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Grazie allo studio di concordanze geologiche e dati paleomagnetici, la storia del continente americano sembra rivelarsi imprevedibilmente ricca di peregrinazioni.

di W.D. Dalziel

I miei colleghi e io eravamo venuti sui Monti Pensacola dell'Antartide per studiare i rapporti tra le due parti - orientale e occidentale - in cui è geologicamente diviso il continente di ghiaccio. l'Antartide orientale e un vecchio scudo Precambriano collocato a sud dell'Australia, dell'India e dell'Africa; l'Antartide occidentale e parte del geologicamente giovane e attivo <<anello di fuoco>> vulcanico che contorna l'oceano Pacifico. Il margine sollevato dello scudo antartico orientale incontra l'Antartide occidentale lungo i Monti Transantartici, dei quali i monti Pensacola costituiscono un'estensione verso nord. Si era trattato di un lungo viaggio: 14 h da Los Angeles alla Nuova Zelanda su un aereo di linea,10 h dalla Nuova Zelanda alla Mc Murdo Station in Antartide su un aereo da trasporto e Hercules munito di pattini e, infine, 5 h attraverso il continente fino ai monti Pensacola, facendo rotta attraverso il Polo Sud. Ora, dopo aver allestito il campo base, avevamo infine raggiunto le montagne presso la sponda più meridionale dello stesso oceano che bagna le spiagge di Los Angeles. Dovevamo però ancora raggiungere le rocce. In Antartide escursioni simili richiedono tempo. Dopo aver scelto un sito per l'atterraggio apparentemente privo di crepacci, il nostro pilota fece scendere il Twin Otter apprestandosi a uno <<sky drag>>, manovra che si effettua caricando un po' di peso il carrello pur mantenendo una velocità sufficiente a consentire una immediata ripresa di quota. Facemmo un giro cercando di individuare un indizio di crepacci nascosti sotto la neve. Non pareva che ve ne fossero. Infine atterrammo e ci fermammo rapidamente, in modo da diminuire la probabilità di urtare ghiaccio vivo coperto dalla neve. Fu comunque un atterraggio molto brusco, e il velivolo subì qualche danno superficiale. Ci assicurammo con una corda e iniziammo a camminare sulla neve battuta dal vento fino alla base del costone, lasciando il nostro pilota a esaminare preoccupato i danni subiti dall'aereo.

Il contatto tra i due tipi di roccia che affiorano nei Monti Pensacola è uno dei più fondamentali di tutta la storia della Terra dopo la nascita del nostro pianeta, 4,5 miliardi di anni fa, iniziò un intervallo di tempo di 4 miliardi di anni oggi denominato Precambriano. Verso la sua fine - circa 750 milioni anni fa - mentre si stavano sviluppando i primi organismi pluricellulari <<a corpo molle>>, si depositarono le arenarie brune della formazione di Patuxent, ora sotto i nostri occhi. Gli strati si sedimentarono in una rift valley che si sta va aprendo dello scudo continentale. Via via che il rift si approfondiva, si instaurò un reticolo idrografico che convogliò il materiale eroso dalle rocce sul fondo della valle. Circa 540 milioni di anni fa, un'esplosione di forme biologiche pluricellulari segnò l'inizio del Cambriano. Miliardi di scheletri di archeociatidi, a forma di cono, si raccolsero nei mari poco profondi che erano sopravanzati sulle arenarie. Essi formarono una scogliera lungo il margine dell'Antartide orientale, compattandosi in formazioni calcaree. (Il <<cappello>> che sormonta la formazione di Patuxent è chiamato formazione dei calcari di Nelson.) Dato che gli archeociatidi erano organismi di acque calde, nel Cambriano quello che è attualmente il margine occidentale dello scudo antartico orientale doveva essere situato a latitudini tropicali. L'evento di apertura del rift e condusse alla sedimentazione delle arenarie di Patuxent indica come l'Antartide orientale si sia separata da un'altra massa continentale. Questa divergenza produsse la frattura del bacino oceanico del Pacifico, circa 750 milioni di anni fa. (In seguito rocce ignee di isole di arco vulcanico e immateriali raschiati dal fondo oceanico in via di subduzione si accumularono sull'Antartide orientale e formarono Antartide occidentale.) La divergenza si verificò molto prima che si formasse il supercontinente Pangea, dalla separazione del quale sono nati gli attuali continenti. il Pangea si costituì solo alla fine del Paleozoico, circa 250 milioni di anni fa. Cominciò a frammentarsi  nel Giurassico, circa 170 milioni di anni fa, dando origine all'Atlantico e ad altri giovani bacini oceanici. Avanzando lungo il costone verso la sommità del dirupo, osservammo che i livelli più bassi degli strati Cambriani - che giacciono al di sotto del calcare - erano fatti di conglomerati rosa e di arenarie a grana grossa. Con l'avanzare del mare sulla fossa che si andava approfondendo e sul margine in via di subsidenza, le rocce precambriane furono <<sminuzzate>> in massi, ciottoli e granelli di sabbia. La granulometria dei depositi diminuiva via via che salivamo, e le arenarie quarzitiche immediatamente al di sotto dei Calcari di Nelson avevano per noi un aspetto alquanto familiare. In esse abbondavano fori verticali prodotti da vermi limivori. Questi cunicoli, cui si dà il nome di Skolithus sono le sole tracce di antichi organismi filtratori, che estraevano sostanze nutritive dai sedimenti e lasciavano un manicotto argilloso attorno ai loro fori. <<Proprio come nel Nord America occidentale - rimarcai ad alta voce - ma anche come nelle rocce di Durness della Scozia nordoccidentale.>> Di fatto, gli strati sedimentati nelle acque che avanzarono coprendo la maggior parte dei continenti, circa 540 milioni di anni fa - a quanto testimonia la presenza di linee di costa cambriane in luoghi come il Wisconsin - sono notevolmente simili in tutti i continenti.

Non vi è nulla come il <<contatto diretto>> con una roccia che stimoli un geologo a pensare. La mia prima impressione dei Monti Transantartici nel 1987 aveva posto una domanda che era rimasta al centro dei miei pensieri: il continente da cui l'Antartide si separò alla fine del Precambriano poteva essere in Nord America occidentale? O, più semplicemente, i margini dei due continenti si trovavano in quei tempi remoti in condizioni ambientali del tutto simili pur sulle sponde opposte di un oceano? la risposta riveste implicazioni di ampia portata.la Paleogeografia dell'epoca è considerata un mistero. Conoscere la distribuzione geografica dei continenti potrebbe far luce sulle imponenti alterazioni ambientali del Cambriano. In tarda epoca precambriana si erano verificate diverse glaciazioni, e la chimica oceanica e, presumibilmente, quella atmosferica avevano subito profondi cambiamenti. Si ebbe l'evoluzione degli animali pluricellulari, a preludio di una fioritura biologica che comprese la comparsa dei più lontani predecessori dei vertebrati. È evidentemente difficile descrivere, con un qualsiasi grado di approssimazione, l'antica geografia di un pianeta dinamico i cui continenti si muovono sulla superficie. Alfred Wegener e altri pionieri della teoria della deriva dei continenti avevano notato che molte catene montuose del Nord e del Sud America che si arrestano ai bordi della Atlantico mostrano una corrispondenza con catene montuose dell'Europa e dell'Africa, al di là dell'oceano. Attualmente i dati paleomagnetici e le immagini da satellite dei fondi oceanici che mostrano fratture - simili nell'aspetto a binari della ferrovia, lungo i quali continenti si allontanano l'uno dall'altro - ci permettono di ricostruire Pangea con notevole accuratezza.

Un gran numero di indizi geologici mostra che Pangea non fu <<La madre di tutti i continenti>>. Quando un magma o una lava contenente ferro solidifica in roccia, questa rimane magnetizzata nella direzione del campo magnetico terrestre. La magnetizzazione di rocce solidificate a partire dal lave pre -mesozoiche che è totalmente discorde in Nord America e in Africa, e ciò induce a pensare che in un era precedente questi continenti si erano spostati separatamente. Inoltre rocce vulcaniche provenienti da un'antica crosta oceanica sono state rinvenute in catene montuose del Pangea come la Sierra Famatina in Argentina, la fascia mozambicana in Africa e più antichi Appalachi. Queste ofioliti del primo paleozoico e del Precambriano dimostrano che l'aggregazione del supercontinente fu preceduta dalla chiusura di più antichi bacini oceanici. Colpito negli anni 60 dalla presenza negli Appalachi canadesi di ofioliti risalenti agli inizi del Paleozoico. J. Tuzo Wilson si era posto la domanda: <<forse l'oceano Atlantico si è aperto, per poi richiudersi, per poi riaprirsi?>>. Per ricostruire configurazioni continentali anteriori a Pangea, i fondi oceanici non sono di alcun aiuto. Sebbene l'oceano Pacifico esistesse già, la crosta oceanica dell'epoca è da tempo immemorabile è andata in subduzione al di sotto dei continenti che circondano il bacino oceanico. I geologi pertanto non dispongono di alcun ausilio per descrivere la deriva continentale prima di Pangea.dobbiamo andare a cercare indizi all'interno dei continenti stessi, proprio come fece Wegener cercando di ricostruire Pangea prima di possedere gli strumenti della moderna oceanografia e delle immagini da satellite.

All'interno del Pangea vi sono antichi margini continentali che non hanno ovvie controparti.i margini pacifici del nord del Sud America, dell'Antartide e dell'Australia si formarono tutti verso la fine del Precambriano, fra 750 e 550 milioni di anni fa. Anche il margine appalachiano di Laurenzia, lo scudo ancestrale del Nord America, si separò in quell'epoca da un altro continente. Da quando Wilson pose la sua famosa domanda, si è comunemente ritenuto che la controparte di questo margine fosse costituita dall'Europa occidentale e dall'Africa nord-occidentale. Ma una simile giustapposizione è in realtà tutt'altro che evidente. Nel 1989 diressi uno studio sul campo in Antartide nell'ambito dell'International Geological Congress. L'obiettivo è quello di contribuire a ricondurre la geologia antartica, rimasta a lungo dominio di un gruppo molto limitato di temerari avventurieri temprati a tutto,1 grande alveo delle scienze della Terra. Vi parteciparono esperti dell'Himalaya, delle Alpi, degli Appalachi, delle Montagne Rocciose e di molte altre regioni. Poco dopo uno di questi scienziati, Eldridge M. Moores, spulciando articoli nella biblioteca dell'Università della California a Davis, si imbatté in un breve articolo di Richard T. Bell e Charles W Jefferson del Geological Survey of Canada. Essi evidenziavano analogie tra strati precambriani del Canada occidentale e dell'Australia orientale, le concludevano e i margini pacifici di Canada e Australia potessero essere stati un tempo giustapposti. Sensibilizzato dalla recente campagna, Moores comprese che in questo caso anche i margini pacifici degli Stati Uniti e dell'Antartide avrebbero dovuto giustapporsi,1 idea simile a quella che era venuta a me.

Dopo una rapida ricerca bibliografica, mi inviò una carta che evidenziavai paralleli strutturali all'interno degli scudi laurenziano e antartico orientale. <<sarà una follia?>> mi domandava. Analogie sulle strutture interne di continenti che hanno mutato posizione relativa possono costituire una prova convincente di un'antica giustapposizione. Moores notò in particolare un resoconto secondo il quale lungo i Monti Transantartici, in una sezione chiamata catena Shackleton (in onore del celebre esploratore britannico Sir Ernest Shackleton) si trovano rocce simili per età e caratteristiche a quelle che giacciono nel sottosuolo di gran parte del New Mexico e del'Arizona. Egli rilevò inoltre che rocce, dell'età approssimativa di un miliardo di anni, simili a quelle che caratterizzano la Grenville Province erano state rinvenute presso una spiaggia antartica. La Grenville Province è un'antica fascia di rocce che decorre lungo il margine orientale e meridionale del Nord America, dal Labrador al Texas. Moores chiamò questa ipotesi - l'idea che i continenti fossero giustapposti - con l'acronimo SWEAT (Southwest US-East Antarctica). Infiammato dalla possibilità che la mia domanda potesse finalmente trovare una risposta, riprodussi la ricostruzione di Moores con il software PLATES, che consente di raggruppare insieme parti di continenti e di muoverli sul globo con precisione geometrica. Poco dopo la mia collega Lisa M. Gahagan e io avevamo eliminato ogni incertezza sulla possibilità di far corrispondere i margini: la scala e la forma generale dei due antichi margini separati dal rift erano in effetti compatibili. In oltre il confine tra le rocce della Grenville Province del Texas e le rocce più antiche dell'Arizona e del New Mexico si prolungava entro Antartide, proprio dove sapevo dell'esistenza di un confine simile al di sotto dei ghiacci, alla catena Shackleton di alcuni piccoli affioramenti rocciosi lungo le coste ghiacciate del Mare di Weddell. Era come se le rocce che stavano sotto i miei piedi riapparissero in Antartide grazie al calcolatore!

Se il bordo occidentale del Nord America era unito al Antartide orientale e all'Australia, allora un altro continente deve essersi distaccato dal margine appalachiano. Paul F. Hoffman, ora ad Harvard, e io abbiamo ipotizzatoche il lato orientale dello scudo laurenziano fosse incuneato contro gli scudi precambriani del sud America, quello dell'Amazzonia e quello del Rio della Plata. Manipolando i tre scudi sullo schermo del calcolatore, mi resi conto che la prominenza di Laurenzia corrispondente a Labrador e Groenlandia poteva aver avuto origine in una rientranza del margine sudamericano, ove si trova al confine tra Cile e Perù, che spesso viene designata come insenatura di Arica. Sia la prominenza e alla rientranza vengono datate al tardo Precambriano, ma, pur avendo approssimativamente uguali dimensioni e forma generale, esse vennero modificate estesamente dalle orogenesi appalachiana e andina, cosicché non ci si può attendere una perfetta corrispondenza geometrica. La mia intuizione fornisce una possibile spiegazione di un inveterato enigma della geologia andina. lungo il giovane e attivo margine peruviano si trovano rocce cristalline risalenti a 1,9 miliardi di anni fa. Harldof A. Wasteneys del Royal Ontarium Museum, ha datato cristalli di zircone provenienti dal massiccio di Arequipa, lungo la costa del Perù meridionale, dimostrando che queste rocce subirono un intenso metamorfismo all'epoca di formazione delle Grenville Mountains, da 1,3 a 0, 9 miliardi di anni fa.e se potrebbero quindi rappresentare una continuazione in sud America della Grenville Province. L'ipotesi di una corrispondenza sudamericana per il margine orientale di Laurenzia aveva fatto inaspettatamente <<chiudere il cerchio>> della mia carriera di geologo. Sono cresciuto in Scozia, e sulle rocce scozzesi ho compiuto il mio esordio professionale. La Scozia Nord occidentale e il sommerso Rockhall Plateau -al largo del margine occidentale delle isole britanniche -rimasero parte del Nord America fino a quando il bacino oceanico nordatlantico ebbe quasi terminato di aprirsi. La Scozia rappresentava l'apice del promontorio Labrador-Groenlandia quando vengono alloggiate nell'insenatura di Arica, le rocce delle Highlands scozzesi che ho studiato negli anni 60 per la mia tesi di laurea sembrano continuare in rocce della stessa età di Perù e Bolivia. Poiché le Highlands scozzesi non hanno più segreti dal punto di vista geologico, potrebbero fornire la prova di una connessione tra Nord e sud America. Dando per buona questa ipotesi, possiamo tentare di ricostruire la distribuzione globale dei continenti e degli oceani nel tardo Precambriano. La maggior parte dei geologi ritiene che le aree relative occupate dai continenti e dai bacini oceanici non siano cambiate da quando epoca. Se pertanto Antartide, Australia, Nord America e frammenti di sud America furono un tempo fusi in un supercontinente, che ora chiamiamo Rodinia, allora dovevano esistere altrove vasti oceani. I resti di ofioliti trovati all'interno dei continenti indicano che questi oceani erano situati tra l'India e l'attuale Africa orientale (Oceano Mozambicano) e nel cuore di Africa e sud America (rispettivamente o
Oceano panafricano e Oceano brasiliano). Tra 750 e 550 milioni di anni fa circa questi bacini oceanici furono distrutti e tutti i nuclei precambriani di Africa, Australia, Antartide, sud America e India si amalgamarono nel supercontinente di Gondwana. Un questo intervallo di tempo che si aprì il bacino dell'oceano Pacifico, fra Laurenzia e la massa continentale estantartico-australiana. La datazione isotopica delle rocce vulcaniche di Terranova mostra che il bacino oceanico tra Laurenzia e sud America non si aprì fino all'inizio del Cambriano. Il Nord America potrebbe quindi essersi separato in un processo a due fasi.

La ricostruzione dei <<viaggi>> del Nord America richiede dati essenziali: quelli relativi alla magnetizzazione delle antiche rocce. Questi dati permettono ai geologi di stabilire la latitudine e l'orientazione delle rocce al momento della loro formazione dato però che il campo magnetico terrestre è simmetrico rispetto a un asse, le misurazioni paleomagnetiche non possono dire alcunché sulla longitudine originaria delle rocce. Le lave eruttate ai nostri giorni dai vulcani dell'Islanda e delle Hawaii, per esempio, potrebbero rivelare un geologo che vivesse tra 100 milioni di anni la latitudine e l'orientazione di queste isole, ma non la loro grande differenza di longitudine. Dal dato magnetico non si potrebbe desumere che queste isole si trovano in oceani diversi.le ricostruzioni tradizionali di Laurenzia posizionano invariabilmente il suo margine appalachiano di fronte all'Africa nord occidentale durante l'era Paleozoica. Ho deciso di rappresentare la relazione del Nord America rispetto al Gondwana in un modo differente, approfittando del fatto che la longitudine del continente non è vincolata dai dati paleomagnetici. Ne è emerso che il Nord America poteva aver compiuto un giro completo attorno al sud America durante il Paleozoico, a partire da una posizione in prossimità dell'Antartide. Quando Luis H. Dalla Salda, Carlos A. Cingolani e Ricardo Varela dell'Università di La Plata in Argentina seppero di queste ipotesi, ne furono entusiasti. Essi avevano da poco tempo proposto una fascia montuosa paleozoica, le cui radici affiorano nelle Ande dell'Argentina settentrionale, potesse essersi formata quando un altro continente andò in collisione con Gondwana. Inoltre il margine occidentale di questa fascia -la Sierra Famatina- include calcari cambriani e dell'Ordoviciano inferiore (tra 545 e 490 milioni di anni fa) che contengono trilobiti caratteristiche del Nord America. Forse -essi pensarono- questa fascia e una sorta di <<arma del delitto geologica>> lasciava quando il Nord America andò in collisione con il America durante l'Ordoviciano, 450 milioni di anni fa.sembra che dopo essersi separato dal sud America alla fine del Precambriano, il Nord America abbia fatto molta strada. Nel Cambriano, mentre Gondwana era soggetto a condizioni glaciali, in Nord America si trovava in posizione equatoriale. Il fondo oceanico andò allora in subduzione sotto il cartone sudamericano, e Nord e sud America entrarono di nuovo in collisione durante l'Ordoviciano. Pensiamo che la parte più antica degli Appalachi che termina bruscamente in Georgia, forse un tempo collegato con la sierra Famatina. Questa ricostruzione colloca, nell'Ordoviciano medio, Washington, D.C., vicino a Lima in Perù.

Dopo la collisione, i continenti si separarono di nuovo, lasciandomi calcari nordamericani con le loro caratteristiche trilobiti nell'Argentina nordoccidentale. Insieme con i colleghi argentini ho ipotizzato che queste rocce si siano staccate dal Golfo del Messico ancestrale, la cosiddetta insenatura di Ouachita. Blocchi strappati da sotto i calcari dai vulcani andini sono stati di recente datati a circa un miliardo di anni fa, così come quelli della Grenville Province che probabilmente occupavano le insenature. Mi continenti morte-e sudamericano potrebbero aver interagito di nuovo prima che il Nord America collidesse con l'Africa nord-occidentale completando il Pangea. Alcuni geologi francesi, studiando le rocce sedimentarie paleozoiche delle Ande peruviane, hanno rilevato che esse sono costituite da detriti e devono essere stati prodotti dall'erosione di una massa continentale adiacente. Essi hanno ipotizzato che questo continente, che occupava l'aria ora coperta da Pacifico, forse un'estensione del massiccio di Arequipa in Perù. Il continente in questione era forse il Nord America. Come ha fatto notare Heinrich Bahlburg dell'Università di Heidelberg, l'antica fauna nordamericana di acque calde si mescola con la fauna di acque fredde dell'Africa meridionale e nelle isole Falkland negli strati devoniani, vecchi di 400 milioni di anni, del sud America nordoccidentale. Insieme con una deformazione lungo la linea di costa orientale del Nord America, il cosiddetto orogene acadiano, e con il troncamento di strutture montuose lungo il margine del sud America, questi dati indicano come Laurenzia abbia sfiorato durante il Devoniano il sud America nordoccidentale. Vi sono perfino calcari ordoviciani con trilobiti del sud America -un'altra traccia del delitto- a Oaxaca, in Messico. Solo quando il Nord America finì con l'allontanarci dal margine protoandino, poter iniziare svilupparsi la cordigliera delle Ande. Circa 150 milioni di anni più tardi nel Nord America tornò a convivere con l'Europa settentrionale, Asia e Gondwana. Pangea -con gli Urali, il massiccio armoricano del Belgio e della Francia settentrionale, i rilievi di Ouachita e quelli appalachiani a fungere da suture - nacque da questa collisione. Dopo un'odissea di 500 milioni di anni, nel nord America aveva infine trovato pace. Ma non a lungo: dopo altri 75 milioni di anni Pangea e frammentò, e i continenti andavano alla deriva verso le attuali posizioni. Durante l'estate australe del 1993-1994, sei anni dopo la mia prima visita ai Monti Pensacola, ho fatto ritorno in Antartide. Questa volta, con il mio collega Mark A. Helper, due studenti e due alpinisti, ho esplorato la catena Shackleton e la Terra di Coats, in prossimità del Mare di Weddell. Secondo le mie simulazioni, queste sono le zone nelle quali, 750 milioni di anni fa, si prolungava le rocce della Grenville Province. Da tempo il geologi dell'Antartide considerano anomale queste aree. Alla fine della nostra visita a Littlewood Nunataks, nella Terra di Coats, ci assicurammo con una corda, afferrammo le piccozze da ghiaccio mettemmo in marcia per raggiungere un altro piccolo aeroplano. Ad appesantire i nostri zaini - e il velivolo, che guadagnava quota con fatica - erano i campioni di roccia raccolti in quella giornata. I primi dati paleomagnetici che abbiamo ottenuto sembrano confermare l'ipotesi SWEAT. Nei laboratori dei miei colleghi Wulf A. Gose e James N. Connelly stiamo ancora studiando queste rocce con grande impegno.