Teoría de La tectónica de placas o tectónica global y la Deriva Continental

Es una teoría de tectónica global de deformaciones estructurales geológicas, que ha servido de paradigma en la geología moderna, para la comprensión de la estructura, historia y dinámica de la corteza de la Tierra. La teoría se basa en la observación de que la corteza terrestre sólida está dividida en unas veinte placas semirrígidas. Las fronteras entre estas placas son zonas con actividad tectónica donde tienden a producirse sismos y erupciones volcánicas.

Según la teoría de la tectónica de placas, la corteza terrestre está compuesta al menos por una docena de placas rígidas que se mueven independientemente. Estos bloques descansan sobre una capa de roca caliente y flexible, llamada astenosfera, que fluye lentamente a modo de alquitrán caliente. Los geólogos todavía no han determinado con exactitud como interactúan estas dos capas, pero las teorías más vanguardistas afirman que el movimiento del material espeso y fundido de la astenosfera fuerza a las placas superiores a moverse, hundirse o levantarse.

El concepto básico de la teoría de la tectónica de placas es simple: el calor asciende. El aire caliente asciende por encima del aire frío y las corrientes de agua caliente flotan por encima de las de agua fría; el mismo principio se aplica a las rocas calientes que están bajo la superficie terrestre: el material fundido de la astenosfera, o magma, sube hacia arriba, mientras que la materia fría y endurecida se hunde cada vez más hacia al fondo, dentro del manto; la roca que se hunde finalmente alcanza las elevadas temperaturas de la astenosfera inferior, se calienta y comienza a ascender otra vez. Este movimiento continuo y, en cierta forma circular, se denomina convección. En los bordes de la placa divergente y en las zonas calientes de la litosfera sólida, el material fundido fluye hacia la superficie, formando una nueva corteza.

Origen

Aunque la revolución de la tectónica de placas en el pensamiento geológico ha ocurrido hace poco (en las décadas de 1960 y de 1970), las raíces de la teoría fueron establecidas por observaciones y deducciones anteriores. En uno de estos descubrimientos, James Hall, geólogo neoyorquino, observó que los sedimentos acumulados en cordilleras montañosas son al menos diez veces más gruesos que los del interior continental de la Tierra. Este hecho estableció las bases de la teoría geosinclinal posterior que afirma que la corteza continental crece por acumulaciones progresivas originadas como geosinclinales antiguos y plegados, endurecidos y consolidados en placas. Esta teoría quedó bien establecida en el siglo XX. Otro descubrimiento del siglo XIX fue la existencia de una dorsal en medio del océano Atlántico; hacia la década de 1920, los científicos llegaron a la conclusión que esta dorsal se extendía dando casi una vuelta completa a la Tierra.

En el periodo entre 1908 y 1912, las teorías de la deriva continental fueron propuestas por el geólogo y meteorólogo alemán Alfred Wegener y otros, que descubrieron que las placas continentales se rompen, se separan y chocan unas con otras. Estas colisiones deforman los sedimentos geosinclinales creando las cordilleras de montañas futuras. Los trabajos geofísicos sobre la densidad de la Tierra y las observaciones de los petrólogos habían mostrado con anterioridad que la corteza terrestre se compone de dos materiales bien distintos: el sima, formado por silicio y magnesio, por lo general basáltica y característica de la corteza oceánica; y el sial, de silicio y aluminio, por lo general granítica y característica de la corteza continental. Wegener creía que las placas continentales siálicas se deslizaban sobre la corteza oceánica simática como hacen los icebergs en el océano. Este razonamiento era falaz, porque la temperatura de fusión de la sima es mayor que la del sial. Después los geólogos descubrieron la llamada astenosfera, capa semisólida, situada en el manto terrestre debajo de la corteza, a profundidades entre 50 y 150 km. Primero se conjeturó y luego se demostró sísmicamente que era un material plástico que podía fluir despacio.

Uno de los argumentos más fuertes de Wegener para justificar la deriva continental era que los bordes de los continentes tenían formas que encajaban. Para defender su teoría, indicó que las formaciones rocosas de ambos lados del océano Atlántico —en Brasil y en África occidental— coinciden en edad, tipo y estructura. Además, con frecuencia contienen fósiles de criaturas terrestres que no podrían haber nadado de un continente al otro. Estos argumentos paleontológicos estaban entre los más convincentes para muchos especialistas, pero no impresionaban a otros (en su mayor parte geofísicos).

Los mejores ejemplos dados por Wegener de las fronteras continentales hendidas, como se ha mencionado, estaban en ambos lados del océano Atlántico. De hecho, Sir Edward Bullard probó el encaje preciso mediante una computadora y presentó sus resultados a la Real Sociedad de Londres: el ajuste era perfecto. El error medio de estos límites es menor de un grado. Sin embargo, a lo largo de otras márgenes oceánicas, no se encuentra una complementariedad similar: por ejemplo, en el cinturón que circunvala el Pacífico o en el sector de Myanmar (Birmania) e Indonesia del océano Índico. Estos puntos de discrepancia subrayan una característica de los bordes continentales señalada por el famoso geólogo vienés Eduard Suess, hacia 1880. Reconoció un ‘tipo atlántico’ de margen, identificado por el truncado abrupto de antiguas cadenas montañosas y por estructuras hendidas, y un ‘tipo pacífico’, marcado por montañas dispuestas en cordilleras paralelas, por líneas de volcanes y por terremotos frecuentes. Para muchos geólogos, las costas de tipo pacífico parecen estar localizadas donde los geosinclinales se deforman y se elevan para formar montañas.

Deriva continental

La teoría de la tectónica de placas no alcanzó amplia aceptación hasta las décadas de los sesenta y los setenta. Antes de esos años, la mayoría de los científicos creían que los continentes y océanos terrestres estaban fijos. A comienzos del siglo XX, el meteorólogo alemán Alfred Wegener, popularizó y actualizó una teoría de Snider (1858) afirmando que los continentes se desplazan, debido a la debilidad de la corteza oceánica; y sugirió que todos los continentes procedían de la rotura de dos supercontinentes llamados Gondwana y Laurasia que antes del mesozoico estuvieron unidos formando la Pangea, un enorme supercontinente. Hace unos 200 millones de años, la Pangea se rompió en placas distintas que lentamente se separaron entre sí, llegando a la disposición continental actual.

Uno de los hechos más evidentes que convenció a Wegener fue el encaje casi perfecto entre la costa oriental de América del Sur y la costa occidental de África, lo que es muy evidente cuando se ve por primera vez un globo o mapa del mundo. Para apoyar su teoría, señaló que las formaciones rocosas de los lados opuestos del Océano Atlántico -en Brasil y África occidental- coinciden en edad, tipo y estructura. También, las formaciones contienen fósiles de las mismas especies terrestres, de manera que América del Sur y África debían haber estado conectadas anteriormente.

En años posteriores, los descubrimientos científicos empezaron a apoyar los aspectos fundamentales de la teoría de Wegener. Los geólogos demostraron la existencia de un débil movimiento de la astenosfera, que está por debajo de la corteza, a profundidades de 50 a 150 km. Además, los científicos en la década de los años veinte utilizaron el sonar, un dispositivo de sonda de eco, para determinar las profundidades del océano y levantar un mapa del fondo marino, y llegaron a la conclusión que la Dorsal Media del Atlántico, descubierta en el siglo XIX, era parte de un sistema de cordilleras oceánico mundial. Toda esta teoría ha sido sustituida por la hipótesis mucho más sofisticada de la tectónica de placas.

Expansión del fondo marino

En la década de 1920, el estudio de los lechos marinos progresó cuando el sonar, dispositivo de sondeo con eco, fue modificado para medir las profundidades oceánicas. Con un sonar se podía medir la topografía submarina y establecer su cartografía. Más tarde, los geofísicos adaptaron los magnetómetros aéreos para poder medir variaciones de intensidad y orientación geomagnética. Las travesías de los magnetómetros transportados en barcos por las dorsales oceánicas mostraron que las rocas de un lado de la dorsal producían un motivo reflejado del de las rocas del otro lado. Los métodos de datación aplicados a las rocas corticales basálticas del lecho marino mostraron que la materia más cercana a la dorsal era mucho más joven que la lejana (de hecho, era relativamente reciente). Además, no se encontraron capas de sedimentos marinos en la cumbre de la dorsal, pero aparecían a cada lado, otras más antiguas y gruesas a mayor distancia.

Estas observaciones, añadidas a las del gran flujo de calor, hicieron pensar que la dorsal es el lugar donde se crea la corteza oceánica nueva; el material llega por corrientes de convección de lava caliente, pero se enfría y solidifica con rapidez al contacto con el agua fría del fondo oceánico. Para dejar sitio a esta suma continua de nueva corteza, las placas deben separarse lenta pero de forma constante. En el Atlántico norte, la velocidad de separación es de sólo 1 cm al año, mientras que en el Pacífico es de más de 4 cm al año. Estos movimientos relativamente lentos, impulsados por corrientes de convección térmicas originadas en las profundidades del manto terrestre, son los que han generado, en el curso de millones de años, el fenómeno de la llamada deriva continental.

En la década de 1960, los datos detallados del suelo oceánico fueron agrupados e incorporados en mapas fisiográficos donde el relieve submarino fue representado por científicos del Observatorio Geológico Lamont en la Universidad de Columbia. Se dieron cuenta de que la cresta de las dorsales oceánicas tiene la forma de una rendija, o grieta, de unos pocos kilómetros de ancho, situada en el centro de la dorsal. También descubrieron que en el mar Rojo la dorsal penetra en el continente africano para convertirse en el famoso valle del Rift, que llega desde el valle del Jordán y el mar Muerto, pasando por el mar Rojo, a Etiopía y al este de África. Resulta evidente que la dorsal marca una división en la corteza terrestre como lo hace en la oceánica.

Los nuevos mapas fisiográficos del fondo del océano también revelan, por primera vez, que las crestas de las dorsales tienen muchas grietas, llamadas zonas de fractura. Estas grietas señalan la dirección de las fallas de transformación (lo que se llama ‘deslizamiento según el rumbo’) que se han desarrollado para compensar las tensiones generadas por velocidades distintas de expansión del suelo marino. Aunque la mayoría de estas fallas están ocultas bajo el océano, una de ellas, la falla de San Andrés conocida por su propensión a los terremotos, emerge del océano Pacífico, cerca de San Francisco, en California y atraviesa cientos de kilómetros de tierra.

Arcos volcánicos y subducción

Ya en la década de 1930, sismólogos estadounidenses descubrieron problemas dinámicos particulares de las costas de tipo pacífico. Mostraron que hay terremotos asociados a estas zonas en puntos de baja profundidad en el lado exterior (u oceánico) de los arcos de islas volcánicas, pero que la profundidad de las sacudidas crece hasta alcanzar un máximo de 700 km a una distancia de 700 km hacia tierra desde el frente del arco. Analizando con detalle un caso particular, el geólogo estadounidense Hugo Benioff concluyó que esta geometría representa un plano de falla que se extiende a través de la corteza hasta el manto superior, inclinado hacia abajo con un ángulo de unos 45°. En 1906, se propuso la existencia de una estructura similar, la parte sur de los Alpes penetrando bajo su parte norte. En la década de 1950 se llamó a este proceso subducción.

Se ha probado la existencia de planos de subducción similares a lo largo de casi todas las costas de tipo pacífico (donde no se han encontrado hay pruebas geológicas que muestran que antes había, pero que ahora están inactivas). Muchas de estas zonas revelan un sistema de fallas mayor que corre paralelo al sistema montañoso general. A lo largo de intervalos muy prolongados, el movimiento de una falla pasa de gradual a abrupto y se puede producir un desplazamiento de entre 1 y 5 m en un único terremoto. Fallas así se han encontrado en Chile, Alaska, Japón, Taiwan, Filipinas, Nueva Zelanda y Sumatra.

Durante la subducción, la corteza oceánica penetra en el manto y se funde. Al reciclarse de forma continua, no hay zonas de la corteza moderna de los océanos que tengan más de 200 millones de años de antigüedad. Los bloques corticales se mueven y chocan constantemente cuando son transportados por las distintas placas.

Una consecuencia importante de la fusión de la corteza oceánica subducida es la producción de magma nuevo. Cuando la corteza se funde, el magma que se forma asciende desde el plano de subducción, en el interior del manto, para hacer erupción en la superficie terrestre. Las erupciones de magma fundido por subducción han creado cadenas largas y arqueadas de islas volcánicas, como Japón, Filipinas y las Aleutianas. Allí donde una placa tectónica oceánica es subducida bajo corteza continental, el magma producido hace erupción en los volcanes situados a lo largo de cadenas montañosas lineales, conocidas como cordilleras, hasta una distancia de unos 100 km tierra adentro desde la zona de subducción (esta zona se sitúa a lo largo de una zanja submarina situada a cierta distancia del continente). Además de crear y alimentar volcanes continentales, la fusión de la corteza oceánica subducida es responsable de la formación de algunos tipos de yacimientos de minerales metálicos valiosos.

Bordes de las placas

Las placas son, pues, grandes fragmentos de la litosfera en continuo movimiento unos respecto a otros. Los continentes forman parte de esas placas y se mueven con ellas. Se pueden distinguir 17 placas (ver índice de placas), limitadas por bordes, donde se concentra todo el movimiento de las placas adyacentes, la actividad sísmica y el vulcanismo. Muchos bordes de placa están situados en el centro del océano. Hay tres tipos de bordes de placa: divergente, convergente y transformado.

Los bordes divergentes (también conocidos como constructivos) existen allí donde las placas se desplazan en direcciones opuestas una de otra, separándose por el material incandescente que asciende desde la astenosfera para rellenar las fracturas abiertas. Una fuerza adicional implicada en la divergencia puede ser la subducción de la corteza más pesada, antigua y densa del extremo opuesto de cada borde divergente: como el borde pesado se hunde, arrastra al resto de la placa con él, abriendo la línea de divergencia.

Los bordes divergentes se localizan tanto en los fondos oceánicos como en la superficie de los continentes y dan lugar a unas estructuras muy características llamadas dorsales oceánicas y fosas tectónicas. Las dorsales oceánicas son cordilleras submarinas que se extienden y ramifican a través de todos los oceános. En ocasiones experimentan grandes desplazamientos horizontales, de forma que su trazado no es continuo, sino que está fallado; partes de estas dorsales son bastante altas y sobresalen por encima de la superficie oceánica, en lugares como Islandia en el Océano Atlántico norte. Las fosas tectónicas son zonas alargadas y estrechas, en las que la corteza continental está hundida con relación a las áreas adyacentes. El ejemplo más interesante es el Rift Valley, que se extiende a lo largo de 4.830 km desde Siria hasta Mozambique, desde los Taurus hasta el río Zambeze. La divergencia ha causado que la corteza terrestre adelgace y caiga a lo largo de este borde de placa.

Un borde en el que dos placas colisionan y se pierde fondo oceánico por inmersión es un borde convergente o destructivo. Cuando una placa oceánica, como la Placa de Nazca que se desplaza hacia el este bajo la zona suroriental del Océano Pacífico, encuentra un borde continental como América del Sur, la corteza oceánica más densa y pesada se introduce debajo de la placa continental y se fusiona parcialmente. Los terremotos pueden suceder en estos márgenes de placa a lo largo del plano de deslizamiento o plano de Benioff, moviendo las placas hacia arriba 5 m en una sola sacudida. Si chocan dos placas oceánicas se origina un arco de islas volcánico, o una fosa oceánica como las de Chile, Japón, Taiwan, Filipinas, Nueva Zelanda y Isla de Sumatra. Cuando colisionan dos placas continentales, la corteza de ambas empuja hacia arriba, creando cadenas montañosas. La colisión de la India con el continente asiático formó el Himalaya. De hecho, la cordillera montañosa crece hoy en altura a causa de que la India y Asia todavía convergen.

En un borde de transformación, las placas se desplazan cada una en direcciones opuestas lateralmente entre sí, sin crear ni destruir fondo oceánico. Una pequeña actividad volcánica acompaña a los bordes de transformación, pero se pueden dar terremotos grandes o de poca intensidad. La Falla de San Andrés en California, Estados Unidos, es el ejemplo más famoso de este tipo de bordes.

La revolucionaria teoría de la tectónica de placas forma la base del pensamiento de la geología moderna y explica muchas de las formas terrestres actuales además del movimiento de los continentes. Esta teoría también proporciona una explicación para muchos de los terremotos y volcanes del mundo. La mayoría de los terremotos y erupciones volcánicas ocurren cerca de los márgenes de las placas. Desgraciadamente, existen muchas ciudades grandes situadas en los bordes de las placas, como ocurre a lo largo del Cinturón de Fuego, una zona de intensa actividad volcánica y sísmica que rodea el Océano Pacífico. Los seres humanos sufren repetidamente los efectos de estas manifestaciones a menudo catastróficas de la actividad tectónica.

Expansión oceánica

Los indicios adicionales de la tectónica de placas llegaron en las décadas de los cincuenta y los sesenta. Durante este periodo, los científicos descubrieron que todos los fragmentos de rocas conservan un tipo de disposición magnética cuando éstas se forman. Los geofísicos también conocieron que el campo magnético terrestre ha oscilado pues el polo norte magnético, que en la actualidad se sitúa junto al polo norte geográfico, ha estado en otras épocas en el polo sur geográfico; estas inversiones tienen lugar aproximadamente cada dos millones de años. Con este conocimiento, examinaron ambos lados de las cordilleras oceánicas y encontraron que las rocas de un lado de la cordillera producían una disposición geomagnética opuesta a la de las rocas del otro lado, como si se tratara de la imagen de un espejo.

Las rocas más cercanas a la cresta de la cordillera eran relativamente jóvenes, pero a medida que aumentaba la distancia, la edad de las rocas era más antigua. Además, los sedimentos marinos eran bastante más densos y más antiguos cuanto más alejados de la cordillera, mientras que la cordillera misma no tenía prácticamente depósitos sedimentarios. Estas observaciones, añadidas a aquellas sobre la circulación del flujo incandescente en la dorsal, confirmaron la creación de corteza nueva en la dorsal centro-oceánica y el mecanismo de expansión oceánica, por el cual se puede afirmar que el fondo oceánico es más antiguo cuanto más próximo se halla al continente.

Después que la roca fundida alcanza el fondo marino como lava, el agua fría del fondo del mar rápidamente enfría y consolida el material. Para hacer sitio a esta adición continua de nueva corteza, las placas de cualquier lado de la cordillera deben separarse constantemente. En el Océano Atlántico norte, el grado de movimiento de cada placa es sólo de 1 a 2 cm al año. Sin embargo, en el Océano Pacífico puede ser de más de 10 cm al año.

Teoría Integradas de la Tectónica de placas

Con todos estos conocimientos sobre la expansión del fondo marino y sobre las zonas de subducción, lo que quedaba era combinarlos en un sistema integrado de geodinámica. En la década de 1950, el geofísico canadiense J. Tuzo Wilson demostró la continuidad global de las zonas de subducción, bastante parecida a los pespuntes de una pelota de fútbol. El geólogo estadounidense Harry Hammond Hess señaló que, si el fondo oceánico se separaba en un lado del globo, debía producirse subducción en el otro; si no, el tamaño de la Tierra aumentaría sin parar. Xavier LePichon, estudiante francés de sismología en Lamont, estudió la geometría de las placas a partir de datos sísmicos y el geofísico estadounidense Robert Sinclair Dietz tomó las pruebas de Wegener sobre la deriva continental y reconstruyó las posiciones de los continentes y de las placas continentales en fases sucesivas desde la actualidad hasta hace unos 200 millones de años. Desde entonces, la teoría de la tectónica de placas ha sido debatida, probada y extendida; se ha convertido en un nuevo paradigma y en el centro de la controversia de las ciencias geológicas.

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