Estructura y composición de la Tierra. Tectónica de placas

1.1 MODELO GEOQUÍMICO Y MODELO DINÁMICO

            La Tierra está estratificacada  tanto considerando su composición química como sus propiedades mecánicas. Así, a partir de la composición química (modelo geoquímico), distinguimos la corteza, el manto y el núcleo, mientras que según sus propiedades mecánicas (modelo dinámico) destacamos la litosfera, astenosfera, mesosfera y endosfera.

1.1.1 MODELO GEOQUÍMICO

            Por su composición química la Tierra se encuentra diferenciada en:

a) Corteza. Es la capa más externa de la Tierra que se extiende desde la superficie  sólida hasta la discontinuidad de Mohorovicic. Tiene un espesor variable entre 6 y 70 km. Está constituida por dos unidades diferentes:

• Corteza continental. Su espesor varía entre 25 y 70 km aunque localmente pueda alcanzar valores superiores (80 km en el Himalaya). Está compuesta de rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias.
• Corteza oceánica. Es más delgada, su espesor varía entre 6 y 12 km y está compuesta de rocas más densas (basaltos) y más jóvenes.

b) Manto. Se extiende desde la base de la corteza hasta la discontinuidad de Gutenberg que lo separa del núcleo terrestre. Alcanza hasta los 2.900 km de profundidad. Su composición química es peridotítica. Se distinguen dos partes:

*  Manto superior. Alcanza hasta los 1.000 km. de profundidad. Formado mayoritariamente por rocas pobres en silicio y más ricas en hierro y magnesio.

*  Manto inferior. Está formado por sustancias metálicas ricas en hierro y magnesio.

c) Núcleo. Es la capa más interna, desde los 2.900 km hasta los 6.370 km de profundidad. La parte más externa, en estado líquido, está formada por hierro y níquel, mientras que la parte más interna, sólida, está formada básicamente por hierro puro.

1.1.2 MODELO DINÁMICO

            Se basa en el estado físico y el comportamiento dinámico de sus capas. Se divide en:

a) Litosfera. Es la capa rígida más externa de la Tierra que engloba la corteza y parte del manto superior por encima de la zona de baja velocidad. Su espesor es mayor en los continentes que en los océanos mientras que en las dorsales puede alcanzar espesores mínimos (5-10 km). Se encuentra fragmentada en placas, llamadas placas litosféricas, que interaccionan entre sí por efecto de las corrientes convectivas de la astenosfera.

b) Astenosfera. Está situada debajo de la litosfera. Se corresponde con la zona de baja velocidad de las ondas sísmicas en el manto superior. Esto indica un cierto grado de fluidez por lo que su comportamiento es semiplástico.

c) Mesosfera. Se corresponde con la porción del manto situado bajo la Astenosfera. Se comporta como una zona rígida y relativamente estable sometida a lentos procesos convectivos. Hacia los 2.700 km se localiza una zona (nivel D) donde se originan las plumas o penachos térmicos. Son zonas de roca parcialmente fundida que transportan calor desde el núcleo al manto inferior. Esto hace que el manto sólido, localizado por encima de esas zonas parcialmente fundidas, se pueda calentar lo suficiente como para ascender hacia la superficie originando los puntos calientes.

d) Endosfera. Se corresponde con el núcleo. Consta de una zona interna que se comporta rígidamente y otra externa que se comporta como un fluido en el que se generan corrientes de convección responsables del origen del campo magnético terrestre.

1.2 DINÁMICA DE PLACAS

            Las manifestaciones de la dinámica interna terrestre se explican por la teoría de la tectónica de placas o Tectónica global  que establece  que la litosfera está formada por una serie de placas contiguas que se mueven unas respecto de otras separándose, chocando o deslizándose lateralmente.

            Esta teoría, que describe las interacciones que ocurren entre las placas y las consecuencias de estas interacciones, se basa en las consideraciones que a continuación se indican:

 *    La formación de nueva litosfera ocurre por expansión del suelo oceánico; es decir, en las dorsales oceánicas se genera nueva litosfera oceánica.

 *    La litosfera oceánica generada en estas zonas, una vez creada, pasa a formar parte de una placa litosférica que puede o no incluir litosfera continental.

  *   La superficie de la Tierra permanece constante; esto implica que la litosfera nueva, generada en las dorsales, debe compensarse por destrucción de la misma en las zonas de subducción.

 *  Las placas litosféricas pueden transmitir esfuerzos a lo largo de grandes distancias horizontales sin que se produzcan importantes deformaciones en el interior de las mismas; es decir, el movimiento relativo entre las placas se hace patente, básicamente, en los límites de placas. Así, la localización de los terremotos actuales muestra cómo éstos se distribuyen a lo largo de cinturones bien delimitados que se corresponden con los límites de estas placas, evidenciando que la mayor parte de la deformación litosférica se concentra en estas zonas.

1.2.1 MOVIMIENTO ENTRE PLACAS: LIMITES DE PLACA

             Podemos distinguir tres tipos de límites o bordes de placa divergentes (constructivos), convergentes (destructivos) y transformantes (pasivos o conservativos).

1 . Límites divergentes o constructivos. En ellos se genera litosfera oceánica y se forman grandes cadenas montañosas submarinas o dorsales, situadas en el centro de los océanos.

            Las dorsales oceánicas son cadenas montañosas submarinas de perfil muy abrupto y con una anchura de unos 1.000 km. La altura sobre el fondo del mar oscila entre los 1.500-2.000 m. En algunos casos, la dorsal se eleva sobre el nivel del mar, como ocurre en Islandia. El centro de la dorsal está recorrido por una gran depresión llamada fosa tectónica o rift, por la que fluye material procedente de la astenosfera. A ambos lados del rift se originan grandes elevaciones que a veces emergen y forman islas volcánicas como las Azores.

            Se ha comprobado que sobre estos fondos de lava no existen sedimentos, lo que demuestra que son muy recientes y no ha habido tiempo suficiente para que se depositen sedimentos sobre ellos. Junto a estas lavas encontramos también abundantes chimeneas volcánicas que emiten fluidos a altas temperaturas.

            Todas estas observaciones indican que las dorsales son zonas de crecimiento de la corteza oceánica, por lo que se les denomina bordes constructivos.

2 . Límites convergentes o destructivos. En ellos tiene lugar la convergencia de dos placas litosféricas, introduciéndose una bajo la otra y destruyéndose la litosfera oceánica en la zona de subducción que coincide con las fosas oceánicas.

            En dicha convergencia se desarrolla una gran actividad sísmica debido a la fricción entre las placas y magmática, debido a que en estas zonas hay un aporte de calor por la fricción y compresión de los materiales, lo que hace que en estas zonas se originen magmas que afloran a la superficie como volcanes.

            En estas zonas la litosfera oceánica desciende para introducirse en el manto en un proceso denominado subducción. En ellas se encuentran los relieves más importantes del Planeta, tanto negativos (fosas) como positivos (cinturones montañosos). Durante este movimiento, cuando la placa se curva arrastrando los sedimentos hacia el interior, origina una fosa oceánica (hasta 11 km en la fosa de las Marianas -Pacífico-). En el plano de la placa que subduce (plano de Benioff) se acumulan tensiones, por lo que en esta zona se localizan focos sísmicos a diferentes profundidades pudiendo darse terremotos profundos (hasta 700 km).

             La mayor parte de las cadenas montañosas u orógenos se genera en estos contactos de choque de placas. Las más recientes ocupan largas y estrechas bandas en los bordes de los continentes. Se encuentran repartidas en dos grandes zonas: el cinturón peripacífico y la zona alpino-Himalaya, que se extiende por Europa y Asia.

            La convergencia de dos placas es diferente según sea la naturaleza de sus límites, bien sea oceánica o continental, de esta forma existen tres tipos de convergencia:

a) Convergencia océano-océano. Cuando dos placas oceánicas convergen, la placa que subduce penetra hacia el interior por debajo de la fosa oceánica. Durante este descenso se produce primero la génesis de focos sísmicos y más tarde la fusión de la placa, produciendo un magma andesítico.

             Este magma asciende a la superficie y forma una cadena de volcanes paralelos a la costa, llamada arco insular. Entre éste y la fosa se encuentra el prisma de acreción, conjunto de sedimentos oceánicos y continentales muy deformados. Entre el arco insular y el continente se halla la cuenca marginal, que se forma por un proceso divergente de adelgazamiento litosférico parecido al de las dorsales. El Mar del Japón, entre Asia y el archipiélago japonés, es un buen ejemplo.

Existen unos veinte arcos insulares activos, localizados en la costa asiática del Pacífico, desde las islas Aleutianas, Japón, Filipinas, etc. En el Atlántico destacan los arcos insulares del Caribe.

Convergencia océano-océano

b) Convergencia océano-continente . Cuando una placa oceánica choca con una continental, la primera, que es más densa, subduce bajo la segunda. El descenso de la placa provoca la fusión parcial de la misma y la generación de magmas que ascienden a la superficie y originan en el continente manifestaciones volcánicas y plutónicas. Debido a la fuerte compresión, los sedimentos se encuentran deformados en amplios pliegues asociados a fallas inversas. El roce de la placa genera focos sísmicos.

El ejemplo más conocido es la cordillera de los Andes. En este caso chocan la placa de Nazca y la Sudamericana, colisión que aún continúa a una velocidad de unos 6 cm/año, lo que indica que se trata de un orógeno activo.

Convergencia océano-continente

c) Convergencia continente-continente. Cuando dos placas continentales convergen, se produce el choque frontal entre ambas. Previamente a este proceso los continentes estaban separados por una litosfera oceánica, que fue subduciendo bajo uno de los continentes. Cuando el proceso finaliza se produce la colisión y obducción de los dos continentes. Al tener ambas placas similar densidad, no subducen y chocan entre sí. La compresión acaba por fusionarlas en un solo bloque originando una cadena montañosa en la que a veces se reconoce una línea de sutura marcada por la presencia de restos de litosfera oceánica (ofiolitas). La zona se caracteriza por estar muy deformada y metamorfizada con presencia de intrusiones graníticas.

El choque entre la placa Índica y la Euroasiática, que comenzó hace unos 45 millones, de años, originó la cordillera del Himalaya en Asia.

Convergencia continente-continente

3. Límites pasivos o transformantes . En este tipo de contacto entre placas se producen fuerzas tangenciales por lo que no se forma ni  se destruye  litosfera y presentan una intensa actividad sísmica. Este tipo de fallas, está  íntimamente ligado a las dorsales oceánicas,  a las que corta transversalmente formando un sistema de fracturas paralelas y perpendiculares a la dorsal que compensan la expansión. Se originan por las diferencias en la velocidad de desplazamiento de los diferentes sectores de las placas, ya que se mueven sobre una superficie esférica en rotación y, por tanto, con mayor velocidad lineal cuanto  más alejados están del eje rotacional.

            Como ejemplo tenemos la falla de San Andrés en la que la placa Pacífica se desliza respecto a la placa Americana.

Falla de San Andrés, California EE.UU.

1.2.2 EL CICLO DE WILSON

1.2.3 EL CICLO DE LAS ROCAS EN EL CONTEXTO DE LA TECTÓNICA DE PLACAS

            En la litosfera terrestre se pueden distinguir tres grandes tipos de rocas, clasificadas según las condiciones físico-químicas que predominan durante su formación:

a) Rocas ígneas o magmáticas. Formadas a temperaturas entre moderadas y altas y un amplio rango de presiones pero que implican fusión. Estas rocas se forman por la solidificación, en profundidad o en superficie, de materiales fundidos del manto y la corteza terrestre.

b) Rocas metamórficas. Formadas en un amplio rango de presiones y temperaturas pero sin existir fusión. Son el resultado de la transformación de rocas preexistentes debido a cambios en las condiciones de presión y/o temperatura.

c) Rocas sedimentarias. Formadas en condiciones superficiales a bajas temperaturas y presiones próximas a la atmosférica. Se forman a partir de los productos resultantes de la denudación del relieve.                                                           

 La mayor parte de la litosfera está en continua evolución. Los procesos superficiales y los procesos que ocurren en profundidad están continuamente modificando la superficie del planeta. Las montañas se forman y  destruyen. Las placas litosféricas están en movimiento. La litosfera oceánica se genera en las dorsales oceánicas y se destruye en las zonas de subducción.

            Si la litosfera terrestre está sujeta a cambios, es lógico pensar que los materiales que la forman estén también sujetos a modificaciones de su estructura y composición. De hecho, la idea de que la mayoría de las rocas sufren modificaciones a lo largo del tiempo es la esencia del denominado ciclo de las rocas.

Ciclo de las rocas en la Tectónica de placas

             Para simplificar la descripción de este ciclo, nuestro punto de partida se situará en la superficie terrestre, donde los procesos superficiales producen la destrucción o denudación del relieve topográfico. La meteorización y erosión del relieve originan los sedimentos que son transportados hacia zonas deprimidas más o menos alejadas del área fuente, donde se depositan.

            A medida que estos materiales se acumulan, se produce su litificación (diagénesis) por compactación y cementación, formándose las rocas sedimentarias. Si el área donde se han acumulado estas rocas sufre un proceso de levantamiento, estas rocas serán erosionadas iniciándose un nuevo ciclo. Por el contrario, si estas rocas se hunden hacia zonas más profundas de la corteza, el aumento de presión y temperatura provocará que los minerales pierdan su estabilidad, produciéndose una serie de transformaciones en estado sólido (metamorfismo) que dan lugar a nuevas fases minerales estables en las nuevas condiciones termodinámicas, es decir, se forman las rocas metamórficas. Al igual que en el caso anterior, la zona puede sufrir un proceso de levantamiento o continuar su hundimiento. En el primer caso, estas rocas metamórficas formarán parte del relieve topográfico y, por tanto, serán susceptibles de ser erosionadas y entrar en un nuevo ciclo. En el segundo caso,  se pueden alcanzar las condiciones apropiadas para que se produzca la fusión parcial o total de estos materiales. Este material fundido, por su menor densidad, ascenderá hacia niveles corticales más superficiales. Si alcanza la superficie terrestre, su solidificación origina las rocas ígneas extrusivas o volcánicas, que estarán expuestas a erosión y, por tanto, a entrar en un nuevo ciclo. Si por el contrario este material fundido queda atrapado en el interior de la corteza y solidifica, se originan las rocas ígneas intrusivas o plutónicas, que son susceptibles de entrar en un nuevo ciclo si se produce levantamiento y erosión de la columna de rocas suprayacentes.

1.2.4 FORMAS DE RELIEVE TERRESTRE ASOCIADOS A LA TECTÓNICA DE PLACAS

            De los procesos asociados a la Tectónica de Placas se deduce la existencia de áreas de corteza oceánica deprimidas y áreas con corteza continental engrosada. Las áreas deprimidas están ocupadas por mares y océanos. En estas regiones marinas, los grandes rasgos del relieve son:

• Plataforma continental . Es una prolongación del continente pero sumergida, con una profundidad media de 200 m y pendientes generalmente suaves. Se acumula en ella gran cantidad de sedimentos. Está recorrida por variados accidentes: deltas, cañones submarinos...
• Talud continental . Marca el final de la plataforma continental. Presenta pendientes muy acusadas (hasta el 20 %) y llega hasta 4.000 m. En algunas zonas aparecen cañones submarinos.
• Arcos insulares . Son alineaciones de islas volcánicas que aparecen siempre próximas al continente y paralelas a la costa, dibujando formas convexas hacia el océano. Entre ellas y el continente aparece un mar pequeño que se denomina cuenca marginal.
• Fosas oceánicas . Son las zonas marinas de mayor profundidad de toda la cuenca oceánica (hasta 12 km). Normalmente aparecen frente a la costa y paralelas a ella.
• Llanuras abisales . Zonas extensas en las que las pendientes son escasas. Hay montañas submarinas, zonas de volcanes, generalmente en actividad, islas volcánicas y guyots.
• Dorsales oceánicas . Se sitúan en medio de los océanos. Están formadas por dos cordilleras paralelas separadas por un valle central o rift que se levantan hasta 2.000 m por encima de la llanura abisal.

Guyots. Son edificios volcánicos con forma de cono truncado producidos por las corrientes profundas o por la dinámica y naturaleza de las rocas volcánicas del fondo oceánico.