Download Introducción a las Ciencias Terrestres

Placas Tectónicas
GEOL 3025: Cap. 2
Prof. Lizzette Rodríguez
Deriva Continental
(“Continental drift”)
 Alfred
Wegener
– Primero en proponer la hipótesis de la deriva
continental en 1915
– Publicó El origen de los continentes y los océanos
 Hipótesis
de la Deriva Continental
– El supercontinente llamado Pangea comenzó a
separarse alrederor de 200 millones de años atrás.
– Los continentes entonces “derivaron” a sus
posiciones actuales.
Pangea ~200 ma
Fragmentacion de
Pangea a lo largo de los
últimos ~200 ma
Cont. Deriva
Continental

Evidencia de apoyo
a la hipótesis:
– Encaje de los
continentes
 Wegener
usó el encaje
de las costas de
Sudamérica y Africa.
 El encaje usando los
bordes de las
plataformas
continentales es
mucho mejor.
Mejor ajuste a lo largo del
talud continental
Cont. Deriva Continental
– Evidencias paleontológicas
Existencia
de fósiles idénticos en masas de
tierra tan separadas.
Ejemplos:
– Mesosaurus (reptil acuatico cuyos restos fósiles se
encuentran sólo en rocas del Pérmico - 225 ma, en el
este de Sudamérica y el sur de Africa)
– Glossopteris (planta de semillas grandes dispersa
entre Africa, Australia, India y Sudamérica durante el
Paleozoico tardío ~300 ma)
– organismos actuales como los marsupiales
australianos (tienen un vínculo fósil con otros en
otros continentes, pero luego de la fragmentación se
desarrollaron de forma distinta)
Mesosaurus
Explicaciones para la aparición de especies similares
en masas de tierra separadas
Cont. Evidencias
– Tipos de rocas y
semejanzas
estructurales
 Los
tipos y edades
de las rocas parean
a ambos lados del
Atlántico
 Montañas de edad
y estructura
comparable a los
Apalaches son
encontradas en las
Islas Británicas y
Escandinavia
Cont. Evidencias
– Evidencias
paleoclimáticas
 Evidencia
de una
glaciación Paleozoica
(~300 ma) cercana al
ecuador
 Fósiles de los
principales campos de
carbón en el este de
EU indican la
existencia pasada de
pantanos tropicales en
estas regiones
Rechazo de la hipótesis
 No
explicaba un mecanismo capaz de mover los
continentes a través del planeta
– Wegener propuso que la fuerza de las mareas era
suficiente para mover los continentes.
– Sin embargo, fue probado que las fuerzas mareales
necesarias para esto habrían frenado la rotación de la
Tierra en pocos años.
 El
también sugirió que los continentes más
grandes y pesados se abrieron paso por la corteza
oceánica similar a como un rompehielos atraviesa
el hielo.
La deriva continental
y el metodo científico
 La
hipótesis era correcta en principio, pero
contenía detalles incorrectos.
 Para que cualquier teoría científica gane
aceptación general, debe pasar un examen
crítico desde todas las áreas de la ciencia.
 Algunos científicos consideraron las ideas
de Wegener posibles y continuaron la
búsqueda.
Deriva Continental y Paleomagnetismo
 Luego
de la muerte de Wegener, vuelve el
interés en la deriva continental, con estudios del
magnetismo de las rocas.
 El campo magnético de la Tierra y el
paleomagnetismo
– El magnetismo antiguo es preservado en las rocas
en el momento de su formación
– Minerales magnetizados en las rocas
 Muestran
la dirección a los polos magnéticos
 Proveen una forma de determinar su latitud de origen
El campo magnetico consiste de líneas de fuerza parecidas a las que
produciría una barra imantada colocada en el centro de la Tierra.
El campo magnético hace que una brújula se alinie con las líneas de
fuerza magnética. El ángulo de inclinación disminuye desde 90° en los polos
magnéticos hasta 0° en el ecuador.
Inclinación magnética y latitud correspondiente
Cont. Deriva Cont. y Paleomagnetismo
 Deriva
polar aparente (“polar wandering”)
El
movimiento aparente de los polos magnéticos
que se encontró en rocas magnetizadas (con
minerales ricos en hierro) indica que los
continentes se han movido.
Indica
que Europa estaba mucho más cercana al
ecuador cuando existían pantanos productores
de carbón (Paleozoico tardío).
 Las
curvas de Norteamérica y Europa tienen caminos
similares, pero están separadas por ~24 de longitud.
– Las diferencias entre los recorridos se pueden reconciliar si los
continentes se colocan uno al lado del otro.
Comienzo de una revolución científica
 Durante
los 1950s y 1960s los avances tecnológicos
del momento permitieron el mapeo extensivo del
suelo oceánico.
 Hipótesis de la expansión del fondo oceánico:
Propuesta por Harry Hess en los 1960s
– Propuso que las dorsales oceánicas estaban localizadas
sobre zonas de ascenso convectivo en el manto.
– De esta forma las fuerzas
tensionales fracturan la corteza y
proporcionan vías de intrusión
magmática para generar nuevos
fragmentos de corteza oceánica.
Expansión del fondo oceánico
y renovación del suelo oceánico en las fosas submarinas
Cont. revolución científica
 Inversiones
geomagnéticas
– El campo magnético de la Tierra
periódicamente cambia de polaridad – el polo
magnético norte se convierte en el sur
magnético y viceversa
– Las fechas en que la polaridad de la Tierra
cambiaba se determinaron usando flujos de
lava.
Cuando
las rocas muestran el mismo
magnetismo que el del campo magnético
terrestre actual, se dice que tienen polaridad
normal. Las que muestran magnetismo opuesto
al actual se dice que tienen polaridad invertida.
Paleomagnetismo conservado en coladas de
lava de varias edades
Escala temporal del campo magnético de la
Tierra en el pasado reciente
Divisiones principales
se llaman crones y
duran ~1 my.
Cont. revolución científica

Inversiones
geomagnéticas
– Las inversiones
geomagnéticas se
graban en la corteza
oceánica.
– En el 1963, Vine y
Matthews demostraron
que las bandas de alta y
baja intensidad
magnética en la corteza
oceánica respaldaban el
concepto de Hess de
expansión del suelo
oceánico.
Inversiones paleomagnéticas
grabadas en la corteza oceánica
El paleomagnetismo fue la evidencia
más convincente que se presentó
para apoyar los conceptos de la
deriva continental y la expansión
del fondo oceánico.
Tectónica de placas
Teoría compuesta por una gran variedad de ideas
que explican el movimiento observado de la capa
externa de la Tierra por medio de diferentes
procesos (Ej. subducción, expansión del fondo
oceánico).
 Placas principales de la Tierra

– La capa externa fuerte y rígida, conocida como litosfera,
está rota en fragmentos: placas.
– La litosfera consiste del manto superior y la corteza, y
está sobre una región más dúctil del manto llamada la
astenosfera. La roca poco resistente permite el
movimiento de la capa rígida de la Tierra.
Placas principales de la Tierra
– Siete placas principales: Norteamérica, Sudamérica,
Pacífico, Africa, Euroasia, Australia y Antártica
– Las placas están en movimiento y continuamente
cambiando de forma y tamaño
– La placa más grande es la del Pacífico
– Algunas placas incluyen un continente completo más
un área grande del suelo marino.
– Láminas más frías y densas de la litosfera oceánica
descienden al manto, poniendo en movimiento la capa
externa rígida de la Tierra.
– Las placas se mueven en relación con las demás a una
velocidad muy lenta pero continua que es de unos 5 cm
(2”) por año. Estos movimientos generan terremotos,
crean volcanes y deforman grandes masas de roca.
Placas
de la
Tierra
Placas
de la
Tierra
Frecuencia sísmica y de volcanismo
Bordes de placa
Las interacciones entre placas individuales ocurren a
lo largo de sus bordes
 Tipos de bordes de placa

– Bordes divergentes o constructivos: 2 placas se separan, lo
que produce el ascenso de material desde el manto para
crear nuevo suelo oceánico
– Bordes convergentes o destructivos: 2 placas se juntan
provocando el descenso de la litosfera oceánica debajo de
una placa superpuesta, que finalmente es reabsorbida en el
manto. También puede ocurrir la colisión de 2 bloques
continentales para crear un sistema montañoso.
– Bordes de falla transformante o pasivos: 2 placas se
desplazan lateralmente sin que se produzca o destruya
litosfera
Cont. Bordes de placa
Cada placa está rodeada por una combinación de
los 3 tipos de bordes de placa
 Aunque la superficie total de la Tierra no cambia,
el área de las placas individuales puede disminuir
o crecer dependiendo de cualquier desequilibrio
entre la velocidad de crecimiento de los bordes
divergentes y la velocidad de destrucción en los
bordes convergentes
 Los bordes de placa no son fijos, sino que se
mueven.
 Pueden crearse nuevos bordes de placa en
respuesta a cambios en las fuerzas que actúan
sobre las láminas rígidas.

Bordes
divergentes
También se denominan centros de expansión.
 La mayoría están situados a lo largo de las crestas
de las dorsales oceánicas.
 Dorsales oceánicas y expansión del suelo oceánico

– A lo largo de bordes divergentes, el fondo oceánico se
eleva, formando una dorsal oceánica. Representan 20%
de la superficie de la Tierra.
– La cresta de la dorsal suele ser 2-3 km más alta que las
cuencas oceánicas adyacentes, y tiene anchuras entre
1000-4000 km.
– A lo largo del eje de algunos segmentos existe una
profunda estructura fallada denominada valle de rift
Bordes de placa divergentes
Cont. Bordes divergentes

Velocidades típicas de expansión del fondo
oceánico son de 5 cm/año. Aunque suena lento
(similar al crecimiento de las uñas), el proceso es
suficientemente rápido para haber generado todas
las cuencas oceánicas en los últimos 200 ma.

La elevación de las dorsales es causada porque la
corteza recién creada está caliente y ocupa más
volumen, lo cual la hace menos densa que las rocas
mas frías.
Cont. Bordes divergentes

Los sistemas de dorsales exhiben diferencias
topográficas, que están controladas por las
velocidades de expansión
– Velocidades lentas (1-5 cm/año) – un valle de rift
prominente se forma a lo largo de la cresta de la
dorsal que usualmente es 30-50 km de grosor, 15003000 m de profundidad, y aspero
– Velocidades intermedias (5-9 cm/año) – los valles de
rift que se desarrollan son someros, de menos de 200
m de profundidad y topográficamente suaves
– Velocidades >9 cm/año – no se forma un valle de rift
y son alturas topográficas estrechas y llenas de fallas
Cont. Bordes divergentes
 Rift
continental
– La fragmentación de un continente empieza con la
formación de estas depresiones alargadas. Un
ejemplo es el rift de Africa oriental.
– Si se mantienen las fuerzas tensionales, el valle del
rift se alargará y aumentará de profundidad y
eventualmente separará en dos la placa,
convirtiéndose el valle en un mar lineal estrecho con
desembocadura al océano.
– No todos los valles de rift se desarrollan en centros
de expansión.
Rifting
continental
Bordes
convergentes

Porciones más antiguas de la litosfera oceánica
descienden al manto a lo largo de estos bordes.
– La expresión superficial producida por la placa
descendente es una fosa submarina. Las fosas formadas
de esta manera pueden tener miles de km de longitud, de
8-12 km de profundidad y de 50-100 km de anchura.
– Llamadas zonas de subducción – se produce por la
densidad de la placa litosférica descendente es mayor que
la de la astenosfera subyacente.
– Angulo promedio de subducción = 45° Donde el ángulo
es menor (placa es más joven y menos densa) tenemos
mayor interacción entre las 2 placas y se experimentan
grandes terremotos.

Aunque todas las zonas convergentes tienen las
mismas características básicas, tienen rasgos muy
variables.
Convergencia oceánica-continental
La placa oceánica más densa se hundirá en el
manto.
 A lo largo de la placa descendente la fusión parcial
de la roca del manto genera magma.

– Fusión parcial: proceso que ocurre cuando el manto es
lo suficientemente caliente como para que la
introducción de agua (en la placa oceánica que
desciende) conduzca a la fusion.

La cadena volcánica resultante es llamada un arco
volcánico continental
– Andes
– Cordillera Cascade de Washington, Oregon y California
Convergencia oceánica-oceánica
 Cuando
2 placas oceánicas convergen, una
desciende bajo la otra.
 A menudo se forman volcanes en el suelo
oceánico
– Cuando la subducción se mantiene, acabará por
construir cadenas de estructuras volcánicas que
emergen como islas, formándose un arco de
islas volcánicas
Aleutianas,
las Islas Marianas, Tonga
La mayoría son formadas en el Pacífico
occidental (ángulos de descenso altos ~90°)
Solo 2 arcos de islas volcánicas se encuentran en
el Atlántico: las Antillas Menores en el Mar
Caribe (placa Atlántica bajo la Caribeña) y las
Islas Sandwich del Sur en el Atlántico Sur
Cont. Convergencia oceánica-oceánica
A
menudo están localizadas adyacentes a
fosas submarinas profundas
 Arcos de islas jóvenes son estructuras
bastante simples situadas sobre corteza
oceánica deformada de grosor menor a 20
km, mientras que arcos más antiguos son
más complejos y están sobre corteza
oceánica de grosores entre 20-35 km.
Convergencia continental-continental
 La
subducción continua puede unir 2
continentes
 La litosfera continental es menos densa y es
boyante, por lo tanto nunca va a ser
subducida
 La colisión resultante entre 2 bloques
continentales produce montañas
– Himalayas, Alpes y Apalaches
– Los Himalayas son el resultado de la colisión de
la India y Asia, en la cual la corteza continental
se abombó, fracturó, acortó y engrosó para
formar la cordillera montañosa.
Colisión en curso entre India y Asia,
que comenzó hace 45 ma
Bordes de falla transformantes
Las placas se desplazan una al lado de la otra sin
producir ni destruir litosfera.
 Fallas transformantes

– La mayoría unen 2 segmentos de una dorsal oceánica a
lo largo de roturas lineales en la corteza oceánica
llamados zonas de fractura, las cuales se encuentran
cada ~100 km.
– Proveen el medio para que la corteza oceánica creada en
las crestas de las dorsales se pueda transportar a las
fosas submarinas, donde se destruye.
– Algunas (la falla de San Andrés y la falla Alpina de
Nueva Zelanda) rompen a través de la corteza
continental.
Fallas
transformantes
Fallas transformante Mendocino y San Andrés
Comprobación del modelo
de la tectónica de placas
 Pruebas
procedentes de sondeos oceánicos
– Alguna de la evidencia más convincente que
confirma la expansión del suelo oceánico ha venido
directamente de sondeos del sedimento en el suelo
oceánico.
 Edad
de los sedimentos más profundos
– Los más jovenes están cerca de las dorsales
– Confirma la hipótesis de la expansión del fondo oceánico
– Corteza oceánica (<180 ma) vs. continental (>4000 ma)
 Grosor
de los sedimentos verifica la expansión del suelo
oceánico
– Los sedimentos están casi completamente ausentes en la cresta
de la dorsal y se ponen más gruesos con mayor distancia de ésta
Cont. Comprobación del modelo
de la tectónica de placas

Puntos calientes y plumas del manto
– Idea viene de observaciones de montes submarinos en el
Pacífico
– Causados por plumas ascendentes de material del manto –
a medida que ésta entra en ambientes de menor P en la
litosfera, ocurre fusión. La manifestación superficial es
entonces un punto caliente.
– Se pueden formar volcanes sobre ellos (cadena de islas
Hawaii-Emperador). La edad de los volcanes aumenta a
medida que nos alejamos de Hawaii.
– Plumas del manto
 Estructuras
de larga vida
 Algunas se originan a gran profundidad, como en el borde del
manto con el núcleo
Islas de Hawaii
Medición del movimiento de las placas
 Paleomagnetismo
y movimiento de placas
– El paleomagnetismo almacenado en las rocas
del fondo oceánico proporciona un método de
medición de las velocidades del movimientos de
las placas.
– La dirección y razón de expansión del suelo
oceánico se puede establecer.
Cont. Medición del movimiento de las placas

Mediciones de velocidades de las places desde el
espacio
– Se han logrado estableciendo las localizaciones exactas
de 2 estaciones de observación situadas en lados
opuestos de un borde de placa y midiendo los
movimientos relativos
– Ej. Hawaii se mueve al NW a ~8.3 cm/año, un lugar en
Maryland se está alejando de Inglaterra a una razón de
~1.7 cm/año
– 2 métodos que se usan:
 Very
Long Baseline Interferometry (VLBI) - radiotelescopios
 Global Positioning System (GPS)
Movimieto de las placas
¿Qué impulsa el movimiento de las placas?
 No
hay un mecanismo impulsador que pueda
explicar todo sobre tectónica de placas
– Investigadores creen que el flujo convectivo en el
manto rocoso es la fuerza impulsadora que provoca
el movimiento de placas
– La convección del manto y la tectónica de placas
forman parte del mismo sistema.
– El movimiento lento de las placas y el manto son
dirigidos por la distribución desigual de calor en el
interior de la Tierra.
Cont. ¿Qué impulsa el movimiento de las placas?

Mecanismos que generan fuerzas que contribuyen al
movimiento de placas:
– Fuerza de arrastre de la placa (slab-pull): corteza oceánica
fría y densa desciende a la astenosfera y “tira” de la placa a
remolque. Ocurre porque las capas antiguas de la litosfera
son más densas que la astenosfera y se “hunden” como
roca.
– Fuerza de empuje de la dorsal (ridge-push): La posición
elevada de la dorsal oceánica causa que la litosfera oceánica
se “deslice” gravitacionalmente hacia abajo por los lados de
la dorsal.
– Fuerza de succión de la placa (slab suction): Causada por el
arrastre de una placa en subducción en el manto adyacente.
La circulación inducida en el manto empuja ambas placas
hacia la fosa.
Fuerzas que actúan sobre las placas
Cont. ¿Qué impulsa el movimiento de placas?

Modelos de convección placas-manto
– Todo modelo debe ser consistente con las propiedades físicas
y químicas del manto – ej. por qué las rocas producidas en la
dorsal tienen composición homogénea y les faltan ciertos
elementos traza.
– Modelos:
 Estratificación
a 660 km: 2 zonas de convección: sobre-provee
rocas a dorsal (delgada), bajo-fuente de las plumas del manto
(gruesa). Litosfera que subduce mezcla las capas superior e
inferior del manto.
 Convección de todo el manto: placas de litosfera oceánica fría
descienden al manto inferior, agitando todo el manto, mientras
que las plumas calientes que se originan en el borde manto-núcleo
transportan calor a la superficie.
 Modelo de capa profunda: 2 capas de convección en el manto sin
que haya mexcla sustancial. Parte del material de la capa inferior
puede ascender como una pluma del manto.
Modelos
propuestos para
la convección
del manto
Importancia de las placas tectónicas
 La
teoría provee explicaciones para
– Los procesos superficiales principales
– La distribución geológica de terremotos,
volcanes y montañas
– La distribución de organismos antiguos y
depósitos minerales
 La
teoría no es completamente entendida
aún, sino que es un modelo que evoluciona
todo el tiempo.