Il principio dell'isostasia: perché gli oceani sono profondi e le montagne alte?

Le terre emerse sono più rilevate dei fondali oceanici, sia perché sono costituite da rocce più leggere, sia perché formate da una litosfera più spessa. Le rocce più comuni dei continenti sono a composizione granitica e risultano generalmente più leggere di quelle basaltiche, tipiche dei fondali oceanici. La diversità di peso fra graniti e basalti non basta, però, da sola a spiegare, per esempio, il forte dislivello tra la catena himalayana, che supera gli 8000 m di altitudine, e il fondo dell'oceano indiano, che raggiunge profondità superiori ai 10000 m. Perché tale differenza? 

La risposta viene dal principio dell'isostasia, che mette in relazione le quote di continenti e oceani con la densità delle rocce della crosta e del mantello. Secondo questo principio, le zolle in cui la litosfera è suddivisa galleggiano, per la loro relativa leggerezza, sull'astenosfera, che si comporta come un fluido particolarmente denso e pesante.

Fig. 1 - modello dell'Isostasia tra
due blocchi di legno.

L'isostasia è basata sul principio di Archimede, secondo il quale "ogni corpo immerso in un fluido riceve una spinta dal basso verso l'alto, uguale al peso al peso del fluido spostato", che è come dire "il peso di un solido che galleggia è uguale al peso del liquido da esso spostato".  Secondo la leggenda, il filosofo greco Archimede scoprì questo principio più di 2000 anni fa, mentre era seduto nella sua vasca da bagno; sbalordito dalle implicazioni di tale scoperta, corse fuori in strada nudo gridando "Eureka!" (ho trovato!).
Possiamo meglio comprendere il concetto immaginando di immergere in acqua due blocchi di legno di qualità simile, ma di dimensioni diverse, che rappresentano altrettanti elementi di crosta terrestre (fig. 1): si può osservare che il blocco più grande sporge di più in altezza, rispetto alla linea di galleggiamento, di quello più piccolo e che nello stesso tempo sprofonda maggiormente.

Fig. 2 - Isostasia in equilibrio (A); Erosione della carena montuosa e sedimentazione su
crosta oceanica (B); Sollevamento  e abbassamento isostatico.

Anche i vari segmenti della crosta terrestre tendono a raggiungere con il galleggiamento una situazione di equilibrio, secondo il cosiddetto principio di isostasia. Si tratta comunque di un equilibrio non definitivo: una parte di crosta può infatti alleggerirsi o appesantirsi e, conseguentemente, potrà subire dei lenti movimenti verticali verso l’alto o verso il basso, detti aggiustamenti isostatici. Per esempio, gli agenti esogeni attraverso l’erosione alleggeriscono nel corso del tempo le grandi montagne, asportandone materiali che in parte vanno a depositarsi sui fondali marini: il relativo blocco di crosta continentale troverà un nuovo equilibrio innalzandosi; corrispondentemente, il peso aggiuntivo dei sedimenti sulla crosta oceanica la farà abbassare (fig. 2).

Fig. 3 - Isostasia in seguito allo scioglimento delle calotte glaciali.

Il principio dell’isostasia rende conto di fenomeni che realmente sono stati osservati; uno di questi riguarda l’attuale sollevamento della regione scandinava, comprendente Norvegia, Svezia e Finlandia, in seguito allo scioglimento dell’enorme coltre di ghiacci che un tempo la schiacciava verso il basso (fig. 3).

A causa dell'isostasia, la quota altimetrica è un indicatore sensibile dello spessore della crosta: quindi, regioni a minore elevazione devono avere una crosta più sottile (o una densità media maggiore) mentre, le regioni a più alta elevazione, come l'Altopiano del Tibet devono avere una crosta più spessa (o una densità minore).

Riferimenti bibliografici
GrotzingerJ.P. & Jordan T.H., 2016. Capire la Terra. Zanichelli Ed.