Tectónica de Placas: Una Revolución en la Geología

1. El Nacimiento de las Ciencias Geológicas

1.1. Neptunismo (Neptuno = Dios del Mar)

Es una teoría errónea sobre el origen de las rocas, heredera de la concepción del diluvianismo. Los seguidores de esta teoría consideran que todas las rocas (incluso las de origen volcánico) se han formado por un proceso de sedimentación y cristalización en los mares primitivos.

1.2. Catastrofismo

Explica la formación de fósiles y la forma actual de nuestro planeta por la acción de sucesivas y grandes catástrofes, súbitas y violentas, como por ejemplo el diluvio universal. Estas originaban la inundación de tierras, desaparición de mares, aparición de montañas, etc.

1.3. Plutonismo (Plutón, Dios de las Profundidades)

Explica la consolidación de los sedimentos y el origen de las rocas volcánicas y plutónicas por enfriamiento del magma procedente del interior de la Tierra.

1.3.1. Hutton propone la teoría del uniformismo o actualismo

1.4. Uniformismo o Actualismo

Desarrolla la teoría propuesta por Hutton. Defiende la idea de que las fuerzas naturales que actuaron en el pasado de manera uniforme son las mismas que operan en la actualidad, a pesar de que haya podido haber catástrofes (terremotos, volcanes, meteoritos, etc.).

1.5. Neocatastrofismo

Actualmente cobra fuerza una combinación de ambas, pues además de los cambios graduales que propone el uniformismo también han existido catástrofes puntuales como impactos de cometas o meteoritos. Por ejemplo, el que causó la desaparición de los dinosaurios.

1.6. Teorías Fijistas o Verticalistas

Vigentes desde mediados del siglo XIX hasta mediados del siglo XX, solo aceptaban movimientos en la vertical de la corteza terrestre, es decir, de hundimiento o de elevación del terreno.

1.7. Teorías Movilistas u Horizontalistas

Se basan en movimientos horizontales de bloques de la corteza terrestre. La teoría aceptada hoy día es la TECTÓNICA DE PLACAS, que supone un cambio tan revolucionario como puede ser el Big Bang en astronomía, o la de la evolución de las especies en biología.

1.8. Tectónica de Placas

Es una explicación conjunta de los grandes fenómenos geológicos, la cual se completa con el esfuerzo y el estudio de varios científicos geólogos, geofísicos, sismólogos, etc. Es el producto de la colaboración internacional de todos ellos. En ella se suman varios aspectos de esta teoría:

1.8.1. Deriva Continental

La formula Wegener en 1912. Concebía el movimiento horizontal de los continentes, como si fueran barcos flotando sobre un mar que en este caso sería el manto. Aunque no sabía cuál era la fuerza causante de este movimiento, pensaba que quizá esta tenía que ver con la fuerza centrífuga y la gravitatoria, a la que llamaba fuerza polófuga.

1.8.2. Corrientes de Convección en el Manto

En 1945, Holmes propone la existencia de corrientes de convección en el manto como modelo teórico que apoyaría la deriva continental. Este modelo a su vez se ve apoyado por las exploraciones que se hacen en la 2ª Guerra Mundial de los fondos marinos en donde se encuentra un relieve muy peculiar formado por dorsales y grandes fosas oceánicas.

1.8.3. Expansión del Fondo de los Océanos

En 1962 Hess formula la hipótesis de la expansión de los océanos, el cual se crea en las dorsales, se desplaza y se destruye en las zonas de subducción. Esta hipótesis fue apoyada por T. Wilson, que también justificó la existencia de algunos archipiélagos volcánicos como Hawai por la acción de plumas magmáticas procedentes del manto profundo.

1.8.4. Distribución en Bandas de las Anomalías Magnéticas

A ambos lados de las dorsales, a principios de los años 60 por F. Vine, D. Matthews y L. Morley y A. Larochelle. Confirmadas también por estudios de los fondos marinos sobre la edad de los basaltos y sedimentos del fondo oceánico (más antiguos cuanto más lejos de la dorsal).

1.8.5. Tectónica de Placas

Científicos como Jason Morgan en 1964 y más tarde McKenzie, R. Parker y X. Le Pichon desarrollan las ideas que muestran la superficie terrestre configurada por grandes placas litosféricas que se mueven unas respecto de otras.

2. Modelo Estático del Interior de la Tierra

Modelo estático o geoquímico de la Tierra, según el cual esta es una gigantesca estructura rocosa distribuida en capas concéntricas (corteza, manto y núcleo) separadas por discontinuidades o zonas de separación según distinta composición química (corteza-manto-núcleo), distinta composición mineralógica (manto externo-interno) y distinto estado físico (núcleo externo-interno).

2.1. Corteza

Es la capa más externa y se extiende hasta la discontinuidad de Mohorovicic, a una profundidad media de 35 km. Contiene principalmente silicatos de Al, Ca, Na y K. Podemos distinguir entre dos tipos de corteza: la continental y la oceánica.

2.1.1. Corteza Oceánica

Menos profunda aunque sí compuesta por rocas más densas como basaltos y gabros. Su profundidad está entre 6 y 12 km. Las rocas más antiguas no sobrepasan los 180 millones de años.

2.2. Manto

Se extiende desde la discontinuidad de Mohorovicic hasta la de Gutenberg, a 2.900 km de profundidad. Está compuesto principalmente por silicatos de Fe y Mg, como el olivino. La enorme presión y temperatura hacen que los minerales se reorganicen formando estructuras compactas y densas, originando así dos discontinuidades o zonas de transición: la de Mohorovicic, que marca el comienzo del manto, y la de Repetti, que separa el manto superior del inferior.

2.3. Núcleo

Se extiende desde la discontinuidad de Gutenberg hasta el centro de la Tierra.

2.3.1. Núcleo Externo

Compuesto principalmente por Fe, Ni y algo de S, Si y O.

2.3.2. Núcleo Interno

Probablemente constituido por una aleación de Fe y Ni en estado sólido.

3. Tectónica de Placas: La Superficie Cambiante

La tierra que pisamos está en continuo movimiento. Los materiales rocosos de la corteza y la parte superior del manto constituyen una unidad rígida y quebradiza que recibe el nombre de litosfera, con una profundidad de unos 100 km. La litosfera comprendería, por tanto, la corteza terrestre y una parte del manto superior. La litosfera, a su vez, no forma una capa continua, sino que se encuentra fragmentada en trozos que son las: placas litosféricas. Las placas litosféricas encajan entre sí como si se tratase de un gigantesco puzzle. Cada una de ellas puede estar formada únicamente por corteza oceánica o ser mixta, es decir, una parte de litosfera oceánica y otra de litosfera continental. Las placas litosféricas están limitadas por los bordes de placa, que a su vez pueden ser de varios tipos:

Dorsales oceánicas
Zonas de subducción
Fallas de transformación

Las placas flotan sobre el manto superior, sobre el que se mueven, se crean y destruyen, separan los continentes y vuelven a juntarlos, aplastan rocas y levantan montañas donde antes había mares. La litosfera oceánica se crea en las dorsales y se destruye en las zonas de subducción.

3.1. Fenómenos Geológicos Relacionados con los Bordes de las Placas Litosféricas

Los cinturones de terremotos y volcanes están asociados a los bordes de las placas: dorsales oceánicas (creación de placas), zonas de subducción (destrucción de placas) y fallas de transformación (una placa se desplaza respecto de otra a través de una fractura del terreno). Al regresar los materiales a las profundidades, describen un plano inclinado: plano de Benioff, que es donde se generan la mayoría de los focos sísmicos. El motor que mueve horizontalmente las placas es el (1) calor interno de la Tierra, que procede del núcleo y del manto, junto con el (2) tirón gravitatorio que ejerce la litosfera oceánica cuando se hunde en el manto.

3.1.1. El Calor Interno de la Tierra

Es un resto del calor primordial, durante la formación del planeta, junto con la desintegración de elementos radiactivos presentes en el manto. Se dan dos tipos de flujos convectivos:

Debido a la subducción de la litosfera oceánica, que enfría al manto superior y desciende hasta la capa D, provocando el ascenso de materiales calientes del fondo por corrientes de convección. Esto es posible por el comportamiento plástico de los materiales del manto. Es decir, evacuan el calor por estas corrientes desde las zonas calientes y profundas (D) hasta las frías (las más externas).
El segundo flujo se debe a la gran cantidad de calor acumulado durante millones de años en la capa D, que escapa de forma errática y episódica a borbotones. Cada burbuja origina un chorro o pluma de magma, que asciende a través del manto, perfora la litosfera y origina un punto caliente de intensa actividad volcánica. Los puntos calientes pueden participar en la fragmentación de los continentes mediante dorsales oceánicas.

3.2. Fenómenos Geológicos Relacionados con los Bordes de las Placas Litosféricas

3.2.1. Dorsales Oceánicas

Son relieves submarinos que emiten magma continuamente (vulcanismo). Son bordes constructivos, pues el magma procedente de la fusión parcial de zonas superficiales del manto.

3.2.2. Zonas de Subducción

Bordes destructivos, son sumideros situados en los abismos de los océanos. Se destruye la litosfera oceánica de forma continua formando fosas oceánicas. Al regresar los materiales a las profundidades, describen un plano inclinado: plano de Benioff, que es donde se generan la mayoría de los focos sísmicos. En el proceso de subducción se pueden dar las tres situaciones siguientes:

Litosfera oceánica bajo litosfera oceánica: La placa subducida se funde parcialmente y origina magma. Parte de este asciende a través de las fisuras dando lugar a la formación de islas en forma de arco con gran actividad volcánica y sísmica.
Litosfera oceánica bajo litosfera continental: Se forma un orógeno de borde continental activo o cordillera pericontinental (p. ej.: los Andes) con gran actividad volcánica y sísmica. Estos son cordilleras montañosas que pueden extenderse centenares o miles de km a lo largo de bordes convergentes entre las placas, plegando grandes cantidades de sedimentos que proceden de la erosión de continentes cercanos.
Colisión intercontinental: Al avanzar el proceso de subducción en una placa mixta, cuando se agota la litosfera oceánica, se enfrentan las dos masas continentales que colisionan. Los sedimentos marinos se fracturan y pliegan. Da lugar a un orógeno intercontinental o de colisión.

3.2.3. Fallas de Transformación

Bordes neutros en los que ni se crea ni se destruye litosfera. Son desgarres del terreno que aparecen en zonas sometidas a tensión. Se encuentran cortando transversalmente las dorsales y en los bordes de.

3.3. La Teoría de Tectónica de Placas es una Teoría Global

Es decir, da una explicación conjunta a todos los grandes fenómenos geológicos, motivados todos ellos por una causa común:

Seismos: En zonas de subducción, en las dorsales oceánicas y en las fallas de transformación. Grandes masas de roca chocan entre sí y originan seísmos. En los continentes se llaman terremotos, en los fondos oceánicos maremotos, que pueden originar gigantescas olas o tsunamis.
Volcanes: En las dorsales oceánicas, en las zonas de subducción y puntos calientes. El magma escapa por las grietas.
Expansión de los océanos: Se crea litosfera oceánica a ambos lados de las dorsales. Y los océanos se hacen cada vez más grandes.
Yacimientos minerales y petrolíferos: Podemos predecir la localización de yacimientos de petróleo, gas natural y una gran variedad de minerales.

4. Volcanes: Montañas de Fuego

Se forman cuando el magma que procede del manto asciende hasta la superficie a través de las fisuras de la corteza oceánica o continental, produciendo la erupción del volcán. En la erupción de un volcán se liberan de forma súbita grandes cantidades de energía que proceden del interior de la Tierra. Se liberan materiales rocosos fundidos (sobre los 1000 °C) que ascienden, y que junto con la disminución de presión provoca la formación del magma.

4.1. Vulcanismo en los Puntos Calientes

Una pluma de magma profundo y caliente procedente de la capa D asciende hasta alcanzar la litosfera. Actúa como un soplete, deformando, fracturando y perforando la litosfera. Pueden darse tres situaciones distintas:

Perforación de la litosfera oceánica y aparición de una cadena de volcanes: El punto caliente permanece fijo y la litosfera oceánica se va perforando a medida que esta se desplaza (se mueve la placa correspondiente). Se origina una cadena de volcanes submarinos: jóvenes y activos cuanto más cerca al punto caliente y viejos y erosionados cuanto más alejados, formando guyots (monte submarino) y atolones. Un ejemplo son las islas Hawai, que forman una cadena de islas volcánicas.
Origen de las grandes provincias ígneas o basálticas: Son extensas zonas del planeta sepultadas por lavas basálticas, que se emitieron en un período de tiempo relativamente corto, de 1 a 5 millones de años. Lo origina la potente actividad de un punto caliente, dando lugar a la formación de inmensas capas de basalto superpuestas de varios kilómetros de espesor, que pueden llegar a cubrir miles de kilómetros cuadrados de superficie, como el Trapp del Decán en la India.
Adelgazamiento de la litosfera continental y formación de un rift: La litosfera se abomba y adelgaza hasta originar tres fracturas radiales que convergen en un punto (punto triple). Estas fracturas se pueden convertir en depresiones o valles de hundimiento. Es el caso del Rift Valley africano, que en un futuro podría convertirse en una dorsal.

4.2. Vulcanismo en las Dorsales Oceánicas

Forman volcanes de fisura, dando erupciones efusivas y tranquilas. La lava fluye a partir de enormes fisuras en forma de colada, formando capas horizontales. Al enfriarse se forman las rocas basálticas que constituyen la litosfera oceánica.

4.3. Vulcanismo en las Zonas de Subducción

Pueden darse dos situaciones distintas:

Litosfera oceánica bajo litosfera oceánica, dando lugar a un archipiélago de islas en forma de arco de alta actividad volcánica. Por ejemplo, Japón y las Filipinas.
Litosfera oceánica bajo litosfera continental, que origina un arco volcánico continental asociado a una cordillera (por ejemplo, los Andes, los Alpes, etc.).

4.4. Las Erupciones Volcánicas

La superficie se estanca en una bolsa llamada cámara magmática (entre 3 y 30 km de la superficie).

4.4.1. Tipos de Magmas

Magmas fluidos: En dorsales y puntos calientes. Tienen bajo contenido en gases y forman coladas de lava. Con erupciones efusivas y tranquilas.
Magmas viscosos: En zonas de subducción y con alto contenido en gases, por lo que provocan violentas explosiones, escapando el gas brutalmente, arrojando a gran altura y gran distancia lava y fragmentos de la chimenea volcánica, junto con piroclastos que, según su tamaño:

Cuando un volcán se apaga, las chimeneas quedan rellenas de lava solidificada, que a causa de la erosión puede quedar al descubierto, formando columnas verticales. En Canarias se les llama roques. Si un volcán permanece inactivo durante mucho tiempo se dice que está dormido. Es normal que los volcanes alternen periodos de actividad con otros en los que parecen apagados. Si están apagados durante mucho tiempo se dice que están apagados o extinguidos.

5. Seismos: Cuando la Tierra Tiembla

La mayor parte de los seísmos están producidos por la dinámica de las placas: la separación, colisión o el deslizamiento de estas en sentido contrario hace que se generen tensiones que se acumulan lentamente, provocando deformaciones elásticas en las rocas hasta que estas se fracturan y liberan la energía almacenada de forma violenta, en forma de vibraciones. Los seísmos son sacudidas brutales del suelo causadas por la fracturación de las rocas de profundidad, en donde se liberan de forma súbita grandes cantidades de energía. Si tiene lugar en tierra se denominan terremotos, y si se producen en el mar, maremotos. Las vibraciones se propagan en forma de ondas sísmicas, que forman frentes de ondas esféricos y recorren el interior del globo terráqueo de parte a parte y en todas direcciones. Estas ondas se generan en el foco o hipocentro, el cual se localiza a varios km de profundidad, que al cabo de un tiempo pueden ser captadas por los sismógrafos en los sismogramas. El epicentro es la zona de la superficie terrestre situada directamente sobre el foco.

5.1. Tipos de Ondas Sísmicas

Son ondas materiales, como las sonoras, necesitan de un medio físico para propagarse. Son de tres tipos:

Ondas P o primarias: Son ondas de compresión que provocan en las rocas una sucesión de compresiones y expansiones, hacia atrás y hacia adelante, siguiendo la misma dirección en la que se mueve la onda. Son las más rápidas y se transmiten en todos los medios.
Ondas S o secundarias: Son ondas transversales, provocan en las rocas movimientos de arriba abajo, perpendicularmente a la dirección en la que se propaga la onda. Son las segundas en aparecer, solo se propagan en los sólidos.
Ondas L o de superficie: Son las últimas en llegar, se propagan por la superficie. Las ondas Rayleigh producen un movimiento elíptico que sacude las rocas de arriba abajo y de atrás adelante. Y las ondas Love, que provocan movimientos horizontales de un lado a otro.

5.2. Magnitud e Intensidad de un Seísmo

Las escalas miden la energía liberada por un seísmo y evalúan los daños causados.

Escala Richter: Mide la magnitud de un terremoto, es una medida de la energía liberada. Se calcula a partir de un sismograma midiendo la amplitud máxima de las ondas P y S. No tiene límites, en teoría puede alcanzar todos los valores (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, etc.) dependiendo de la energía liberada. El terremoto de mayor magnitud conocida fue el de Valdivia de Chile en 1960, de 9,6.
Escala MSK: Mide la intensidad de un terremoto, es una estimación subjetiva de los efectos que produce el terremoto sobre las personas, objetos, construcciones y terreno. Esto depende no solo de la energía liberada en el terremoto, sino también del terreno y el tipo de construcciones que haya en la zona. Por ejemplo, si la zona es pobre, superpoblada y las viviendas de baja calidad, los daños son mayores. Un terremoto tendrá magnitud única e intensidades diferentes en cada lugar, pues varía con la distancia al epicentro. Los puntos de una zona que representan la misma intensidad se unen mediante curvas llamadas isosistas.

6. Deriva Continental: El Puzle en Acción. El Ciclo de Wilson

Es un ciclo evolutivo que explica la apertura y el cierre de las cuencas oceánicas y los cambios en la distribución de los continentes y de los océanos a lo largo del tiempo. Los mismos procesos tectónicos que provocan la ruptura de un supercontinente son la causa de su posterior reunificación, en ciclos que duran unos 500 m.a.

7. Tectónica de Placas, Ciencia y Sociedad

7.1. Recursos

Combustibles fósiles: Carbón, petróleo y gas natural, formados por procesos geológicos de enterramiento y descomposición de materia orgánica: madera de antiguos bosques, y el petróleo del plancton en antiguos mares poco profundos (procesos de rifting).
Energía geotérmica: Empleada en países de amplia actividad volcánica, utilizando el calor de la Tierra para calefacción y para obtener electricidad (p. ej., Islandia).
Suelos fértiles: Regiones volcánicas en donde se han formado suelos fértiles para la agricultura.

7.2. Riesgos

Muchas civilizaciones antiguas y actuales se sitúan en zonas volcánicas o próximos a fallas activas.

Riesgo volcánico: Con erupciones devastadoras con grave riesgo para los habitantes y sus bienes.
Riesgo sísmico: Especialmente las devastadoras ondas L, que arrasan las construcciones y vías de comunicación y, lo que es aún peor, se cobran vidas humanas.
Impactos ambientales: Por arrojar grandes cantidades de gases tóxicos y CO₂ a la atmósfera, que aumenta el efecto invernadero, el cual permitió la aparición de la vida, pero que en otros periodos, junto con arrojar grandes cantidades de cenizas, originó cambios climáticos en el pasado, causando así extinciones masivas de seres vivos.