Questa è una storia di geologia forense—di cercare di risolvere l’antica storia della crosta sotto il Bangladesh e il Golfo del Bengala, una regione tettonicamente complessa che ha confuso gli scienziati per decenni, e come è collegata a un’area migliaia di chilometri a sud. Come per molte buone storie poliziesche, questo comporta interpretazioni contrastanti di prove incomplete, indizi casuali che hanno rivelato nuove intuizioni e, in definitiva, suggeriamo, una risoluzione convincente che fa luce anche su altri misteri.
India e Antartide si separano
La storia inizia quando l’India e l’Antartide—entrambe precedentemente parte del supercontinente Gondwana—si separarono l’una dall’altra nel Cretaceo superiore, circa 130 milioni di anni fa. Questa spaccatura si è verificata lungo una spaccatura, o centro di diffusione, nella crosta tra quella che ora è l’India orientale e una porzione dell’Antartide orientale. Mentre le masse si separavano, con l’India che si allontanava verso nord a circa 3 centimetri all’anno, la lava eruttò e si raffreddò su entrambi i lati del rift, dando vita al bacino di Enderby (al largo della costa della Terra della Regina Maud, in Antartide) da un lato e al Golfo del Bengala dall’altro. All’inizio, la crosta su entrambi i lati della spaccatura sotto i bacini oceanici appena formati rispecchiava essenzialmente quella sull’altro lato.
L’area di Gondwana compreso quello che sarebbe diventato il subcontinente indiano e il suo bacino oceanico adiacente divenne la Placca indiana. Questa regione era divisa dal centro di diffusione dall’area compresa l’Antartide e il suo bacino oceanico adiacente, che divenne la Placca Antartica.
Una disconnessione sconcertante
Mentre la lava si solidifica nella nuova crosta oceanica, alcuni tipi di minerali conservano le firme del campo magnetico terrestre. Queste firme possono essere registrate da magnetometri rimorchiati dalla nave e quindi utilizzate per determinare l’età di diverse porzioni di crosta. Gli scienziati fanno questa determinazione deducendo il modello di magnetismo visto nelle rocce crostali e legandolo al modello noto di inversioni periodiche del campo magnetico terrestre.
Poiché la diffusione del fondo marino e la formazione di nuova crosta sono simmetriche su entrambi i lati di un centro di diffusione, anche i modelli magnetici su ciascun lato sono simmetrici e formano immagini speculari l’uno dell’altro. Pertanto, ci si aspettava che il pattern magnetico nel Golfo del Bengala osservato oggi rispecchiasse il pattern nel bacino di Enderby, a circa 8.000 chilometri di distanza (Figura 1).
Gli scienziati del National Institute of Oceanography (NIO) di Goa, in India, hanno utilizzato il metodo di misurazione magnetica per ottenere le età della crosta sottostante il Golfo del Bengala. Nel 1992, hanno lanciato un massiccio programma, trainando un magnetometro dietro la nave di ricerca NIO Sagar Kanya (“Ocean Daughter”) lungo sei binari per un totale di circa 8.200 chilometri (Figura 2).
Da questo sforzo, Ramana et al. ha riferito che la crosta più antica sotto la baia aveva circa 130 milioni di anni (in accordo con l’inizio della divisione tra India e Antartide), mentre la crosta più giovane aveva circa 120 milioni di anni. Questi ricercatori hanno anche osservato che l’apertura e la formazione di nuova crosta procedevano continuamente senza interruzioni.
Una convalida di Ramana et al.i risultati potrebbero essere ottenuti trovando variazioni magnetiche dell’immagine speculare nel bacino di Enderby. Tuttavia, quando Gaina et al. misurazioni magnetiche pubblicate da Enderby Basin, non hanno dimostrato di essere un’immagine speculare dei risultati del Golfo del Bengala, né hanno mostrato una diffusione ininterrotta. I risultati del team di Gaina sono stati basati su letture magnetiche raccolte su tre tracce di navi relativamente brevi (per un totale di circa 1.100 chilometri) a sud di Elan Bank, un saliente occidentale dell’altopiano di Kerguelen (Figura 2). Questi risultati hanno mostrato quello che sembrava essere un centro di diffusione non al confine del bacino Enderby, ma al suo interno. Questo schema era molto diverso da quello del Golfo del Bengala e avrebbe potuto essere creato solo da un rapido spostamento, o salto, del centro di diffusione.
Conciliare misure magnetiche discordanti
La differenza nell’interpretazione dei modelli magnetici nei due bacini era sconcertante. Che era corretto? Interpretare i modelli magnetici di solito implica fare ipotesi. Per ricavare un’interpretazione età di tutta la crosta del Golfo del Bengala, Ramana et al. aveva assunto tassi di diffusione, la parte più appropriata della scala temporale di inversione magnetica da applicare e la presenza di zone di frattura (che spostano il modello magnetico). Ma ipotesi errate possono negare intere interpretazioni.
Gaina et al. , d’altra parte, nell’affrontare solo una parte del bacino Enderby, fatto tali ipotesi. Il fatto che vedessero una simmetria esatta nel modello magnetico attorno a una spaccatura era sufficiente per giustificare la presenza di un salto nel centro di diffusione e confermare la loro interpretazione del modello magnetico.
Le ipotesi fatte da Ramana et al. non ha resistito ad un esame più attento. Avevano invocato tassi di diffusione che sembravano troppo alti. Avevano ipotizzato la presenza di zone di frattura che, si è scoperto, non esistevano. E avevano ignorato la presenza della cresta 85°E, una caratteristica importante del Golfo del Bengala. Per queste ragioni, la loro interpretazione del modello magnetico e delle età crostali nel Golfo del Bengala doveva essere respinta.
Tuttavia, eravamo ancora con la scomoda conclusione che i modelli magnetici nei due bacini erano diversi.
Il corso più plausibile degli eventi che abbiamo inventato per spiegare questo mistero geologico procede come segue. Per circa 10 milioni di anni dopo l’apertura della spaccatura tra India e Antartide, la crosta su entrambi i lati—nel Golfo del Bengala e nel bacino di Enderby—si è formata simmetricamente come previsto, come indicato dalle linee magnetiche nella figura a sinistra in Figura 3.
Ma in una svolta inaspettata, la parte orientale del centro di diffusione originale sembra aver saltato verso nord rispetto alla parte occidentale del centro di diffusione. Questa spaccatura appena trasferita deve essere stata più lontana dall’Antartide e più vicina all’India. Mentre le placche indiana e antartica continuavano a spostarsi, la diffusione lungo la porzione orientale prejump della spaccatura originale si fermò. Questo cambiamento ha lasciato dietro di sé un modello magnetico simmetrico reliquia a sud di Elan Bank (come mostrato nell’immagine a destra in Figura 3), che è ciò che Gaina e colleghi rilevato.
Questa sequenza di eventi ha rappresentato i diversi risultati magnetici del Golfo del Bengala e del bacino di Enderby, ma due grandi domande sono rimaste: Dove è finita la parte orientale del centro di diffusione e perché si è verificato il salto?
Grandi indizi in dati vecchi di decenni
Un indizio che potrebbe aiutare a risolvere queste domande proveniva da una fonte inaspettata: il gigante energetico Unocal. Unocal aveva record di riflessione sismica raccolti dall’appaltatore geofisico tedesco Prakla negli anni ‘ 60. Questi record mostravano caratteristiche chiamate seaward dipping reflectors (SDR), che rappresentano interfacce tra strati intervallati di materiale vulcanico e sedimentario e sono caratteristici dei margini continentali passivi vulcanici. (Si osservano, ad esempio, al largo della costa orientale degli Stati Uniti.) Ma perché gli SDR si verificano sulla terra sotto il Bangladesh piuttosto che vicino a un confine continente-oceano?
Una risposta a questa domanda è emersa quando Bert Bally, un collega della Rice University, ha sottolineato un articolo sulla tettonica del Bangladesh di Lohmann . Il documento, pubblicato nel Bollettino dell’Associazione svizzera dei geologi e ingegneri del petrolio, era sfuggito al nostro avviso precedente, ma ora ci ha dato un indizio importante su dove la parte orientale del centro di diffusione era finita dopo il salto. Abbiamo cercato trappole vulcaniche precedentemente non associate.
Un frammento di uno dei record SDR Unocal e illustrazioni parziali di due delle linee di riflessione con SDR sono mostrati in Figura 4, e le porzioni delle linee di riflessione in cui si è verificato SDR sono indicati in Figura 5. La figura 5 mostra anche le posizioni delle trappole Rajmahal e Sylhet, grandi province di roccia vulcanica che si sono formate quando le lave si sono allagate sulla superficie terrestre. Le rocce che costituiscono le due trappole hanno proprietà chimiche identiche e la stessa età di 117,5 milioni di anni. Tuttavia, senza una spiegazione geologica convincente per collegare le due province, che sono separate da centinaia di chilometri, la maggior parte degli investigatori aveva creduto che le trappole Rajmahal e Sylhet provenissero da eruzioni separate. Ma le posizioni dei DSP rispetto alle trappole ci hanno suggerito la possibilità di una diversa interpretazione: che le trappole giacessero lungo una linea continua di attività vulcanica passata che rappresenta la posizione sconosciuta a cui era saltata l’estremità orientale del centro di diffusione originale.
La conferma di questa idea è venuta da un’altra misurazione geofisica. Ai margini vulcanici passivi, i DSP sono associati a rocce che portano grandi quantità di minerali magnetici, che danno origine a grandi anomalie magnetiche. Le mappe magnetiche di misurazione del Bangladesh hanno mostrato che tale anomalia si trova effettivamente tra le trappole Rajmahal e Sylhet. (Un confine internazionale è responsabile dell’apparente discontinuità alle due estremità dell’anomalia magnetica vista in Figura 5, sebbene Mita Rajaram dell’Indian Institute of Geomagnetism ci abbia assicurato che l’anomalia continua fino alle trappole su entrambi i lati.) Quindi, la continuità dell’anomalia magnetica ha supportato la nostra scoperta della linea di apertura ricollocata che collega le due trappole (e probabilmente si estende verso est), che abbiamo riportato in 2016 .
Perché il salto?
Ora abbiamo avuto una comprensione più profonda della crosta sotto il Golfo del Bengala. Dopo che la nuova spaccatura si formò circa 120 milioni di anni fa, la Placca indiana continuò a marciare verso nord mentre un nuovo oceano si aprì a sud del centro di diffusione. Circa 65 milioni di anni dopo, la Placca indiana si scontrò con l’Eurasia, elevando una nuova catena montuosa, l’Himalaya. Mentre le montagne si alzavano, versavano enormi quantità di sedimenti erosi che venivano trasportati da due fiumi giganti, il Gange e il Brahmaputra, nell’oceano appena formato. A poco a poco, questi sedimenti riempito in una porzione di oceano—oggi, questa zona filled-in è conosciuta come il bacino del Bengala, che comprende il Bangladesh e parte dello stato indiano orientale del Bengala. Bangladesh, così, si trova su un letto di crosta oceanica, non crosta continentale come una volta era assunto. A sud del bacino del Bengala si trova l’odierna Baia del Bengala, che contiene uno degli accumuli di sedimenti più spessi del mondo ed è ancora in fase di riempimento.
Il mistero aveva ancora una domanda persistente: perché si è verificato il salto? La spiegazione più probabile invoca un ruolo per la roccia che sale dal profondo del mantello. L’India, dopo la sua scissione del Cretaceo dall’Antartide e durante la sua marcia verso nord, passò sopra il pennacchio di Kerguelen. I pennacchi contengono roccia calda che sale dal confine nucleo-mantello alla crosta. Questo materiale vivace occasionalmente erutta come lava in superficie. Diversi petrologi hanno sostenuto che il materiale che costituiva le trappole Rajmahal e Sylhet non proveniva direttamente dal pennacchio di Kerguelen, tuttavia, ma piuttosto, il calore trasportato dal pennacchio era responsabile dell’apertura di una spaccatura che poi forniva il magma nelle trappole. Suggeriamo che questa nuova spaccatura rappresenti il salto della porzione orientale della spaccatura originale.
Contemporaneamente al salto, la lava è stata depositata su una parte della Placca indiana (mostrata in giallo nella Figura 3) che successivamente si è staccata da essa. Questa zona distaccata comprende l’altopiano di Kerguelen e la riva di Elan, ora parte del bacino di Enderby (Figura 2). Dopo il salto e l’inizio del nuovo centro di diffusione, il rifting lungo la parte orientale del centro di diffusione originale (ora nel bacino orientale di Enderby) cessò. È stato questo centro di diffusione estinto che la squadra di Gaina ha scoperto. La parte occidentale del centro di diffusione originale, nel frattempo, non è saltata. Pertanto, il centro di diffusione originale è stato diviso in due segmenti collegati da una zona di frattura (guasto di trasformazione), come si vede in Figura 3. La cresta 85°E nella figura 2 e la striscia di anomalia negativa nella Figura 5 rappresentano questa zona di frattura.
Una seconda linea di prove
Le misurazioni magnetiche non sono l’unico metodo utilizzato per determinare la natura della crosta. La rifrazione sismica, in cui viene misurata la velocità delle onde sismiche che viaggiano attraverso la crosta e correlata alla composizione delle rocce crostali, è anche un metodo praticabile. Questo metodo può anche essere utilizzato per determinare lo spessore della crosta.
Un eccellente esperimento di rifrazione è stato condotto da Sibuet et al. , che ha raccolto dati di rifrazione sismica lungo tre tracce al largo del Bangladesh (Figura 6, a sinistra). I risultati di tali esperimenti sono spesso mostrati in grafici in cui la velocità delle onde sismiche nella crosta è tracciata contro la profondità. Un esempio di questo tipo di trama è visto in Figura 6 (a destra), che include i risultati di una delle stazioni sismiche utilizzate in Sibuet et al.ricerca. Anche mostrato in Figura 6 sono dati velocità-profondità determinati in precedenti ricerche per le onde sismiche che viaggiano attraverso diverse aree di crosta oceanica o continentale.
La crosta oceanica è tipicamente più sottile della crosta continentale, ma è anche più densa, quindi le velocità sismiche sono più alte. Sibuet ei suoi colleghi hanno concluso che poiché i loro risultati indicavano una crosta spessa dove avevano raccolto dati al largo del Bangladesh, la crosta deve essere di origine continentale, anche se la velocità sismica era molto più alta del previsto per la crosta continentale.
Ma Eldholm e Grue avevano dimostrato con dati provenienti da altri margini vulcanici passivi che la crosta oceanica appena formata poteva essere molto più spessa del normale. Infatti, la curva media velocità-profondità che hanno determinato per la nuova crosta oceanica lungo i margini vulcanici era completamente coincidente con Sibuet et al.curva s (Figura 6). Quindi, i dati che Sibuet et al. ha preso per indicare crosta continentale al largo del Bangladesh in realtà fornire un forte sostegno per l’idea che la crosta sotto il bacino del Bengala è oceanica . (È importante notare, tuttavia, che Sibuet et al. non sono d’accordo con la nostra interpretazione. Suggeriscono invece che le loro curve velocità-profondità differiscono dalle curve velocità-profondità ai margini vulcanici passivi, e attribuiscono velocità sismiche più elevate ai davanzali vulcanici che si intromettono nella crosta continentale.)
Un racconto tettonico rivelato
Guardando in totale le prove accumulate, la probabile serie di eventi che hanno portato alla formazione della crosta sotto il Golfo del Bengala è la seguente:
1. Dopo la divisione tra India e Antartide nel Cretaceo inferiore, il Golfo del Bengala e il bacino di Enderby si sono evoluti simmetricamente.
2. Circa 120 milioni di anni fa, un salto verso nord nella parte orientale del centro di diffusione portò alla creazione di un nuovo oceano. Questo nuovo oceano si aprì a sud del centro di diffusione trasferito, che si trovava lungo una linea definita dalle trappole Rajmahal e Sylhet, e la nuova crosta oceanica è ciò che è alla base del bacino del Bengala, incluso il Bangladesh, così come il bacino orientale del Golfo del Bengala.
3. Il salto nel centro di diffusione strappò l’ancestrale altopiano di Kerguelen dalla placca indiana e lo trasferì nella Placca antartica. Questo altopiano è stato successivamente il sito di ampia deposizione di lava, ma ha mantenuto la sua base di crosta continentale indiana.
4. Il salto ha anche creato una faglia di trasformazione che collegava i due segmenti della spaccatura. Questa faglia di trasformazione è delineata da un’anomalia di gravità negativa sulla terra nell’odierna India orientale e in mare alla cresta 85°E.
Con questa sequenza elaborata, molte domande che hanno perplesso gli scienziati che indagano su quest’area hanno avuto risposta. Tuttavia, come per molte buone storie poliziesche, ci sono dettagli rimasti irrisolti – l’anomalia di gravità negativa osservata nella zona di frattura di 85°E deve ancora essere spiegata con successo, per esempio. Forse le indagini future continueranno a rivelare nuove intuizioni sulla geologia affascinante e complessa di questa regione.