LA PARADOJA DE LA LITOSFERA OCEÁNICA De una idea de Thomas Juster Department of Geology, University of South Florida. Modificado por el Dr. Barbieri Rubén Cátedra: Matemática I, UNRN. CONTENIDO: Proporciones; Porcentajes; Media ponderada; Tectónica de placas; Litósfera; Metamorfismo. El comportamiento de las placas oceánicas depende de su densidad. Cómo es que puede variar? La litósfera oceánica juega dos roles muy destacados en el modelo de la tectónica de placas. Por un lado refiere a su composición y al hecho de que subyace al 70% de la superficie terrestre. Por otra parte se considera que es la responsable de proporcionar el movimiento de las placas cuando se hunde en la Astenósfera en las zonas de subducción arrastrando consigo el resto de la placa. Flota Flota Se hunde La figura muestra que en proximidad de la dorsal oceánica, la litósfera oceánica es menos densa que la Astenósfera y por lo tanto flota. Si se hundiera, se destruiría el océano y la vida sobre el Planeta desaparecería! En cambio en la zona de subducción, la litósfera oceánica es más densa que la Astenósfera y por lo tanto se hunde. Este proceso arrastra la placa entera causando su deslizamiento superficial. Cómo es que la litósfera posee densidades mayores y menores que la astenósfera? Es la paradoja de la litósfera oceánica que durante esta actividad se tratará de esclarecer. 61
Conocimientos geológicos previos: Litósfera Rocas rígidas 100-250 km - 1300 C Corteza: rocas intermedias y máficas cubiertas por rocas sedimentarias. De 7-30 km de espesor. Manto Rocas ultramáficas Núcleo Hierro metálico Astenósfera Roca sólida que puede fluir Metal líquido La litosfera es la capa externa de la Tierra. Es rígida y relativamente fría. Por debajo de ella se encuentra la astenósfera, roca sólida lo suficientemente caliente como para fluir. La litosfera no es lo mismo que la corteza, la porción más externa de la Tierra así definida en base a su composición química. La litosfera está compuesta por dos capas. La corteza y la parte externa del manto. La transición entre litósfera y astenósfera se produce cuando la temperatura alcanza 1,300 C, temperatura a la cual el manto comienza a fluir. La corteza oceánica se forma en las dorsales oceánicas y consiste principalmente de rocas volcánicas máficas (basaltos). Debajo de la corteza se encuentra una delgada porción de rocas del manto, suficientemente frías como para ser rígidas. Ambas capas constituyen la litosfera oceánica. Antes de que la placa se aleje de la fuente de calor y del magma, en las dorsales se acumulan espesores de unos 7 km de rocas volcánicas que forman la corteza oceánica. Nota que, a medida que se aleja de la dorsal la placa se torna cada vez más antigua. 1300 A medida que la litósfera se aleja de la dorsal se enfría y envejece cada vez más. Paralelamente las rocas del manto se tornan más rígidas y los componentes del manto de la litósfera oceánica se hacen más espesos. Observa que a medida que la corteza se va espesando, cada vez es menor su proporción en relación al espesor de la litósfera. Resolviendo la paradoja: La densidad promedio de las rocas máficas de la corteza de la litósfera oceánica es de 2.650 kg/m 3. La densidad promedio de las rocas ultramáficas del manto de la litósfera oceánica es de 3.400 kg/m 3. Como la litósfera está compuesta por corteza y manto su densidad promedio será la media ponderada de las densidades de la corteza y del manto respectivamente. Cuando la litósfera oceánica alcanza aprox. unos 8 m.a. tiene unos 7 km de corteza y por debajo, unos 13 km de manto. Por otra parte la densidad de la astenósfera por debajo de la litósfera es de aprox. 3,350 kg/m 3. 62
Completa la Tabla 1 calculando el peso o factor de ponderación (W) y la media ponderada (W.ρ) de cada capa. Tabla 1 Densidad promedio de la litósfera oceánica con 8 m.a. de edad Rocas Corteza Manto TOTAL Espesor (km) ρ(kg/m 3 ) W W.ρ Astenósfera 3.350 (kg/m 3 ) Compara el resultado obtenido con la densidad de la astenósfera y decide si la litósfera oceánica flota o se hunde. Como ya se anticipó, la litósfera oceánica se hace más espesa a medida que se aleja de la dorsal y con la edad de la misma debido al incremento del espesor del manto. Con el siguiente paso se investigará como la densidad varía en función del tiempo. En la Tabla 2 se han reportado los espesores de la corteza y del manto medidos para la litósfera oceánica de acuerdo a las edades que figuran: Tabla 2 Edad (m.a.) Corteza Manto Total W c W m W c.ρ c W m ρ m ρ prom ρ Ast. ρ (kg/m 3 ) 8 7 13 3350 12 7 23 3350 17 7 33 3350 Se hunde/flota? 25 7 43 3295 3350-55 flota 35 7 53 3350 50 7 63 3350 70 7 73 3350 100 7 83 3350 140 7 93 3350 63
Completa la tabla 2 calculando la diferencia de densidades entre la litósfera y la astenósfera. Define si la litósfera flota o se hunde. Ahora bien, los geólogos piensan que el movimiento de las placas es debido al hundimiento de la litósfera oceánica en las zonas de subducción debido al aumento progresivo de su densidad con respecto a la astenósfera. La razón del incremento de densidad estaría en la composición mineralógica de la placa que varía a medida que se aleja de la dorsal oceánica. Basalto Eclogita La composición de la litósfera oceánica es principalmente basáltica. El basalto es una roca ígnea volcánica de color oscuro, de composición máfica, rica en silicatos de magnesio y hierro y bajo contenido en sílice, que constituye una de las rocas más abundantes en la corteza terrestre. Es el material incandescente proveniente del interior de la Tierra que viene expulsado en la dorsal. Esta roca a medida que se va hundiendo va experimentando un progresivo fenómeno de metamorfismo que termina convirtiéndola en otra roca más densa denominada eclogita. La eclogita es una roca metamórfica de alta presión sobre rocas ígneas como basaltos o gabros que se genera en zonas de subducción. Como mencionado antes, la diferencia entre basalto y eclogita radica en su composición mineral. El primero está formado de 3 minerales principales: olivino, plagioclasa y piroxeno. Durante el metamorfismo dinámico el olivino y la plagioclasa se transforman en el granate de la eclogita. La tabla 3 muestra las densidades de los minerales en cuestión: Tabla 3 Mineral Densidad(kg/m 3 ) Olivino 3.300 Plagioclasa 2.700 Piroxeno 3.400 Granate 3.500 Observa que una roca formada por piroxeno y granate (eclogita) será más densa que una roca formada por olivino, plagioclasa y piroxeno (basalto). 64
Con la información adquirida hasta aquí es posible calcular ahora la densidad de la litósfera oceánica directamente en zona de subducción a unos 150 km de profundidad y comprobar si efectivamente se hunde o flota. La tabla 4 ilustra espesores y densidades típicas de una zona de subducción: Tabla 4 Densidad promedio de la litosfera oceánica subducida a 150 km de profundidad Roca Espesor (km) ρ (kg/m 3 ) W W. ρ Corteza 7 3450 Manto 93 3500 TOTAL Astenósfera 3400 Observa como todas las densidades aumentan a causa de la gran presión existente a 150 km de profundidad. La presión comprime a los minerales que de esta forma ocupan volúmenes menores. Completa la Tabla 4 y comprueba que la litósfera oceánica se hunde en la astenósfera. 65