Lo studio delle origini delle isole Hawaii fornisce un eccellente esempio di come funziona la scienza. Per molti anni la storia geologica delle isole è rimasta un mistero. La Grande isola delle Hawaii (che a volte viene chiamata solo Hawaii) forma un’estremità di un lungo arcipelago rettilineo di oltre 100 isole, atolli, scogli e banchi che si estendono fino all’atollo di Kure (vedi Figura 3), una distanza di oltre 2.400 chilometri (1.500 miglia)., Oltre Kure la catena continua sott’acqua sotto forma di montagne sottomarine che si innalzano sopra il fondo dell’oceano ma non rompono più la superficie dell’acqua. Cosa potrebbe spiegare questa intrigante formazione geologica?
Figura 3
La catena vulcanica dell’Imperatore delle Hawaii si estende dalla Big Island delle Hawaii all’atollo di Kure e poi continua sott’acqua come una serie di montagne sottomarine. Le isole attualmente sopra l’acqua sono mostrati in nero solido, con la catena popolata di isole maggiori situate (più…)
Nel 1963 il geologo canadese J., Tuzo Wilson propose un’ipotesi per spiegare le origini dell’arcipelago. Suggerì che le isole si formassero quando la crosta del fondo dell’Oceano Pacifico si spostava su una fonte di calore posizionata sotto la crosta (vedi Figura 4). Questo punto caldo, come è venuto per essere conosciuto, ha prodotto lava che eruttò attraverso la crosta sul fondo dell’oceano. Alla fine questi vulcani in eruzione divennero abbastanza grandi da elevarsi sopra il livello del mare e formare isole (vedi Figura 5)., Come la crosta oceanica spostato sopra il punto caldo, ogni vulcano di recente formazione è stato portato via dal punto caldo verso nord-ovest, tagliando la sua fonte di lava. Nel frattempo, si stava formando una nuova isola in modo che nel tempo si producesse una catena di isole che si estendeva lontano dal punto caldo. Mentre le isole continuavano a muoversi verso nord-ovest, lontano dal punto caldo, furono erose dal vento, dalla pioggia e dalle onde e alla fine affondarono sotto il livello del mare per diventare montagne sottomarine.
Figura 4
Nel 1963 J., Tuzo Wilson propose che le isole hawaiane si formassero quando la crosta del fondo dell’Oceano Pacifico si spostava su una fonte di calore proveniente dall’interno della terra. (Diagramma adattato da J. Tuzo Wilson, “A Possible Origin of the Hawaiian Islands,” (more…)
Figura 5
Le isole hawaiane si sono formate mentre il fondo dell’Oceano Pacifico si muoveva su un punto caldo sottostante nella terra, mostrato qui da un cerchio tratteggiato. L’attuale isola di Kauai formata circa 5 milioni di anni fa; Maui Nui, la massa terrestre ora rappresentata da Maui e nelle vicinanze (more…,)
Una volta proposta questa ipotesi, gli scienziati hanno iniziato a cercare prove per testarla. Ad esempio, l’ipotesi prevede che le montagne sottomarine e le isole più a nord-ovest dovrebbero essere più vecchie delle isole a sud-est. I geologi possono misurare l’età delle rocce vulcaniche misurando le quantità di gas argon in quelle rocce. Subito dopo che la lava si raffredda, non contiene argon perché il gas viene espulso dalla roccia fusa. Ma le rocce vulcaniche contengono anche una forma radioattiva dell’elemento comune potassio., Questo potassio decade ad un tasso noto e costante in argon, e l’argon rimane intrappolato nella roccia. Per determinare l’età di una roccia vulcanica, gli scienziati possono misurare la quantità di argon e la quantità di potassio radioattivo nella roccia. Più alto è il rapporto, più vecchia è la roccia.
Queste misurazioni hanno mostrato che la Grande isola delle Hawaii, all’estremità sud-orientale dell’arcipelago, è la più giovane della catena, con un’età stimata di meno di mezzo milione di anni (Pannello 1)., Le isole di Maui, Molokai, Lanai e Kahoolawe, che un tempo erano unite in una massa di terra conosciuta come Maui Nui, sono le prossime più vecchie. Le isole di Oahu e Kauai hanno età maggiori, con quest’ultimo di circa cinque milioni di anni. A nord-ovest, i vulcani sono progressivamente più vecchi, con Suiko Seamount nella parte settentrionale della catena con un’età di 65 milioni di anni.
Questo modello è esattamente quello che era stato previsto dall’ipotesi che i vulcani fossero stati creati dal movimento della crosta su una fonte di calore., Infatti, confrontando le età dei vulcani con le loro separazioni, i geologi hanno concluso che la crosta dell’Oceano Pacifico si muove ad una velocità di circa 10 centimetri (4 pollici) all’anno sopra il punto caldo, o circa un metro per decennio.
Un’altra fonte di prove a sostegno riguardava l’elevazione delle isole e delle montagne sottomarine. Man mano che le isole vulcaniche invecchiano, gradualmente diminuiscono e si erodono. Così, alle Hawaii, le isole più nuove dovrebbero essere quelle più alte-che ancora una volta è proprio quello che si trova (vedi Figura 6)., La vetta più alta della Big Island è di quasi 4.250 metri (14.000 piedi), mentre l’isola di Kauai sale a solo circa 1.500 metri (5.000 piedi). Le isole più vecchie oltre Kauai hanno elevazioni molto più basse. Un esempio è Necker Island, che si trova a circa 300 miglia a nord-ovest di Kauai ed è due volte più vecchio, a circa 10 milioni di anni. Le caratteristiche geologiche della parte sottomarina di Necker Island indicano che una volta era più di 1.000 metri (3.000 piedi di altezza), ma oggi il punto più alto dell’isola è meno di 100 metri (300 piedi) sul livello del mare., Oltre Kure le cime dei monti sottomarini si abbassano progressivamente. Suiko Seamount, una volta un’isola, è ora 2 chilometri (più di un miglio) sott’acqua.
Figura 6
Le altitudini massime delle isole Hawaii diminuiscono gradualmente da sud-est a nord-ovest, con le isole più nuove che sono le più alte. (Mappa riprodotta con il permesso di Dynamic Graphics, Inc., Alameda, CA, Stati Uniti d’America, produttore di software EarthVision®, (più…)
Un’ultima fonte di prove a sostegno è stata l’osservazione che la costruzione dell’isola è ancora in corso., Un nuovo vulcano sottomarino è stato scoperto a circa 32 chilometri (20 miglia) al largo della costa della Big Island (vedi Figura 7). Conosciuto come il Loihi Seamount, si eleva già più di 3.000 metri (9.000 piedi) sopra il pavimento del Pacifico e si trova attualmente a circa 1.000 metri (3.000 piedi) della superficie dell’oceano. A volte nei prossimi 100.000 anni, potrebbe salire sopra le onde per produrre la più recente aggiunta alle isole hawaiane.,
Figura 7
Il Loihi Seamount al largo della costa della Big Island è ora sopra il punto caldo sotto la placca del Pacifico ed è in costante crescita. (Diagramma adattato dal disegno di Joel E. Robinson, U. S. Geological Survey.)
L’ipotesi di Wilson sulle origini delle isole Hawaii, ora accuratamente testata e accettata, ha contribuito a una comprensione molto più ampia dei processi geologici noti come teoria della tettonica a placche., Circa nello stesso periodo in cui Wilson ha fatto la sua ipotesi, lui e altri geologi stavano riconoscendo che la superficie della terra è suddivisa in un numero di “piastre” di varie dimensioni che possono muoversi in relazione l’una all’altra. Alcune piastre si stanno espandendo verso l’esterno da creste vulcaniche che aggiungono nuovo materiale ai bordi delle piastre. Alcune placche stanno perdendo materiale mentre i loro bordi si tuffano nell’interno della terra in profonde trincee oceaniche. Ovunque le piastre si incontrino o scivolino l’una contro l’altra, ad esempio nella faglia di San Andreas in California, l’attività sismica può essere particolarmente intensa.,
Questa teoria della tettonica a placche rappresenta molte caratteristiche geologiche precedentemente inspiegabili. Ad esempio, altri punti caldi sotto la crosta terrestre hanno contribuito a creare formazioni geologiche, come il punto caldo sotto il Parco Nazionale di Yellowstone che riscalda le sorgenti calde e i geyser del parco. I movimenti delle placche tettoniche hanno avuto profondi effetti sulla circolazione oceanica e sul clima—il movimento dell’Antartide verso il Polo Sud negli ultimi 30 milioni di anni ha portato alla formazione della calotta glaciale meridionale e ad un graduale raffreddamento del pianeta., Allo stesso modo, la teoria della tettonica a placche spiega molte altre caratteristiche geologiche (vedi Figura 8). La curva nell “arcipelago hawaiano passato Atollo di Kure, per esempio, sembra essere il risultato di un cambiamento nella direzione di movimento della placca del Pacifico circa 43 milioni di anni fa combinato con il movimento del hotspot sotto l” arcipelago.
Figura 8
Le isole Hawaii si trovano vicino al centro della Placca del Pacifico, che si sta muovendo verso nord-ovest quando il materiale viene aggiunto alla placca dalla cresta midocean al largo del Sud America., (Diagramma per gentile concessione di U. S. Geological Survey.)