GEOLOGÍA TEMA 2.- LA DINÁMICA LITOSFÉRICA

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1 GEOLOGÍA TEMA 2.- LA DINÁMICA LITOSFÉRICA 1.- La temperatura en el interior de la Tierra 2.- Teoría de la Tectónica de Placas 2.1. Introducción 2.2. El movimiento de las placas tectónicas a) Límites divergentes b) Límites convergentes Convergencia continental-oceánica Convergencia oceánica-oceánica Convergencia continental-continental c) Límites transformantes 2.3. Actividad en el interior de las placas 2.4. El motor de las placas litosféricas 2.5. El ciclo de Wilson 2.6. Distribución de volcanes y terremotos 2.7. Isostasia EJERCICIOS ANEXO I.- Bases de la teoría de la tectónica de placas 1

2 Los procesos geológicos internos son aquellos que tienen su origen en el calor interno de la Tierra y son los responsables de fenómenos tan importantes como los volcanes, los terremotos, la deriva continental, la formación y la destrucción del fondo marino, la formación de las montañas, los pliegues y las fallas, etc. 1.- LA TEMPERATURA EN EL INTERIOR DE LA TIERRA Se ha observado que conforme se penetra en el interior del planeta, la temperatura va aumentando. A este aumento se le denomina gradiente geotérmico. Su valor medio es de 3º C cada 100 m hasta una profundidad de 200 Km. después el incremento es pequeño. Se ha calculado que la temperatura en el centro de la Tierra es de unos 6.000º C El calor interno se debe principalmente a dos factores: La desintegración de elementos radiactivos en el interior del planeta, principalmente en las capas graníticas de la corteza continental. El calor primordial producido durante el período de formación de la Tierra por los choques de planetesimales y meteoritos. La cantidad de calor emitido desde el interior de la Tierra, denominado flujo térmico, no es uniforme en toda la superficie siendo más elevado en las dorsales oceánicas y en las zonas de mayor actividad geológica (volcanes y terremotos), mientras que es menor en las zonas más estables del planeta. El calor interno de la Tierra se propaga hacia el exterior mediante tres mecanismos: Radiación. Mecanismo de transmisión de la energía sin soporte físico, en forma de ondas caloríficas. Conducción térmica. Proceso por el cual se transmite energía térmica directamente entre dos cuerpos en contacto, pasando calor del cuerpo más caliente al más frío (en sentido ascendente, en el caso del interior de la Tierra). Convección. Un fluido cuando se calienta tiende a moverse en corrientes circulares llamadas corrientes de convección, debido a las diferencias de temperatura y de densidad en las distintas zonas del mismo. 2

3 Las investigaciones recientes apuntan a que existen corrientes de convección en el manto que podrían ser la causa principal del movimiento de las placas litosféricas. 2.- TEORIA DE LA TECTONICA DE PLACAS INTRODUCCIÓN La teoría de la tectónica de placas se puede resumir en las siguientes ideas básicas: 1. La litosfera no es una capa de una sola pieza, sino un conjunto de fragmentos rígidos en movimiento denominados placas litosféricas. Existen siete grandes placas litosféricas: Euroasiática, Africana, Indoaustraliana, Pacífica, Norteamericana, Suramericana y Antártica. Entre ellas se sitúan una docena de placas de menor tamaño (Nazca, Caribe, Cocos, Arábiga y Filipina, etc) 2. Las placas litosféricas se desplazan sobre la astenosfera a una velocidad que oscila entre 1 y 18 cm. /año. La causa de estos movimientos se atribuye a las corrientes de convección del manto, debidos a su vez al calor interno de la Tierra. 3. Los límites o bordes de las placas litosféricas pueden ser de tres tipos: Límites divergentes o constructivos en los que las placas se separan, corresponden a las dorsales oceánicas y en ellos se genera nueva litosfera oceánica. 3

4 Límites convergentes o destructivos en los que las placas se acercan, corresponden a las zonas de subducción y en ellos se destruye litosfera. Límites transformantes o pasivos en los que una placa se desplaza lateralmente con respecto a otra, corresponden a las fallas transformantes y en ellos no se crea ni se destruye litosfera. 4. La litosfera oceánica se renueva continuamente, mientras que la litosfera continental tiene un carácter más permanente. La formación de nueva litosfera en las dorsales y su destrucción en las zonas de subducción explica que la antigüedad de los fondos oceánicos sea siempre inferior a 200 millones de años, mientras que en los continentes se han encontrado rocas de hasta millones de años. 5. La teoría de la tectónica de placas explica de una manera global fenómenos tan diversos como son la formación de montañas (orogenia), la deriva continental, la expansión del fondo marino, los volcanes, los terremotos, las fosas marinas, y la formación de pliegues y fallas EL MOVIMIENTO DE LAS PLACAS TECTÓNICAS Las placas tectónicas pueden moverse unas con respecto a otras acercándose, alejándose o deslizándose lateralmente. Dependiendo del tipo de movimiento se puede considerar que los límites o bodes de las placas pueden ser de tres tipos diferentes: A. Límites divergentes o constructivos B. Límites convergentes o destructivos C. Límites transformantes o pasivos. A) LÍMITES DIVERGENTES O BORDES CONSTRUCTIVOS En los límites de las placas que se separan se forma una enorme grieta que recibe el nombre de rift, cuya anchura oscila entre 25 y 50 Km. En estas zonas, el magma de la astenosfera asciende y al salir al exterior se enfría y se acumula a los lados del rift formando las cordilleras submarinas o dorsales oceánicas. Los materiales de la astenosfera que salen a través del rift se incorporan al fondo oceánico haciendo que este se expanda, de manera que las dorsales son los lugares en que se genera nueva litosfera oceánica a partir de materiales procedentes del manto. Las diferentes dorsales se pueden considerar como partes de una dorsal única que recorre el océano Atlántico de norte a sur, donde se bifurca hacia el océano Índico y hacia el océano Pacífico superando en conjunto los Km. de longitud, con una altura media de metros. En algunos puntos las dorsales alcanzan una altura superior al nivel del mar, constituyendo islas volcánicas, como es el caso de Islandia y las Azores en la dorsal atlántica. 4

5 Periódicamente, la dorsal se encuentra interrumpida por fracturas transversales: son las fallas transformantes La causa de estas fracturas parece ser la distinta velocidad de desplazamiento de los diferentes sectores de las placas. Los bordes divergentes no se producen únicamente en los fondos oceánicos, sino que pueden formarse en el interior de los continentes. Un ejemplo de bordes divergentes en formación en el interior de un continente lo encontramos en el extremo oriental de África, donde se aprecia con claridad una zona de distensión que ha provocado la formación de grandes lagos (Tanganika) y volcanes (Kilimanjaro). Esta zona forma un amplio valle de unos Km. de longitud y hasta 60 Km. de anchura que recibe el nombre de Rift Valley Africano y se considera prolongación del que hace unos 10 millones de años determinó la apertura del mar Rojo, separando la península arábiga del continente africano. Con el paso del tiempo el Rift Valley Africano seguirá ensanchándose, hasta formar un océano con una dorsal en su centro y el continente africano quedará dividido en dos continentes. 5

6 B) LÍMITES CONVERGENTES O BORDES DESTRUCTIVOS Son límites entre dos placas que se aproximan. En ellos se lleva a cabo la subducción de la litosfera. Se denomina subducción al proceso por el que una placa litosférica se introduce debajo de otra de menor densidad. Como consecuencia de la subducción se destruye litosfera oceánica, y se hace a un ritmo tal que equilibra, a escala planetaria, la cantidad de litosfera generada en las dorsales. Las zonas de subducción presentan gran actividad sísmica (debido a las tensiones que se generan por el choque de las placas) y volcánica (debido a la formación de magma al calentarse los materiales de la placa que subduce) Según la naturaleza continental u oceánica de las placas implicadas se diferencian tres casos de convergencia: continental-oceánica, oceánicaoceánica y continental-continental. Convergencia continental-oceánica La placa oceánica es más densa y se hunde bajo la continental, proceso que recibe el nombre de subducción, produciéndose una pérdida de suelo oceánico y la formación de una fosa oceánica. Por otra parte, la presión que ejerce la placa oceánica sobre la continental provoca la formación de plegamientos en el borde del continente que dan lugar a cordilleras pericontinentales, paralelas a la costa. El hundimiento de la placa oceánica provoca la formación de magma hidratado, el cual asciende y hace que se produzca una intensa actividad volcánica en la cordillera. Un ejemplo de cordillera pericontinental es la cordillera de los Andes, que se formó en el límite entre la placa pacífica de Nazca con la placa sudamericana. 6

7 El fenómeno de subducción se produce a favor de un plano, el plano de Benioff, de inclinación variable, donde se localizan los hipocentros de los seismos y las cámaras magmáticas de los volcanes asociados a este fenómeno. Por tanto, mientras más lejos de la zona de subducción se encuentre el epicentro de un terremoto, más profundo se encontrará el foco sísmico o hipocentro. Convergencia oceánica-oceánica La placa de mayor densidad se hunde bajo la otra (subduce), dando lugar a una fosa oceánica. El descenso de materiales procedentes del fondo del mar aporta agua al magma, por lo que se forman bolsas de magma hidratado. El magma hidratado asciende y provoca erupciones volcánicas que originan arcos de islas volcánicas. Estos arcos insulares están bordeados de profundas fosas, formadas como consecuencia de la subducción, y en ellos son frecuentes los fenómenos sísmicos con focos en el plano de Benioff como en el caso anterior Un ejemplo de arco insular asociado a este tipo de subducción se encuentra en el Pacífico, las islas del Japón se originaron en el límite entre la placa pacífica y la litosfera oceánica de la placa eurasiática. Otros ejemplos son las islas Marianas y las Aleutianas en el extremo de Alaska. Convergencia continental-continental Si la placa que subduce tiene un tramo oceánico y otro continental tras él, una vez que se ha introducido toda su litosfera oceánica el mar que había entre ellos desaparece y se produce el encuentro de las masas continentales. Puesto que las cortezas continentales tienen una densidad similar, cesa la subducción. La presión entre las dos placas continentales produce pliegues en la zona de colisión, que dan lugar a cordilleras intracontinentales. El choque de dos placas continentales con la formación de una cordillera recibe el nombre de obducción. Éste es el caso del Himalaya, que se originó en el límite entre la placa indoaustraliana y la placa eurasiática. Otros ejemplos de cadenas montañosas formadas de esta manera son los Pirineos y los Alpes. 7

8 C) LÍMITES TRANSFORMANTES O BORDES PASIVOS Además de dorsales y zonas de subducción, las placas litosféricas pueden tener un tercer tipo de margen en el que se produce un desplazamiento lateral de una placa con respecto a otra. En estos límites de placa no se crea ni se destruye litosfera, por lo que también se denominan bordes conservativos. La tensión entre las placas y el continuo roce hacen que en estas zonas se produzcan grandes fallas: son las fallas transformantes, como es el caso de la falla de San Andrés (California) en el límite entre la placa norteamericana y la región norte de la placa pacífica. Las fallas transformantes se caracterizan por una actividad sísmica de gran intensidad, debida a la gran cantidad de energía que libera el rozamiento entre las dos placas implicadas ACTIVIDAD EN EL INTERIOR DE LAS PLACAS Además de los procesos geológicos que se producen en los límites de las placas, también existen manifestaciones de la dinámica interna que se dan en el interior de las placas litosféricas. Estos procesos geológicos se producen en los llamados puntos calientes y en las fracturas intraplaca. Los geólogos creen que un punto caliente tiene su origen en una anomalía térmica en el límite núcleo-manto, que produce el ascenso de una pluma térmica de materiales muy calientes, sólidos pero muy plásticos, a través del manto y hacia la litosfera. Cuando este chorro de material ascendente alcanza la litosfera se funde y provoca la fusión de las rocas de la región, 8

9 formando magmas. Si las rocas fundidas atraviesan la litosfera oceánica aparecen islas volcánicas. Debido a que el punto caliente está fijo y sobre él se mueve la placa litosférica, el resultado es la formación de un archipiélago lineal. Las islas más antiguas, que ya están lejos del punto caliente, no tienen volcanes activos. Por el contrario, las más jóvenes, más próximas al punto caliente presentan un vulcanismo activo. Un ejemplo de este tipo de archipiélagos son las islas Hawai. Por otra parte, en el interior de las placas litosféricas pueden aparecen fracturas a través de las cuales puede salir material magmático y dar lugar a fenómenos volcánicos. Éste es el caso de las islas Canarias y de las islas de Cabo Verde, que se han formado a partir de grietas en el interior de la parte oceánica de la placa africana EL MOTOR DE LAS PLACAS LITOSFÉRICAS. Actualmente, el movimiento de las placas litosféricas se explica por las corrientes de convección del manto y el tirón de las zonas de subducción. Las ramas ascendentes de las corrientes de convección se deben al ascenso de penachos térmicos (material caliente y fundido) desde la base del manto. Estos penachos térmicos suben hasta la litosfera dando lugar a las dorsales. Las ramas descendentes coinciden con las zonas de subducción, cerrando de esta manera las corrientes cíclicas. En cuanto al tirón de las zonas de subducción, los estudios más recientes apuntan a que una vez iniciada la subducción en las fosas oceánicas, el peso de la placa que se está hundiendo arrastraría tras de sí al resto de la misma. 9

10 2.5. EL CICLO DE WILSON La fragmentación y el reagrupamiento de los continentes (Pangea) a lo largo del tiempo serían las fases principales de un ciclo, conocido como ciclo de Wilson, que, según algunas hipótesis, se repetiría cada 400 o 500 millones de años y habría tenido lugar varias veces a lo largo de la historia de Tierra. El último de estos ciclos comenzó hace 250 millones de años, cuando los continentes actuales estaban unidos formando un supercontinente, la Pangea. Para comprender la fragmentación de la Pangea hay que tener en cuenta que la litosfera continental es más gruesa que la oceánica y no dispone de zonas, como las dorsales, a través de las cuales evacuar el calor del interior terrestre. Un supercontinente funciona como una enorme manta que dificulta la salida del calor interno de la Tierra. La acumulación de calor bajo el supercontinente hace que se eleven determinados lugares y se produzca un abultamiento que recibe el nombre de domo térmico. En esta zona se producen tensiones debido al estiramiento de la corteza, de tal manera que se forman fallas normales que delimitan una zona deprimida denominada fosa tectónica o rift continental, como es el caso del Rift Valley Africano, donde se encuentran los grandes lagos y los volcanes situados alrededor de ellos. Con el tiempo, el rift sigue ensanchándose se originará un mar estrecho y el continente quedará fragmentado. La siguiente etapa será la formación de un océano con una dorsal en su centro y los continentes seguirán separándose. Dado que los continentes se mueven sobre una superficie esférica, se hace inevitable que los continentes a la deriva choquen entre sí y formen una nueva Pangea, con lo que se completaría el ciclo. Si bien existe un acuerdo mayoritario acerca de que a lo largo de la historia de la Tierra se han producido numerosas uniones y divisiones continentales, no todos los científicos admiten que este proceso haya ocurrido siguiendo ciclos regulares, ni que los supercontinentes hayan sido en todos los casos Pangeas que integrasen todos los continentes 10

11 Resumen de las etapas del ciclo de Wilson partiendo de la Pangea. 1. Formación de un domo térmico. El calor acumulado debajo del continente provoca una dilatación de los materiales y un abombamiento 2. Aparece una fosa tectónica con un surco central o rift continental (Ejemplo, Rift Africano) 3. Etapa de mar estrecho. El continente se fragmenta y se forma un mar entre ellos con una pequeña dorsal (Ejemplo, Mar Rojo) 4. Etapa de océano. La separación prosigue y la extensión del nuevo océano, con una dorsal en su centro, aumenta considerablemente (Ejemplo, océano Atlántico). 5. El movimiento de los continentes terminará uniéndolos en una nueva Pangea 2.6. DISTRIBUCIÓN DE VOLCANES Y TERREMOTOS En líneas generales, las áreas de mayor actividad volcánica y sísmica coinciden con el límite de las placas litosféricas. Se pueden distinguir tres grandes zonas activas: a. Círculo cincumpacífico, llamado también "el cinturón de fuego del Pacífico", que se extiende alrededor de este océano, afectando a las costas de Asia, Oceanía y América. En esta área se concentran las principales zonas de subducción del globo. 11

12 b. La franja Azores-Himalaya, zona que va desde las islas Azores, pasando por el Mediterráneo y Oriente próximo hasta el norte de la India. c. Las dorsales mesoceánicas, sistema que recorre el globo y que constituyen los bordes de las placas divergentes. También podemos encontrar fenómenos volcánicos asociados a puntos calientes y fracturas intraplaca, como el caso de las islas Hawai y las islas Canarias respectivamente ISOSTASIA Entre las masas continentales y el manto se establece un equilibrio de flotación que recibe el nombre de isostasia. El fenómeno es semejante al de una serie de bloques de madera de distinto grosor sobre el agua: los bloques más gruesos sobresalen más por encima de la superficie y tienen porciones más grandes bajo el agua que los bloques más delgados. El fenómeno de la isostasia explica los movimientos verticales de los continentes a lo largo del tiempo. De esta manera se puede explicar que durante las glaciaciones, como las del cuaternario, las grandes masas de hielo acumuladas sobre el norte de Europa y América produjeran un proceso de hundimiento, mientras que en los periodos de deshielo estas mismas 12

13 masas continentales se eleven, como ocurre en la actualidad en la península escandinava, que se eleva varios milímetros cada año. El fenómeno de la isostasia también explica por qué las cordilleras más elevadas presentan raíces más profundas que las de menor altura. Cuando las montañas son jóvenes, la corteza continental es más gruesa, y a medida que la erosión reduce la altura de las montañas, se produce un ajuste isostático y la corteza se adelgaza y se eleva en respuesta a la reducción de la carga. 13

14 EJERCICIOS 1.- Que entiendes por placa litosférica? 2.- Donde se crea corteza oceánica? Donde se destruye? 3.- Que fenómeno es responsable del movimiento de las placas? Represéntalo en un esquema. 4.- Como se puede explicar la actividad volcánica de Islandia? 5.- Indica el movimiento relativo de las siguientes placas y el nombre de la dorsal o fosa que forman en su desplazamiento. a) Placa Sudamericana y Placa de Nazca b) Placa Africana y Placa Sudamericana c) Placa Pacífica y Placa de Nazca d) Placa de Filipinas y Placa Pacífica 6.- Por qué la zona de los Andes es inestable desde el punto de vista geológico? 7.- Como se formó el Himalaya? 8.- Como es el movimiento de las Placas Norteamericana y Pacífica en la zona de California? Cual es la consecuencia de este movimiento? 9.- De las rocas que forman el fondo del Océano Atlántico Cuáles crees que son más antiguas, las que están más cerca de la Dorsal o las que están más alejadas de ella? Por qué? 10.- Observa el mapa de las placas tectónicas y señala lugares de la litosfera terrestre en donde: a. Dos placas mixtas se alejen b. Dos placas colisionen c. Dos placas oceánicas se alejen d. Una placa oceánica se hunda bajo una placa mixta 11.- Durante la última glaciación la península escandinava soportó el peso de una gruesa capa de hielo de varios kilómetros de espesor. Esta península, que se eleva a razón de varios milímetros cada año, se encuentra varios metros por debajo de su nivel teórico de equilibrio isostático. a) Por qué la península escandinava está hundida? b) A qué se debe su continua elevación? 12.- Dibuja un esquema de la propagación de las ondas P y S en el interior de la tierra. Razona la respuesta Explica cómo se movería una silla bajo la acción de las ondas L y R. 14. Teniendo en cuenta el fenómeno de la isostasia, explica que ocurrirá (ascenso o descenso) en los siguientes casos, si en una parte de un continente: 14

15 Se acumula gran cantidad de sedimentos Surge un volcán que crece miles de metros Se forma un espeso casquete de hielo Se erosiona un espeso grosor de rocas 15. Explica la diferencia que existe entre la litosfera y la corteza terrestre. 16. Busca en un mapa tres arcos de islas volcánicas con sus fosas adyacentes. 17. Por qué aumenta el espesor de los sedimentos conforme nos alejamos de la dorsal? 18. Explica cómo se formó el océano Atlántico. El océano Atlántico cada vez es más extenso, al contrario de lo que sucede con el Pacífico. Sabrías explicar por qué? 19. Indica si son continentales, oceánicas o mixtas cada una de las siete grandes placas litosféricas. 30. Qué consecuencias tiene la subducción bajo la litosfera oceánica y bajo la litosfera continental? 31. ANEXO I.- BASES DE LA TEORÍA DE LA TECTÓNICA DE PLACAS. La teoría de la tectónica de placas se basa en los siguientes estudios y observaciones: Correspondencia de los bordes continentales. Hay una gran semejanza entre las costas de continentes separados por un océano, como África y América del Sur. La correspondencia es aún mayor si se consideran las plataformas continentales (zonas continentales cubiertas por el mar) que son los límites reales de los continentes. 15

16 Distribución de fósiles. La distribución de fósiles de plantas y animales idénticos en continentes hoy separados es otra prueba de la deriva de los continentes. Por ejemplo, los restos fósiles del reptil Mesosaurus se encuentran en África del Sur y América del Sur, siendo muy improbable que hubiesen evolucionado separadamente y al mismo tiempo en los dos continentes. La edad del suelo oceánico. El análisis de muestras de rocas del suelo oceánico revela que la corteza oceánica es relativamente joven comparada con la de los continentes. Las rocas oceánicas más viejas tienen menos de 200 millones de años. Por el contrario, la edad de la corteza continental se ha establecido en millones de años. El suelo de los océanos es muy joven en la zona de las dorsales, y viejo junto a los continentes. La edad de la corteza oceánica aumenta a medida que nos alejamos de la dorsal. La ausencia de rocas con edades superiores a los 200 millones de años sugiere que toda la corteza oceánica es sistemáticamente destruida. Esto significa que la Tierra tiene una corteza oceánica que se renueva constantemente, creándose en las dorsales y destruyéndose en las fosas oceánicas. Paleomagnetismo del suelo oceánico. El componente básico de la corteza oceánica es basalto. El basalto es una roca volcánica que contiene pequeños cristales de magnetita. Cuando esta roca comienza a solidificarse, dichos cristales, funcionando como pequeñas brújulas, se orientan en la misma dirección y sentido del campo magnético terrestre. Al completarse la solidificación el campo magnético queda grabado en la roca. El estudio del fondo oceánico revela que existen a ambos lados de las dorsales bandas simétricas de basalto con cristales de magnetita que presentan la misma orientación, lo cual indica que se formaron al mismo tiempo. (La posición de los polos magnéticos terrestres cambia a intervalos irregulares que van de a millones de años) 16