Tectónica de Placas

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Placas Tectónicas I

La Evidencia de la Revolución Geológica
Por: Anne E. Egger, M.A./M.S.

Fuente:http://www.visionlearning.com/

Los Himalayas son generalmente conocidos como el 'techo del mudo' porque presentan los picos más altos de la Tierra. El más famoso es el Monte Everest a 8,848 metros sobre el nivel del mar. La roca que lo cubre es piedra caliza, que se forma en el fondo de los mares cálidos y poco profundos y que se compone totalmente de fósiles marinos, desde plancton hasta almejas y peces. Durante años, los geólogos no lograban explicar cómo los residuos endurecidos de pequeños organismos marinos podían existir en la cumbre de una montaña.

En los años 1900s, muchos científicos pensaban que mientras la tierra se enfriaba después del Big Bang, la superficie del planeta se contraía y se arrugaba como la piel de una uva pasa. La teoría de la 'uva pasa' implicaba que las cumbres montañosas como los Himalayas surgieron a través del proceso de arrugamiento. Esta teoría asumía que todas las características de la tierra se habían formado durante un enfriamiento y que el planeta estaba relativamente estático, cambiando muy poco mientras el enfriamiento (y el arrugamiento) se detenian durante billones de años.

Alfred Wegener, un geofísico y meteorológo alemán, no estaba de acuerdo con esta explicación. Tomó sus ideas del conocido hecho que África y Sud América parecían unirse como unas piezas de un rompecabezas. Recolectó datos de ambos continentes, y encontró que tipos de fósiles y de rocas en la costa Este de Sur América correspondían a los encontrados en la costa Occidental de África. Cuando añadió los continentes del Norte al rompecabezas, Wegener se dio cuenta que la cadena de las Montañas Apalaches en Norte América continuaban como las Montañas Caledonias en el Norte de Europa.

Para explicar estos datos, Wegener propuso la teoría del movimiento continental, en su libro "Los Orígenes de los Continentes y los Océanos", publicado en Alemán en 1915. Su teoría enunciaba que todos los continentes estaban originalmente unidos en un supercontinente llamado Pangaea. También decia que hace aproximadamente 200 millones de años, Pangea se separó y los continentes se movieron lentamente a sus posiciones actuales.

El orígen del movimientoCuando el libro de Wegener fue traducido al Inglés, Francés, Español, y Ruso en 1924, este fue ridiculizado por su sugerencia que los continentes se habían movido. Uno de los principales problemas de su teoría era que no proponía un mecanismo que hubiese provocado el movimiento de los continentes. ¿Cúal era la fuerza que movía los continentes? ¿De dónde venía? ¿Cuánta fuerza se necesitaba para mover un continente?

El mecanismo que provocó el movimiento, un importante dato en esta teoría, no se supo hasta los años 1960. Wegener desarrolló su teoría sobre la base de datos de los continentes, pero los océanos cubren el 70% de la superficie de la tierra, una amplia área escondida bajo kilómetros de agua. Después que Wegener publicó su teoría, grandes desarrollos técnicos y cietíficos permitieron a científicos mapear el suelo oceánico y detectar inversiones paleomagnéticas en las rocas en el suelo oceánico. Estos dos datos proporcionaron evidencia adicional a los geólogos para explicar el proceso del movimiento continental.

Antes que barcos equipados con sonar empezaran a mapear el suelo oceánico en los años 1920, se creía que la costra debajo de los mares era plana y sin características. Los mapas sonares, sin embargo, mostraron que los suelos marinos eran diferentes, que tenían tremendos valles profundos, cadenas montañosas como las Montañas Rocosas de Norte América, y vastos planos. Más notable, se encontró una larga cordillera que atravesaba la mitad del Océano Atlántico, levantándose 1-2 kilómetros sobre los alrededores de los suelos oceánicos y corriendo paralelamente a las costas continentales de ambos lados. Cordilleras oceánicas similares fueron mapeadas en los Océanos Pacífico Oriental e Índico Occidental. En estas cordilleras ocurrió alguna actividad volcánica. Claramente, las cordilleras tuvieron algo que ver con el movimiento continental, pero ¿qué?

En 1962 un trabajo titulado 'Historia de las Cuencas Oceánicas', de Harry Hess, un geólogo de la Universidad de Princeton, propuso que las cordilleras oceánicas centrales marcaban regiones donde un magma cálido se elevó hasta cerca de la superficie. Además, sugirió que la expulsión de magma en las cordilleras separó el suelo oceánico de las cordilleras como una banda deslizante. En profundas zanjas como esas que se encuentran en la costa de Sud América y Japón, el extenso suelo oceánico se hundió debajo de los gruesos continentes en zonas de sumersión. La teoría de Hess, 'la extensión de suelo oceánico' ofrecía una explicación convincente sobre el mecanismo del orígen del movimiento de Wegener, pero necesitaba una prueba más.

El mismo año que Hess propuso su teoría, la Marina de Estados Unidos, publicó un trabajo que resumía los resultados sobre el magnetismo de los suelos oceánicos. Durante la Segunda Guerra Mundial, barcos que llevaban aparatos para medir el magnetismo, encontraron bandas alternantes de magnetismo débil y fuerte en las rocas del suelo marítimo (originalmente estos magnetómetros fueron diseñados para localizar submarinos). Estas bandas, irregulares en anchura, no solamente corrían paralelas a las cordilleras oceánicas, sino que estaba modeladas simétricamente alrededor de las cumbres de estas cordilleras.

El magnetismo fue provocado por la presencia de minerales magnéticos en las rocas. Los científicos no se sorprendieron al conocer que las rocas del suelo marítimo conteníaan el mineral magnético magnetita. Cuando el magma de las cordilleras sube y se enfría, se cristaliza, encerrando los cristales de magnetita y alineandolos con el campo magnético de la tierra como la aguja de un compás (ver la Lección sobre la Estructura de la Tierra). El campo magnético de la tierra era conocido desde la antigüedad, pero más tarde los científicos se dieron cuenta que el campo magnético no es constante, fluctúa en intensidad y ocasionalmente invierte la dirección (llamado polaridad). Hoy consideramos que el campo tiene una polaridad 'normal', el norte es norte. Sin embargo, varias veces en el pasado, la polaridad se ha invertido, las agujas de nuestros compases se cambiaban de dirección y apuntaban al Polo Sur. Este fenómeno de inversión magnética había sido previamente observado en rocas continentales, y ahora parecía también ser el caso para las rocas oceánicas.

En 1963, Fred Vine y Drummond Matthews, dos geólogos británicos, unieron el mapa de la cordillera central Atlántica con las bandas magnéticas simétricas en suelo marítimo. Cuando los barcos navales trazaron el plano del magnetismo fuerte, las rocas mostraron la polaridad invertida. Estos paleomagnéticos invertidos claramente modelados en el suelo marítimo ofrecieron la prueba necesaria de la extensión en el suelo marítimo de Hess. Especificamente, probaron que una costra nueva estaba siendo continuamente generada en la cordillera central oceánica, donde el magma se enfriaba y los cristales de magnetita 'se encerraban' de acuerdo con la orientación del campo magnético de la tierra en ese momento. Los continentes no tenían que 'moverse' al lugar donde están hoy en día, pero eran movidos por las lentas y continuas magmas de las bandas deslizantes en las cordilleras oceánicas centrales.

El trabajo de Hess, Vine, y Matthews resultó en un nuevo mapa de la tierra, que incluía placas en los bordes además de las costas. Los bordes fueron dibujados en las cordilleras oceánicas y en las zonas sumergidas.

Más evidencia para las placas tectónicas: Hoy, gran parte de la evidencia sobre las placas tectónicas se adquiere con la tecnología de satelite. Con técnicas como el Sistema Global de Posicionamiento y otras técnicas de recolección de datos con satélite, los científicos pueden medir directamente el movimiento y la velocidad de las placas en la superficie de la tierra. Las velocidades van de 10 - 100 mm al año, confirmando la antigua creencia que las placas se mueven a una velocidad lenta pero constante.

Los Himalayas, empezaron a formarse hace unos 40 millones de años cuando la placa India chocó con la placa Euroasiática, empujando y doblando rocas que se habían formado debajo del nivel del mar en altos picos. Ya que la placa India sigue moviéndose hacia el norte, los Himalayas siguen alzándose a una velocidad de 1 cm por año. Ya no tenemos que evocar una tierra arrugada que se encoge para explicar el origen de los fósiles marinos en la cumbre del mundo.

La tierra es increiblemente dinámica, cadenas de montañas se hacen y se erosionan, volcanes hacen erupción y se extinguen, mares avanzan y retroceden, y esos cambios son el resultado de un proceso de placas tectónicas. Antes que Wegener desarrose su teoría, pocos habían concebido este mundo. Su teoría del movimiento continental fué el primer paso en el desarrollo de la teoría tectónica, y la fundación sobre la que la geología moderna fue construida.

Mapa que muestra la distribución de fósiles en los continentes del Sur. Esta distribución hizo que Wegener una los continentes, tal como demuestra el mapa. Imagen de USGS publication This Dynamic Earth

Placas Tectónicas II

Placas, placas límites, y el origen de los movimientos

Por: Anne E. Egger, M.A./M.S.

En 1962, la idea que las piezas de la superficie de la tierra se movían no era considerada radical. Como vimos en la lección Placas Tectónicas I, el concepto del movimiento continental y de la extensión del suelo marítimo había revolucionado la geología, y los investigadores empezaron a revisar sus interpretaciones de los datos existentes. Por ejemplo, los geólogos sabían que los terromotos no estaban distribuidos al azar en la tierra.

Los terremotos están en rojo. Esta imágen fue generada usando QUEST, un instrumento interactivo para diseñar en línea a través de Discover Our Earth en Cornell University.


En realidad, los terremotos, se concentran en las placas límites dibujadas por Harry Hess. Sin embargo, no todos los terremotos ocurren a la misma profundidad. Donde Hess había postulado que las rocas del suelo oceánico estaban hundiéndose en las zonas de subducción o sumersión, ocurren los terremotos a una baja profundidad de 0-33 km debajo de la superficie cerca de las zanjas, y a una profundidad de casi 700 km debajo de la superficie, más tierra adentro. Por otra parte, sólo terremotos poco profundos (de profundidad de 0-33 km) son registrados en las cordilleras que se extienden. Estos datos ayudaron a los geólogos a diseñar planos longitudinales que muestran que las placas son delgadas en las cordilleras que se extienden, y que la subducción alcanza largas distancias, llevando las placas a profundidad debajo de los continentes.
Al igual que los terremotos, los volcanes estaban preferentemente localizados en las placas límites o cerca de ellas.

Históricamente los volcanes activos estána en rojo. Esta imágen fue generada usando QUEST, un instrumento interactivo para diseñar en línea a través de Discover Our Earth en Cornell University.

Al igual que los terremotos, diferentes tipos de volcanes existen en diferentes tipos de placas límites. La mayoría de las erupciones volcánicas que salen en las noticias, como la erupción del Monte Santa Helena de 1980, tienen lugar cerca de las zonas de subducción. Estas devastadoras y explosivas erupciones reflejan la composición de magma, que es extremadamente viscosa y que por consiguiente no fluye fácilmente. Al contrario, las erupciones volcánicas que existen en las cordilleras que se extienden son mucho mas suaves, en parte porque la mayoría de estas erupciones están debajo de 2-3 kilómetros de agua, pero también porque el magma es menos viscoso.

Placas límitesEstas observaciones sobre la distribución de los terremotos y los volcanes ayudó a los geólogos a definir los procesos que ocurren en las cordilleras que se extienden y las zonas de subducción. Además, ayudaron a los científicos a descubrir que hay otros tipos de placas límites. En general, las placas límites son el escenario de gran actividad geológica, terremotos, volcanes, y topografía dramática, de tal manera que cordilleras como los Himalayas están todas concetradas donde dos o más placas se encuentran en un límite. Hay tres principales maneras en que las placas interactúan en los límites: pueden moverse en dirección divergente, pueden moverse en dirección convergente, o pueden deslizarse una al lado de la otra, transformante.

Cada una de estas interacciones produce un modelo de terremoto, volcanismo y topografía diferentes:

Límites Divergentes: Los límites divergentes son las cordilleras oceánica centrales que lanzaron la revolución de las placas tectónicas. La Cordillera Central Atlántica es un ejemplo clásico. Los terremotos poco profundos y fluidos menores de lava caracterizan la cordillera oceánica central. El suelo marítimo en las cordilleras es más alto que los llanos abismales alrededor, porque las rocas son más calientes (y menos densas). Se enfrian y condensan mientras se alejan del centro de extensión. La extensión ha estado ocurriendo en la Cordillera Central Atlántica durante 180 millones de años, lo que ha producido un gran valle oceánico, el Óceano Atlántico.

Límites Convergentes: Los límites convergentes son los más activos geológicamente, con diferentes características dependiendo del tipo de costra presente. Hay dos tipos de costras: oceánica y continental. La costra continental es gruesa y ligera, la costra oceánica es delgada, densa y forma las cordilleras oceánicas centrales. La actividad que tiene lugar en los límites convergentes depende del tipo de costra presente, tal como se explica aquí.

•Costra oceánica: estas son las zonas de subducción imaginadas por Hess, donde la costra oceánica densa se sumerge debajo de la costra continental ligera. Estos límites se caracterizan por: a) una zanja oceánica muy profunda al lado de una cordillera continental montañosa alta, b) numerosos terremotos que progresan de lo poco profundo a lo profundo, y c) un gran número de volcanes de composición intermedia. Los Andes deben su existencia a la zona de subducción en el borde occidental de la placa de América del Sur. En realidad, este tipo de límite es usualmente llamado el margen Andino.

•Costra oceánica: donde dos placas oceánicas convergen, también ocurre una zona de subduccion, pero el resultado es ligeramente diferente que en el Margen Andino. Puesto que las densidades de las dos placas son similares, es usualmente la costra oceánica más antigua la que se hunde porque es más fría y ligeramente más densa. Los terremotos progresan de lo menos profundo a lo más profundo como en la convergencia oceánica-continental, y los volcanes forman un arco de islas, como el Monte Fuji en Japón y Pinatubo en Filipinas. Estos volcanes son ligeramente diferentes de esos que forman los Andes porque el magma se produce de la costra oceánica derretida en vez de la costra continental derretida .

•Costra continental: cuando dos piezas de costra continental convergen, el resultado es un gran montón de material continental. Ambas piezas de costra son ligeras y no son fácilmente hundidas. La convergencia continental está ejemplificada en la cordillera de los Himalayas, donde la placa India se encuentra con la placa Asiática. Ocurren varios terremotos pocos profundos, pero hay muy poco volcanismo.

La mayoría de los límites son convergentes o divergentes, los límites transformantes son los más raros. La falla de San Andrés en California es un ejemplo de un límite continental transformante. Terremotos frecuentes y poco profundos ocurren (como los famosos terremotos de San Francisco en 1906 y 1989), pero hay poco volcanismo asociado o relieve topográfico. La Falla Alpina de Nueva Zelanda es muy similar. La mayoría de los límites transformantes ocurren no en el interior sino en los segmentos cortos, al borde de las cordilleras oceánicas centrales.

Unos pocos límites retan clasificaciones simples y son llamados como 'placas de las zonas límite'. Por ejemplo, un modelo de terremoto complicado se produce por una ancha y poco entendida zona de placa límite entre las placas Euroasiática y Aficanas en el Mediterráneo.

Actividad Geológica separada de las placas límite.

Los límites descritos anteriormente dan cuenta de la mayoría de la actividad sísmica y volcánica en la tierra. Sin embargo, mientras más datos empezaban a explicar el esquema de las placas tectónicas, más sobresalían las excepciones. ¿Qué puede explicar Hawai, por ejemplo, un antiguo escenario de actividad volcánica en la placa del Pacífico central donde no hay subducción o extensión para generar magma?.

Tenía que haber algo más. En 1963, J. Tuzo Wilson, un geofísico canadiense, propuso la teoría que la capa contenía inmóviles lugares calientes, delgadas plumas de magma caliente que actuaban como quemadores Bunsen cuando las placas estaban encima de ellos. Las Islas Hawaianas forman una larga y derecha cadena, con erupciones volcánicas continuas en la isla Hawai e islas volcánicas altamente erosionadas en el noreste. De acuerdo a la teoría de lugares calientes de Wilson, la cadena de islas representa el movimiento hacia el surestede de la placa Pacífico sobre la capa de pluma.

El esbozo original de J. Tuzo Wilson de los lugares calientes Hawainos. (Usado con el permiso de Canadian Journal of Physics.)Una importante implicación de la teoría de Wilson es que, puesto que los lugares calientes son estacionarios, las pistas de los lugares calientes podían ser usadas para rastrear la historia del movimientos de las placas. Por ejemplo, la pista de la cadena Hawaina continua hacia el noroeste como una cadena de antiguos volcanes inactivos bajo agua. Una vez que las erupciones volcánicas se detienen, las olas oceánicas empiezan a erosionar las islas debajo del nivel del mar y se llaman montes marítimos. Las islas y los montes marítimos asociados con los lugares calientes Hawainos ofrecen una historia sobre el movimiento de la placa Pacífico, que aparentemente tomó un rumbo al este alrededor de 28 millones de años. Otras pistas de lugares calientes en el mundo pueden ser usadas de manera similar para reconstruir la historia global de las placas tectónicas.

¿Cúales son las fuerzas que motivan el movimiento?

Los lugares calientes añaden pruebas para confirmar que las placas se mueven constantemente. Irónicamente, sin embargo, la cuestión que provocó el ridículo de Wegener sigue provocando un acalorado debate: que provoca el movimiento de las placas? Eventualmente, una nueva Pangaea (o continente único) se puede formar, separar, y formar de nuevo en la Tierra. ¿Qué hace que estas placas se sigan moviendo?

Hess asumió que la capa de conducción era la fuerza motivadora principal. Material caliente, menos denso en las cordilleras oceánicas centrales, se enfría y se hunde en las zonas de subducción. Las placas 'montan' estas células de convección (ver la lección sobre Densidad para mayor información). Aunque había poca duda que la convección ocurre en la capa, el diseño actual sugiere que no es tan simple. Muchos geólogos sugieren que la fuerza de convección no es suficiente para empujar placas litoesféricas enormes como la placa de Norte América. Ellos sugieren que la gravedad es la principal fuerza motivadora: la fría y densa costra oceánica se hunde en la zona de subducción, empujando al resto de la placa con ella. De acuerdo a esta teoría, las intrusiones magmáticas en las cordilleras que se extienden son pasivas. El magma apenas llena un hueco creado por la separación de las dos placas.

Sin lugar a dudas, la gravedad y la convección ofrecen energía para mantener las placas en movimiento. Sus contribuciones relativas, sin embargo, son un asunto debatible y de investigación continua.

La fuerza de la placa tectónica yace en su habilidad para explicar todo sobre los procesos que vemos en los registros geológicos en la actualidad. Nuestro conocimiento de las sutilezas tiende a evolucionar, mientras sabemos más sobre nuestro planeta, pero las placas tectónicas son verdaderamente la base sobre la se asienta que la ciencia geológica.