Teoría de La tectónica de placas o tectónica global y la Deriva Continental
Es una concepción de la tectónica global que estudia las deformaciones estructurales geológicas y ha sido un paradigma en la geología moderna para entender la estructura, historia y dinámica de la litosfera terrestre. Esta teoría se fundamenta en la observación de que la corteza sólida de la Tierra está fragmentada en alrededor de veinte placas semirrígidas. Las zonas de interacción entre estas placas son áreas con actividad tectónica donde se suelen generar terremotos y erupciones volcánicas.
De acuerdo con la teoría de la tectónica de placas, la litosfera terrestre está conformada por al menos doce placas rígidas que se desplazan de forma autónoma. Estos bloques reposan sobre una capa de roca caliente y flexible conocida como astenosfera, que fluye lentamente como una sustancia viscosa. Aún no se ha determinado con precisión cómo interactúan estas dos capas, pero las teorías más innovadoras sostienen que el movimiento del material espeso y fundido de la astenosfera ejerce presión sobre las placas superiores, forzándolas a moverse, hundirse o elevarse.
El principio fundamental de la teoría de la tectónica de placas es la ascensión del calor. El aire caliente se eleva sobre el aire frío, y las corrientes de agua caliente fluyen por encima de las corrientes de agua fría. Este mismo principio se aplica a las rocas calientes debajo de la superficie terrestre: el material fundido de la astenosfera, o magma, se eleva hacia arriba, mientras que el material frío y endurecido se hunde hacia lo profundo del manto. Con el tiempo, la roca que se hunde alcanza las altas temperaturas de la astenosfera inferior, se calienta y comienza a ascender nuevamente. Este movimiento continuo y circular se conoce como convección. En las zonas de separación de las placas y en las áreas calientes de la litosfera sólida, el material fundido fluye hacia la superficie, dando lugar a la formación de nueva corteza.
Índice de contenidos
Origen
Aunque la revolución en el pensamiento geológico causada por la teoría de la tectónica de placas es relativamente reciente, ocurriendo en las décadas de 1960 y 1970, sus fundamentos se establecieron previamente mediante observaciones y deducciones. Uno de estos descubrimientos fue realizado por James Hall, un geólogo de Nueva York, quien observó que los sedimentos acumulados en cordilleras montañosas eran al menos diez veces más gruesos que los del interior continental de la Tierra.
Este hecho sentó las bases para la posterior teoría geosinclinal, que postulaba que la corteza continental crecía a partir de acumulaciones progresivas originadas en antiguos geosinclinales plegados, endurecidos y consolidados en placas. Esta teoría se estableció firmemente en el siglo XX. Otro descubrimiento del siglo XIX fue la existencia de una dorsal en medio del océano Atlántico; para la década de 1920, los científicos habían llegado a la conclusión de que esta dorsal se extendía casi completamente alrededor de la Tierra.
Durante el período comprendido entre 1908 y 1912, se propusieron teorías sobre la deriva continental por parte del geólogo y meteorólogo alemán Alfred Wegener y otros científicos, quienes descubrieron que las placas continentales se fracturan, se separan y colisionan entre sí. Estos choques provocan deformaciones en los sedimentos geosinclinales, dando lugar a las cordilleras montañosas en el futuro. Investigaciones geofísicas sobre la densidad de la Tierra y observaciones de petrólogos ya habían demostrado previamente que la corteza terrestre está compuesta por dos materiales distintos: el sima, compuesto principalmente de silicio y magnesio, que suele ser basáltico y se encuentra en la corteza oceánica; y el sial, compuesto de silicio y aluminio, que suele ser granítico y se encuentra en la corteza continental.
Wegener respaldaba su teoría de la deriva continental con uno de los argumentos más sólidos: la coincidencia de las formas de los bordes continentales. Señalaba que las formaciones rocosas en Brasil y en África occidental, a ambos lados del océano Atlántico, eran similares en edad, tipo y estructura. Además, estos yacimientos a menudo contenían fósiles de criaturas terrestres que no podrían haber migrado nadando de un continente a otro. Estos argumentos paleontológicos resultaban convincentes para muchos expertos, pero no impresionaban a otros, principalmente geofísicos.
Wegener sustentaba su teoría de la deriva continental con uno de los argumentos más contundentes: la correspondencia de las formas de los bordes continentales. Señalaba que las formaciones rocosas en Brasil y África occidental, a ambos lados del océano Atlántico, eran similares en términos de edad, tipo y estructura. Además, frecuentemente se encontraban fósiles de criaturas terrestres en estas áreas que no podrían haberse desplazado nadando de un continente a otro. Estos argumentos paleontológicos resultaban altamente persuasivos para muchos expertos, aunque no impresionaban a otros, en su mayoría geofísicos.
Wegener presentó ejemplos destacados de las fronteras continentales hendidas en ambos lados del océano Atlántico, como se ha mencionado. De hecho, Sir Edward Bullard demostró mediante cálculos computarizados que el encaje era preciso y presentó sus resultados a la Real Sociedad de Londres, revelando que el ajuste era perfecto con un margen de error menor a un grado.
Sin embargo, en otras áreas de las márgenes oceánicas, como el cinturón que rodea el Pacífico o en el sector de Myanmar (Birmania) e Indonesia en el océano Índico, no se encontraba una complementariedad similar. Estas discrepancias resaltan una observación hecha por el reconocido geólogo vienés Eduard Suess en la década de 1880. Él identificó un “tipo atlántico” de margen caracterizado por antiguas cadenas montañosas truncadas abruptamente y estructuras hendidas, y un “tipo pacífico” marcado por montañas dispuestas en cordilleras paralelas, líneas de volcanes y frecuentes terremotos. Para muchos geólogos, las costas de tipo pacífico parecen estar ubicadas en áreas donde los geosinclinales se deforman y se elevan para formar montañas.
Deriva continental
La aceptación generalizada de la teoría de la tectónica de placas no se produjo hasta las décadas de los sesenta y setenta. Antes de ese periodo, la mayoría de los científicos sostenían la creencia de que los continentes y océanos de la Tierra eran inmóviles. Sin embargo, a principios del siglo XX, el meteorólogo alemán Alfred Wegener popularizó y actualizó una teoría previamente propuesta por Snider en 1858, la cual afirmaba que los continentes se desplazaban debido a la debilidad de la corteza oceánica.
Wegener sugirió que todos los continentes procedían de la ruptura de dos supercontinentes llamados Gondwana y Laurasia, que en el pasado geológico se habían unido para formar la Pangea, un enorme supercontinente. Hace aproximadamente 200 millones de años, la Pangea se fragmentó en distintas placas que se separaron lentamente entre sí, dando lugar a la configuración continental que vemos en la actualidad.
Uno de los hechos más notorios que llevó a Wegener a convencerse fue la sorprendente correspondencia entre la costa este de América del Sur y la costa oeste de África, la cual es evidente al observar un globo terráqueo o un mapa del mundo. Para respaldar su teoría, señaló que las formaciones rocosas de ambos lados del Océano Atlántico, en Brasil y África occidental, presentaban similitudes en términos de edad, tipo y estructura. Además, estas formaciones contenían fósiles de especies terrestres idénticas, lo que indicaba que América del Sur y África estuvieron conectadas en el pasado.
En años subsiguientes, los avances científicos respaldaron cada vez más los conceptos fundamentales propuestos por Wegener. Los geólogos comprobaron la existencia de un lento movimiento en la astenosfera, una capa situada por debajo de la corteza terrestre, a profundidades de 50 a 150 km. Además, en la década de los años veinte, los científicos utilizaron el sonar, un dispositivo de sonda acústica, para medir las profundidades del océano y cartografiar el fondo marino, lo que los llevó a la conclusión de que la Dorsal Media del Atlántico, descubierta en el siglo XIX, formaba parte de un sistema global de cordilleras oceánicas. Estos hallazgos contribuyeron a la evolución de la teoría, dando paso a la hipótesis más sofisticada de la tectónica de placas.
Expansión del fondo marino
En la década de 1920, se produjo un avance significativo en el estudio de los fondos marinos con la modificación del sonar, un dispositivo de sondeo con eco, que permitió medir con precisión las profundidades oceánicas. Esto facilitó la cartografía detallada de la topografía submarina. Posteriormente, los geofísicos adaptaron magnetómetros aéreos para medir las variaciones en la intensidad y orientación geomagnética.
Durante las expediciones en barcos a lo largo de las dorsales oceánicas, los magnetómetros revelaron que las rocas de un lado de la dorsal mostraban un patrón inverso al de las rocas del otro lado. Además, los métodos de datación aplicados a las rocas basálticas del lecho marino revelaron que las rocas más cercanas a la dorsal eran mucho más jóvenes que las rocas más alejadas, indicando que la formación de la corteza oceánica era un proceso continuo y relativamente reciente.
Además, en la cima de la dorsal no se encontraron sedimentos marinos, pero a ambos lados se observaron capas más antiguas y gruesas a mayor distancia. Estas observaciones, junto con el alto flujo de calor detectado, llevaron a la idea de que la dorsal es el sitio donde se forma continuamente nueva corteza oceánica. El material caliente de las corrientes de convección de lava llega a la dorsal, pero se enfría y solidifica rápidamente al entrar en contacto con el agua fría del fondo del océano.
Para dar cabida a esta constante formación de nueva corteza, las placas deben separarse lentamente pero de manera continua. En el Atlántico Norte, la velocidad de separación es de solo 1 cm al año, mientras que en el Pacífico es de más de 4 cm al año. Estos movimientos relativamente lentos, impulsados por corrientes de convección térmica que se originan en las profundidades del manto terrestre, son los responsables, a lo largo de millones de años, del fenómeno conocido como deriva continental.
En los años 60, los datos detallados del lecho oceánico fueron recopilados y utilizados por científicos del Observatorio Geológico Lamont de la Universidad de Columbia para crear mapas fisiográficos que representaban el relieve submarino. Se observó que la cresta de las dorsales oceánicas tenía una forma de rendija o grieta de algunos kilómetros de ancho, ubicada en el centro de la dorsal. Además, se descubrió que en el Mar Rojo, la dorsal se adentra en el continente africano y se convierte en el famoso valle del Rift, que se extiende desde el valle del Jordán y el Mar Muerto, pasando por el Mar Rojo, hasta Etiopía y el este de África. Estaba claro que la dorsal marcaba una división en la corteza terrestre, al igual que lo hacía en la corteza oceánica.
Los nuevos mapas fisiográficos del lecho oceánico también revelan, por primera vez, que las crestas de las dorsales presentan numerosas zonas de fractura o grietas. Estas grietas indican la dirección de las fallas de transformación, también conocidas como “deslizamiento según el rumbo”, que se han desarrollado para compensar las tensiones generadas por las diferentes velocidades de expansión del suelo marino. Aunque la mayoría de estas fallas se encuentran ocultas bajo el océano, una de ellas, la conocida falla de San Andrés, famosa por su propensión a los terremotos, emerge del océano Pacífico cerca de San Francisco, en California, y se extiende por cientos de kilómetros a través de tierra firme.
Arcos volcánicos y subducción
Ya en la década de 1930, científicos especializados en sismología de Estados Unidos identificaron peculiaridades dinámicas en las costas del tipo pacífico. Observaron que en el lado exterior u oceánico de los arcos de islas volcánicas, se producían terremotos en puntos de baja profundidad, pero que la profundidad de los temblores aumentaba hasta alcanzar su máximo a unos 700 km tierra adentro desde el frente del arco.
Al estudiar detalladamente un caso en particular, el geólogo estadounidense Hugo Benioff llegó a la conclusión de que esta geometría correspondía a un plano de falla que se extendía desde la corteza hasta el manto superior, con una inclinación hacia abajo de aproximadamente 45°. En 1906, se propuso la existencia de una estructura similar en los Alpes, donde la parte sur penetraba bajo la parte norte. En la década de 1950, se acuñó el término “subducción” para describir este proceso.
Se ha confirmado la existencia de planos de subducción similares a lo largo de prácticamente todas las costas de tipo pacífico (aunque en algunos lugares no se han encontrado pruebas geológicas que indiquen que antes estaban activos pero ahora están inactivos). Muchas de estas zonas revelan un sistema de fallas principal que corre en paralelo al sistema montañoso general. A lo largo de períodos muy extensos, el movimiento de estas fallas puede pasar de ser gradual a abrupto, lo que puede resultar en un desplazamiento de entre 1 y 5 metros en un solo terremoto. Se han identificado fallas de este tipo en regiones como Chile, Alaska, Japón, Taiwán, Filipinas, Nueva Zelanda y Sumatra.
Durante el proceso de subducción, la corteza oceánica se adentra en el manto y se funde. Como resultado de este reciclaje continuo, no hay áreas en los océanos donde la corteza sea más antigua de 200 millones de años. Los bloques corticales se desplazan y chocan constantemente a medida que son transportados por las diferentes placas.
Una importante consecuencia de la fusión de la corteza oceánica subducida es la generación de magma nuevo. Cuando la corteza se funde, el magma resultante asciende desde el plano de subducción en el interior del manto y erupciona en la superficie terrestre. Las erupciones de magma producido por subducción han dado lugar a la formación de largas y curvas cadenas de islas volcánicas, como Japón, Filipinas y las Aleutianas.
Cuando una placa tectónica oceánica es subducida bajo corteza continental, el magma generado erupciona en volcanes situados a lo largo de cadenas montañosas lineales conocidas como cordilleras, a una distancia de aproximadamente 100 km tierra adentro desde la zona de subducción (que se encuentra a lo largo de una zanja submarina alejada del continente). Además de la formación de volcanes continentales, la fusión de la corteza oceánica subducida también es responsable de la creación de yacimientos de minerales metálicos valiosos en ciertas áreas.
Bordes de las placas
Por tanto, las placas son enormes fragmentos de la litosfera que se encuentran en constante movimiento relativo entre sí. Los continentes son parte integral de estas placas y se desplazan junto con ellas. Se han identificado 17 placas distintas (consultar el índice de placas), delimitadas por bordes, donde se concentra toda la actividad sísmica, el vulcanismo y el movimiento de las placas adyacentes. Muchos de estos bordes de placa se encuentran en el centro de los océanos. Existen tres tipos principales de bordes de placa: divergentes, convergentes y transformantes.
Los límites divergentes (también llamados constructivos) se encuentran donde las placas se separan en direcciones opuestas, dejando espacio para que el material incandescente ascienda desde la astenosfera y llene las fracturas abiertas. Otra fuerza que puede estar involucrada en la divergencia es la subducción de la corteza más antigua, pesada y densa en el extremo opuesto de cada límite divergente: a medida que la corteza pesada se hunde, arrastra al resto de la placa consigo, abriendo la línea de divergencia.
Los límites divergentes se encuentran tanto en los fondos oceánicos como en la superficie de los continentes, y dan lugar a estructuras distintivas conocidas como dorsales oceánicas y fosas tectónicas. Las dorsales oceánicas son cordilleras submarinas que se extienden y ramifican a través de todos los océanos, y a veces experimentan grandes desplazamientos horizontales, lo que hace que su trazado no sea continuo, sino que esté fracturado. Algunas partes de estas dorsales son altas y emergen por encima de la superficie del océano, como el caso de Islandia en el norte del Océano Atlántico.
Por otro lado, las fosas tectónicas son zonas alargadas y estrechas donde la corteza continental se hunde en relación con las áreas adyacentes. Un ejemplo interesante es el Valle del Rift, que se extiende a lo largo de 4.830 km desde Siria hasta Mozambique, desde los Montes Tauro hasta el río Zambeze. La divergencia ha provocado el adelgazamiento y hundimiento de la corteza terrestre a lo largo de este borde de placa.
Un borde en el cual dos placas colisionan y se pierde fondo oceánico por subducción se conoce como borde convergente o destructivo. Por ejemplo, cuando una placa oceánica, como la Placa de Nazca, se mueve hacia el este debajo de la zona sureste del Océano Pacífico y se encuentra con un borde continental, como América del Sur, la corteza oceánica más densa y pesada se sumerge debajo de la placa continental y se fusiona parcialmente.
En estos márgenes de placa pueden ocurrir terremotos a lo largo del plano de deslizamiento o plano de Benioff, lo que puede resultar en un desplazamiento de hasta 5 metros en una sola sacudida. Si chocan dos placas oceánicas, se puede formar un arco de islas volcánicas o una fosa oceánica, como en los casos de Chile, Japón, Taiwán, Filipinas, Nueva Zelanda e Isla de Sumatra. Por otro lado, cuando dos placas continentales colisionan, la corteza de ambas se empuja hacia arriba, creando cadenas montañosas. Un ejemplo de esto es la colisión de la India con el continente asiático, que dio lugar a la formación del Himalaya. De hecho, esta cordillera montañosa sigue creciendo en altura debido a que la India y Asia todavía convergen.
En un margen de transformación, las placas se mueven lateralmente en direcciones opuestas sin crear ni destruir fondo oceánico. Aunque la actividad volcánica suele ser baja en estos bordes, se pueden producir terremotos de gran magnitud o de menor intensidad. Un ejemplo destacado de este tipo de bordes es la Falla de San Andrés en California, Estados Unidos, que es ampliamente conocida por su actividad sísmica.
La innovadora teoría de la tectónica de placas es fundamental en la geología moderna y proporciona una explicación para muchas de las características geográficas actuales y el movimiento de los continentes. Además, esta teoría también arroja luz sobre la ocurrencia de terremotos y volcanes en todo el mundo.
La mayoría de los terremotos y erupciones volcánicas tienen lugar cerca de los bordes de las placas, lo cual es preocupante ya que muchas ciudades importantes se encuentran en estas zonas, como en el Cinturón de Fuego, una región de intensa actividad sísmica y volcánica que rodea el Océano Pacífico. Los seres humanos a menudo sufren los devastadores efectos de estas manifestaciones de la actividad tectónica.
Expansión oceánica
Nuevas evidencias de la tectónica de placas surgieron en las décadas de los cincuenta y sesenta. Durante ese período, los científicos descubrieron que todas las rocas conservan una cierta disposición magnética cuando se forman. Los geofísicos también notaron que el campo magnético de la Tierra ha experimentado cambios, ya que el polo norte magnético, que actualmente se encuentra cerca del polo norte geográfico, ha estado en el pasado en el polo sur geográfico, con inversiones que ocurren aproximadamente cada dos millones de años. Con este conocimiento en mente, los científicos examinaron ambos lados de las cordilleras oceánicas y encontraron que las rocas de un lado de la cordillera presentaban una disposición geomagnética opuesta a las rocas del otro lado, como si fueran imágenes reflejadas en un espejo.
Las rocas próximas a la cresta de la cordillera mostraban una relativa juventud, mientras que, a mayor distancia, las rocas eran más antiguas. Además, los sedimentos marinos se volvían más densos y antiguos a medida que se alejaban de la cordillera, y la propia cordillera carecía prácticamente de depósitos sedimentarios. Estas observaciones, junto con las investigaciones sobre la circulación del flujo incandescente en la dorsal, confirmaron la generación de nueva corteza en la dorsal centro-oceánica y el mecanismo de expansión oceánica. En resumen, se puede afirmar que el fondo oceánico es más antiguo a medida que se acerca al continente, basándonos en estos hallazgos.
Una vez que la roca fundida emerge como lava en el fondo del mar, el agua fría de las profundidades marinas la enfría y solidifica rápidamente. Para dar cabida a esta constante adición de nueva corteza, las placas a ambos lados de la cordillera deben separarse de manera continua. En el norte del Océano Atlántico, el movimiento de cada placa es solo de 1 a 2 cm por año. Sin embargo, en el Océano Pacífico, esta velocidad puede superar los 10 cm por año.
Teoría Integradas de la Tectónica de placas
Con todos estos conocimientos acerca de la expansión del lecho marino y las zonas de subducción, se buscaba integrarlos en un sistema completo de geodinámica. En los años 50, el geofísico canadiense J. Tuzo Wilson demostró la continuidad global de las zonas de subducción, asemejándolas a las costuras de una pelota de fútbol.
El geólogo estadounidense Harry Hammond Hess señaló que si el fondo oceánico se separaba en un lado del globo, debía haber subducción en el otro, de lo contrario, el tamaño de la Tierra seguiría aumentando indefinidamente. Xavier LePichon, un estudiante francés de sismología en Lamont, estudió la geometría de las placas utilizando datos sísmicos, mientras que el geofísico estadounidense Robert Sinclair Dietz utilizó las pruebas de Wegener sobre la deriva continental para reconstruir las posiciones de los continentes y las placas continentales en diferentes fases, desde la actualidad hasta hace unos 200 millones de años. Desde entonces, la teoría de la tectónica de placas ha sido objeto de debate, pruebas y ampliación, convirtiéndose en un nuevo paradigma y en el núcleo de la controversia en las ciencias geológicas.
