kissling e Schlunegger hanno dimostrato che la topografia e l'altitudine delle Alpi sono rimaste praticamente invariate negli ultimi 20 milioni di anni. L'avvallamento dell'Altopiano centrale, invece, ha continuato a sprofondare. Secondo i ricercatori, ciò indica che la formazione delle Alpi Centrali e l'abbassamento dell'avvallamento non sono collegati come si riteneva in precedenza. Se l'avvallamento si fosse formato come risultato della pressione di due placche, ci sarebbero state prove della crescita costante delle Alpi - perché la collisione delle placche, la formazione dell'avvallamento e l'altezza delle montagne sono collegate secondo la precedente comprensione della formazione delle Alpi.

Il comportamento della placca europea fornisce una nuova possibile spiegazione. In primo luogo, la parte oceanica della placca europea scivola sotto la microplacca adriatica a sud. Quando la subduzione è progredita fino al punto in cui la parte continentale della placca europea inizia a collidere con la microplacca adriatica, la crosta terrestre superiore, più leggera, in questa zona si separa dalla litosfera del mantello più pesante sottostante. Mentre la crosta terrestre si solleva grazie al suo peso inferiore e quindi solleva letteralmente le Alpi dall'acqua, la litosfera del mantello affonda ulteriormente nel mantello terrestre e quindi tira verso il basso la parte vicina della placca.

Questo è possibile perché le Alpi sono composte da gneiss e granito. Queste rocce crostali sono molto più leggere del mantello terrestre, nel quale sprofonda lo strato inferiore della placca, la litosfera del mantello. "Questo crea forti forze di sollevamento che sollevano le Alpi", spiega Edi Kissling. "Le Alpi si sono quindi formate grazie a queste forze di sollevamento, e non per l'effetto bulldozer causato dalla collisione delle due placche continentali".

Un nuovo modello conferma l'ipotesi del sollevamento

Per indagare sull'ipotesi del sollevamento, Luca Dal Zilio, ex dottorando del professore di geofisica dell'ETH Taras Gerya, ha ora sviluppato un nuovo modello in collaborazione con Edi Kissling e altri ricercatori dell'ETH. Utilizzando l'ETH "Euler", Dal Zilio ha simulato i processi di tettonica a placche nella zona di subduzione sotto le Alpi e i terremoti associati nel corso di milioni di anni.

"La grande sfida di questo modello è il superamento delle scale temporali. Tiene conto degli spostamenti di pochi secondi che si manifestano nei terremoti, così come delle deformazioni della crosta e della litosfera del mantello nel corso di millenni", spiega Dal Zilio, autore principale dello studio, appena pubblicato sulla rivista Geophysical Review Letters.

La simulazione in singoli passi:

37 milioni di anni fa, la subduzione della parte oceanica più pesante della placca europea (da sinistra) sotto la placca continentale più leggera dell'Adriatico (a destra) a sud era in pieno svolgimento. Al di sopra dell'interfaccia si è formata una catena montuosa (gialla, a strisce), che si erge sul livello del mare solo sotto forma di isole isolate. Verde chiaro: Mantello terrestre; banda verde: litosfera; verde scuro, banda stretta: crosta oceanica; strisce rosa-vinose-rosse: Crosta inferiore. Strisce grigie: crosta superiore.

Nei prossimi milioni di anni, la curvatura della placca oceanica si intensificherà, praticamente rotolerà all'interno. Nel complesso, la placca europea non si muove. Di conseguenza, la placca in subduzione sviluppa un effetto di risucchio sulla placca adriatica, molto più piccola, che la trascina verso nord (a sinistra nell'immagine).

Quando la subduzione è progredita fino al punto in cui la parte continentale più leggera della placca europea inizia a collidere con la microplacca adriatica, la crosta terrestre superiore, più leggera, si separa dalla litosfera del mantello sottostante, più pesante, in questa zona. Mentre la crosta terrestre si solleva a causa del suo peso inferiore, la litosfera del mantello sprofonda ulteriormente nel mantello terrestre, tirando la parte vicina della placca verso il basso.

Un momento decisivo 30 milioni di anni fa: la parte più avanzata della placca sommersa si stacca. Questo riduce il suo peso gigantesco. Si rilassa come una molla e si ritrae. Questo intensifica il sollevamento della catena montuosa, che si innalza quasi fino all'altezza attuale.

La subduzione della placca residua continua, anche se a un ritmo più lento. La placca adriatica viene risucchiata più a nord. In superficie, il sollevamento e l'erosione si bilanciano a vicenda, cosicché le Alpi sono rimaste più o meno alla stessa altezza negli ultimi 30 milioni di anni.

Secondo Edi Kissling, il modello può simulare molto bene i processi di sollevamento ipotizzati da lui e dai suoi colleghi. "Il grande vantaggio di questo modello è che è dinamico", afferma. I modelli precedenti avevano seguito un approccio più rigido o meccanico che non teneva conto dei cambiamenti nel comportamento delle placche. "Tutte le nostre osservazioni fino ad oggi sono coerenti con questo modello", sottolinea il geofisico.

Il modello si basa su leggi fisiche. La placca europea sembra subdurre verso sud. Contrariamente al normale modello di subduzione, però, non si muove in questa direzione perché la posizione del continente rimane stabile. Ciò costringe la litosfera in subduzione a ritirarsi contemporaneamente verso nord. Di conseguenza, la placca europea esercita un'attrazione sulla relativamente piccola placca adriatica. Questo è paragonabile a una nave che affonda. Il risucchio che ne deriva è molto forte, spiega l'ETH. Ed è sufficiente a risucchiare la microplacca adriatica più piccola e a farla collidere con la crosta della placca europea. "Il meccanismo che mette in moto le placche non è quindi una spinta, ma una trazione". Il motore di questa trazione non è altro che la gravità, che agisce sulla placca sommersa.

Un nuovo sguardo alla sismicità

Il modello rappresenta anche la distribuzione dei terremoti, nota come sismicità, nelle Alpi centrali, nell'avvallamento dell'Altopiano centrale e sotto la Pianura Padana. "Il nostro modello è anche il primo simulatore di terremoti per le Alpi centrali svizzere", spiega Dal Zilio.

Secondo il modello, la sismicità sotto le Alpi è molto diversa da quella che prevale sotto l'Altopiano Centrale, l'Arco del Giura e la Pianura Padana. Secondo il modello, i terremoti si verificano più frequentemente e a basse profondità sotto le Alpi, mentre si verificano meno frequentemente e a profondità maggiori sotto l'Altopiano Centrale e il Giura.

Il vantaggio di questo simulatore di terremoti è che copre un periodo di tempo molto lungo. Ciò significa che simula anche terremoti molto forti, che si verificano estremamente raramente.

"Gli attuali modelli sismici si basano sulla statistica", afferma Dal Zilio. "Il nostro modello, invece, si basa su leggi geofisiche e quindi tiene conto anche di terremoti che si verificano solo una volta ogni centinaia di anni". Le attuali statistiche sui terremoti tendono a sottostimare tali terremoti. Le nuove simulazioni migliorano quindi la valutazione del rischio sismico in Svizzera.

Questo ha anche un grande significato pratico: la modellazione dei rischi è incorporata, tra l'altro, in regolamenti e linee guida per l'Umwelt und Geomatik e la prevenzione dei disastri. Tuttavia, non sarà ancora possibile prevedere dove e quando si verificheranno i terremoti. "Nessuno è ancora in grado di fare una previsione affidabile dei terremoti", sottolinea Dal Zilio. "Nemmeno il nostro modello è in grado di farlo".