Le tracce magnetiche che raccontano la storia geologica di Sardegna, Calabria e Sicilia
di Gaia Siravo
Una geografia apparentemente immobile
Guardando una mappa geografica si ha un’immagine statica ed apparentemente definitiva della configurazione di mari e terre emerse. Ad esempio nel Mediterraneo occidentale si nota la Sardegna e la Corsica separate dalla penisola italiana dal Mar Tirreno, la Calabria protesa verso il Mar Ionio, la dorsale della penisola marcata dagli Appennini e le catene montuose Maghrebide e nord africane Tell e Rif che chiudono il bacino verso sud.
In realtà, dal punto di vista geologico, il Mediterraneo è uno dei settori più mobili e complessi del pianeta. Le sue montagne, i suoi bacini marini e persino la posizione relativa di alcune regioni oggi vicine sono il risultato di una lunga successione di aperture oceaniche, collisioni continentali, frammentazioni e rotazioni di blocchi crostali durate decine di milioni di anni.
Le rocce che affiorano oggi in Sardegna, Corsica, Calabria e Sicilia raccontano infatti una storia molto diversa da quella suggerita dalla geografia attuale. Alcuni frammenti crostali che oggi appartengono all’Italia meridionale potrebbero aver occupato in passato posizioni completamente differenti, ed essere stati adiacenti a settori oggi lontani centinaia di chilometri.
Ricostruire questi movimenti non è semplice. I processi geologici che modellano la geografia agiscono su tempi enormemente più lunghi rispetto alla scala umana: le montagne si deformano nell’arco di milioni di anni, gli oceani si aprono lentamente e interi blocchi continentali possono ruotare senza lasciare tracce evidenti nel paesaggio moderno.
Per questo motivo la geologia utilizza strumenti capaci di leggere informazioni conservate direttamente nelle rocce. Tra questi, il paleomagnetismo rappresenta uno dei metodi più efficaci per ricostruire i movimenti delle placche tettoniche durante il passato geologico.
Un puzzle geologico costruito in milioni di anni
La struttura geologica delle catene circum-mediterranee (Figura 1) rivela la presenza di alcuni frammenti crostali in chiaro contrasto geologico con il contesto circostante. Le catene degli Appennini, Maghrebide, Tell e Rif sono infatti costituite prevalentemente da successioni sedimentarie mesozoiche che vengono bruscamente interrotte da grandi spessori di rocce ignee e metamorfiche. Queste porzioni sono dei blocchi tettonici esotici, formatisi lontano dalla loro posizione attuale e che hanno “navigato” da una non precisata località iniziale fino a collidere con la catena Maghrebide-Appenninica e nord Africana o a restare isolati come la Corsica e la Sardegna. In dettaglio questi sono:
- il blocco di Alboran (Al) frammentato fra costa nord africana (Marocco) e costa meridionale della Spagna.
- i blocchi Kabyli (Ka) attualmente sovrapposti alla catena del Tell in nord Africa (Algeria);
- il blocco Peloritano (Pe; triangolo nord orientale della Sicilia delimitato a Capo d’Orlando-Taormina);
- il blocco Calabro (Ca; include tutta la Calabria a sud di Diamante-Sibari);
Tutti insieme i blocchi prendono il nome di AlKaPeCa, e la loro natura ed evoluzione geologica rappresentano un argomento di animato dibattito scientifico degli ultimi 60 anni.
Dunque, come spiegare questo puzzle geologico?
La storia del Mediterraneo occidentale è legata alla frammentazione dell’antico supercontinente Pangea e all’apertura della Tetide alpina, un oceano formatosi durante il Giurassico superiore (160-140 milioni di anni) tra i margini europeo e africano. In questo periodo e durante tutto il Cretacico (140-65 milioni di anni) ai margini della Tetide alpina si sono formati grandi spessori di rocce sedimentarie che oggi ritroviamo deformati all’interno delle catene alpine, appenniniche, maghrebidi e nord Africane.
Successivamente (da ca. 80 milioni di anni in poi), la convergenza tra Africa ed Europa ha portato alla chiusura e completa subduzione della Tetide Alpina ed alla costruzione delle catene montuose mediterranee. Le rocce originariamente depostesi ai margini della Tetide Alpina sono state accatastate nelle Alpi, Appennini, Maghrebidi e catene nordafricane. Da ca. 30 milioni di anni in poi il processo di subduzione ed a grande scala della convergenza fra Africa ed Europa ha determinato la formazione di ulteriori bacini oceanici, noti come bacini di retroarco. Questi sono il bacino Liguro-Provenzale, formatosi fra 30 e 15 milioni di anni fa fra la Corsica-Sardegna e la costa Provenzale-Catalana; ed il mar Tirreno, formatosi fra 10 e 2 milioni di anni fa fra la Corsica-Sardegna ed il blocco Peloritano e Calabro.
E’ questo il meccanismo che ha portato alla frammentazione e dispersione dei blocchi AlKaPeCa. Tuttavia la loro posizione originaria ed il loro “percorso” è tuttora natura di dibattito. Il dibattito scientifico sulla natura di questi blocchi è rimasto vivo per decenni rappresentando uno degli aspetti più complessi della geodinamica mediterranea. Sono stati proposti tre diversi modelli che prevedono alternativamente una affinità europea, una affinità africana oppure sono stati considerati come un singolo blocco localizzato al centro della Tetide Alpina noto appunto come AlKaPeCa. Inoltre nell’ipotesi di un affinità europea si apre un ulteriore dibattito sulla posizione iniziale di Corsica e Sardegna se adiacenti alla costa Catalana (Spagna) oppure alla costa Provenzale (Francia).
In questo ampio dibattito dunque il paleomagnetismo, assieme alle osservazioni geologiche, è l’unico metodo scientifico che può risolvere questo ardito puzzle geologico.
Le rocce come una bussola del passato: il paleomagnetismo
Alcune rocce sedimentarie e vulcaniche contengono minuscoli minerali magnetici, spesso grandi pochi micron, che durante la formazione della roccia possono orientarsi secondo il campo magnetico terrestre esistente in quel momento.
Quando il sedimento si consolida oppure quando una lava si raffredda, quell’ orientazione può rimanere “congelata” per milioni di anni. In pratica, la roccia conserva una sorta di memoria magnetica del passato in quella che si chiama magnetizzazione naturale rimanente.
Misurando oggi questa magnetizzazione rimanente e confrontandola con la direzione attesa del campo magnetico terrestre per la placca tettonica di riferimento è possibile capire se quel frammento di crosta terrestre abbia subito rotazioni (da considerarsi attorno ad un asse verticale) dopo la formazione della roccia in analisi.
Ricostruire storie così complesse richiede un meticoloso lavoro sul terreno e in laboratorio. Questi studi vengono condotti dai ricercatori del laboratorio di paleomagnetismo dell’INGV seguendo un preciso protocollo di campionamento e misurazione.
In principio è necessario selezionare le litologie più appropriate in modo da massimizzare la possibilità di successo del campionamento. Infatti non tutte le rocce conservano la magnetizzazione naturale rimanente ed a seconda dell’area è necessario individuare le litologie migliori. Ad esempio i sedimenti continentali rossi (i celebri red beds) sono un target classico del paleomagnetismo ed offrono un alto tasso di successo. Per questo sono stati campionati sia nella Nurra (età Permiano superiore e Triassico inferiore) che nel Sulcis (età Eocene medio). Altri sedimenti che offrono alti livelli di successo sono i sedimenti marini rossi, come quelli campionati dai ricercatori nella Formazione di San Marco d’Alunzio nei Peloritani ed il Rosso Ammonitico nella successione di Longobucco (Calabria). Infine anche i calcari pelagici e le marne sono litologie generalmente adeguate in quanto sono caratterizzate da un basso tasso di sedimentazione implicando una concentrazione del segnale magnetico proveniente da particelle detritiche.
Il campionamento si effettua con una procedura standardizzata utilizzando un piccolo perforatore portatile ed orientando ogni singolo campione con precisione, utilizzando contemporaneamente bussola magnetica e orientazione solare. In ciascun studio paleomagnetico sono necessari centinaia di campioni che vengono analizzati in laboratorio attraverso progressive tappe di smagnetizzazione termica o per campo alternato. Il trattamento di smagnetizzazione permette di isolare le componenti magnetiche (intensità, direzione e verso) della magnetizzazione naturale rimanente. In alcuni casi è possibile identificare più di una componente magnetica, eventualmente registrate in fasi diverse della storia geologica della roccia.
Le direzioni magnetiche così ottenute vengono confrontate con le direzioni attese della placca tettonica principale di riferimento per ottenere valori di rotazione. Inserendo i risultati ottenuti nel più ampio quadro tettonico e geodinamico è possibile ricostruire l’evoluzione rotazionale del blocco crostale in analisi. In accordo con le più ampie osservazioni geologiche e tettoniche i dati di rotazione paleomagnetica permettono di riportare il blocco tettonico alla sua posizione originaria e produrre un modello paleogeografico.
La scienza cambia insieme ai dati, la rotazione di Corsica-Sardegna
E’ ben noto nella letteratura scientifica che la microplacca Sardo-Corsa ha ruotato di ca.50-60° in senso antiorario durante l’apertura del bacino Liguro-Provenzale. Tuttavia successivi campionamenti paleomagnetici hanno permesso di implementare la conoscenza sulla quantità totale di rotazione e sulla architettura interna del blocco Sardo-Corso.
In un primo momento, nuovi dati pubblicati dai ricercatori dell’INGV e provenienti dal Sulcis (Sud Sardegna, SS), indicavano che la Sardegna meridionale (a Sud della faglia di Nuoro) avesse ruotato non di 60° ma fino a 90° negli ultimi 40 milioni di anni. Questi dati, assieme ad una profonda revisione dei dati precedentemente disponibili nella letteratura scientifica, hanno portato perciò i ricercatori ad ipotizzare che la Sardegna meridionale dovesse avere una storia rotazionale differente dalla Sardegna del nord (NS) e dalla Corsica. Nella Sardegna Sud si registravano infatti rotazioni antiorarie da 90° fino a 120° (da dati precedenti) mentre nella Sardegna Nord e Corsica i dati mostravano univocamente una rotazione solidale di ca. 60°.
Queste discrepanze hanno portato i ricercatori ad ipotizzare che Sardegna Nord e Sud abbiano avuto comportamenti indipendenti prima della definitiva apertura del bacino Ligure-Provenzale e della rotazione della microplacca Sardo-Corsa (fra 30 e 15 milioni di anni). Si è ipotizzato cioè che la Sardegna meridionale fosse adiacente alla placca Iberica lungo la costa catalana, mentre la Sardegna settentrionale e la Corsica fossero adiacenti alla placca Europea lungo la costa Provenzale. E’ noto infatti che la placca Iberica ha subito una rotazione di ca. 40° in senso antiorario durante il Cretacico medio, fornendo così una spiegazione all’eccesso di rotazione misurato in Sardegna meridionale.
I ricercatori hanno così proposto una teoria innovativa che smontava un cardine fisso della geodinamica del mediterraneo che considerava Corsica e Sardegna come un unico blocco rimasto sostanzialmente coerente durante tutta la sua storia. Tuttavia un successivo ampliamento del database paleomagnetico ha portato i ricercatori a rivedere ulteriormente questo modello. I ricercatori hanno infatti scoperto che anche la Sardegna del nord ha ruotato di 90°, smentendo il precedente modello dei due diversi blocchi crostali, Sardegna meridionale e Sardegna settentrionale-Corsica.
I nuovi dati permettono di ipotizzare al contrario che la Sardegna-Corsica meridionale ha ruotato di 90° durante le fasi incipienti di rifting continentale e durante la oceanizzazione del bacino Liguro-Provenzale. Si esclude che tutta la Corsica abbia ruotato di 90° a causa di un semplice problema geometrico di sovrapposizione di aree continentali.
I ricercatori hanno inoltre individuato una fase rotazionale caratterizzata da ca. 30° in senso orario confinata al Permiano superiore-Triassico inferiore (ca-270 e 250 milioni di anni fa), quando Corsica e Sardegna si trovavano ai margini di Pangea.
Questo racconto ci porta alla conclusione che la continua produzione di nuovi dati paleomagnetici ha permesso di proporre e riconsiderare diversi modelli paleogeografici affinando via via le nostre conoscenze dell’evoluzione geologica e tettonica di Corsica e Sardegna, in un’area già ampiamente investigata da ricercatori scientifici nei decenni precedenti. Resta perciò di fondamentale importanza la produzione di nuovi dati paleomagnetici anche in aree ampiamente studiate come il Mediterraneo occidentale che continua a rappresentare uno dei laboratori geodinamici più complessi e interessanti del pianeta.
La Calabria ed i Peloritani e la fine del “blocco calabro-peloritano”
Per lungo tempo Calabria e Peloritani sono stati considerati porzioni di un unico blocco rigido, il cosiddetto “blocco calabro-peloritano”, ruotato e traslato in modo essenzialmente solidale fino a collidere con la catena Appenninico-Maghrebide. I ricercatori hanno focalizzato la loro attenzione anche su questi blocchi portando nuove evidenze paleomagnetiche che mettono in discussione questo concetto classico, rivelando due interpreti con storie di deriva completamente indipendenti.
Dati paleomagnetici prodotti da precedenti studi mostrano chiaramente che la fase di messa in posto del blocco calabro al di sopra della catena Appenninica è legata all’apertura del Mar Tirreno tra 10 e 2 milioni di anni fa, che ha indotto una ben nota rotazione in senso orario di ca. 20°.
I nuovi dati prodotti da ricercatori INGV misurati dalla successione di Longobucco, una sottile successione sedimentaria conservata a copertura delle rocce ignee e metamorfiche che costituiscono il blocco Calabro, indicano una rotazione antioraria di ca. 160°. Una parte significativa di questa rotazione (pari a circa 90°) è strettamente collegata alla storia del blocco Sardo-Corso durante l’Oligocene e il Miocene, quando, come abbiamo visto nel paragrafo precedente, il rifting (estensione crostale) e la definitiva oceanizzazione del bacino Ligure-Provenzale ha portato alla rotazione di Corsica-Sardegna e dell’adiacente blocco Calabro. Il restante della rotazione totale misurata in Calabria (circa 70°) è stata ipotizzata essere più antica e associata alla forte deformazioni da taglio che interessarono il margine dell’antico oceano della Tetide Alpina durante il Cretaceo inferiore.
Volendo verificare la solidità della teoria del blocco Calabro-Peloritano, i ricercatori hanno poi condotto uno studio paleomagnetico della successione di Longi-Taormina che rivela che la rotazione del blocco Peloritano è di senso orario (con rotazione massima di 130°). E’ quindi chiaro che il blocco Peloritano non può aver subito la stessa evoluzione di Corsica-Sardegna e blocco Calabro caratterizzati da 90° in senso antiorario durante l’Oligo-Miocene.
I dati dimostrano che le rocce di questo frammento crostale mostrano una storia geodinamica molto più vicina a quella dei sistemi maghrebidi siciliani: dopo essere stati incorporati nel margine africano, i Peloritani sono stati passivamente trascinati al di sopra delle falde siciliane in movimento, accumulando la rotazione totale di 130° misurata lungo le stesse falde da studi precedenti.
Nel loro insieme, questi risultati restituiscono l’immagine di un Mediterraneo occidentale estremamente dinamico, dove diversi frammenti crostali si sono mossi e deformati seguendo percorsi distinti.
Un Mediterraneo molto diverso da quello attuale Una ricostruzione ancora aperta
Le ricostruzioni geodinamiche ottenute integrando paleomagnetismo, stratigrafia e tettonica mostrano quindi un Mediterraneo del passato molto diverso da quello moderno.
L’apertura del bacino liguro-provenzale e successivamente del Tirreno rappresenta uno degli esempi più spettacolari di questi processi. La rotazione della microplacca sardo-corsa e la migrazione dell’arco appenninico-maghrebide e contestualmente dei blocchi Calabro e Peloritano modificarono profondamente la geografia mediterranea, producendo l’assetto che osserviamo oggi.
Nonostante i grandi progressi degli ultimi anni, molte domande rimangono ancora aperte.
Il ruolo dei movimenti legati alla penisola iberica durante il Cretaceo, i tempi precisi delle diverse rotazioni e le relazioni tra i vari frammenti crostali sono ancora oggetto di discussione scientifica.
Ed è proprio questo uno degli aspetti più interessanti della ricerca geologica: il quadro evolve continuamente man mano che nuovi dati diventano disponibili.
Le rocce del Mediterraneo occidentale continuano a fornire nuove informazioni sulla storia tettonica del Mediterraneo. Attraverso campagne sul terreno, analisi paleomagnetiche e ricostruzioni geodinamiche integrate, i ricercatori dell’INGV, delle Università Italiane ed internazionali contribuiscono a ricostruire un sistema geologico tra i più complessi del pianeta, mostrando come l’attuale configurazione del Mediterraneo sia il risultato di una lunga storia di movimenti, collisioni e trasformazioni ancora non completamente decifrata.