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Introducción a la
Geotectónica
Leda Sánchez Bettucci
Tectónica de Placas
I.
II.
III.
IV.
V.
Introducción
Estructura Interna de la Tierra
Mecánica de Placas
Litosfera
El Ciclo de Wilson
I. Introducción
Historia de los acontecimientos que conducen a la formulación de la
teoría de la tectónica de placas
La tectónica de placa es una teoría.
• En 1915, un científico, Alfred Wegener ("padre de la tectónica de
placas"), mientras que trabajaba cerca del Polo Norte, vió que su aguja del
compás no señalaba al PN. Es decir el norte verdadero y el norte
magnético estaban en dos lugares separados. Wegener teorizó que los
polos (norte y al sur) "vagaban" con tiempo. Él lo llamó “deriva polar“
("Polar Wandering".).
• También notó cómo los continentes se armaban como un rompecabezas,
muy notorio entre la costa occidental de África y la costa del este de
América del sur. Además, las rocas de estos lugares eran del mismo tipo,
misma edad, y con el mismo tipo de fósiles.
• Su teoría revisada se conocía como "deriva continental", él pensó que no
eran los polos los que cambiaron de lugar, sino los continentes.
• Wegener murió de un ataque al corazón durante un viaje donde estudiaba
los glaciares cerca del Polo Norte a principios de 1930 y su trabajo fue
olvidado virtualmente por varias décadas.
Eje terrestre: es la línea que atraviesa la tierra de norte a sur y marca los
dos extremos Polo Norte y Polo Sur. Es la línea más importante de la
Tierra porque de ella derivan todas las demás. Sobre es eje se realiza el
movimiento de rotación de la Tierra.
• Polo Sur Magnético
El polo sur magnético se define como el lugar donde el campo
magnético del planeta es perpendicular a la superficie, y es un
sitio muy cercano al polo sur geomagnético y al polo sur
geográfico. En la Tierra se ubicaba, en 2005, a 64°53′S
137°86′E;
• Polo Sur Geomagnético
El campo geomagnético terrestre puede ser aproximado por un
dipolo inclinado, posicionado en el centro de la Tierra. El Polo
Sur Geomagnético es el punto donde el eje de este dipolo
interseca con la superficie de la tierra en el hemisferio sur. En
2005 se calculó que estaba localizado a 79°74′S 108°22′E
, cerca
de la Base Vostok. Como el campo no es un dipolo exacto, el
Polo Sur Geomagnético cambia de posición por la misma razón
que el magnético lo hace.
Correlación de África y Sur América por Wegener
Evidencia usada por Wegener:
1. Forma de los continentes
2. Fósiles similares en ambos continentes
3. Cinturones montañosos
4. Cinturones Minerales
Evidencia adicional
usada por Wegener
para apoyar la
hipótesis de la deriva
continental:
Las montañas se alinean
en el hemisferio
norte
Norteamérica, Europa,
América del sur, y
África se agrupan.
Otra
explicación de
Wegener era
que África,
América del
sur, la India, y
Australia
sufrieron una
glaciación al
mismo tiempo.
Making Connections: Canada’s Geography. Clark & Wallace. Prentice Hall Ginn, 1999.
Alrededor de la II guerra mundial se desarrolló una tecnología (eco
sonda), por un geólogo y comandante, Harry Hess. Él notó que
las rocas a ambos lados de la dorsal (centro Atlántica) eran una
imagen especular. Él teorizó que la zona de la dorsal emanaba
magma de los volcanes submarinos y que el material se separa
lateralmente a ambos lados de la dorsal. Hess tomó más y más
muestras para sostener sus resultados, como parte de una serie de
perforaciones a bordo del buque de investigación, Glomar
Challenger
Confirmación de la teoría de
Placas Tectónicas
• Paleomagnetismo
• Desplazamiento polar aparente (Apparent Polar
wandering)
•
•
•
•
Hot spots
Atolones y Guyots
Edad y distribución de sedimentos
Terrenos
II. Estructura interna de la Tierra
Clasificación de las capas en
función de su composición
• Corteza
– Corteza Oceánica
– Corteza Continental
• Manto
• Núcleo
Clasificación de las capas en función
de sus propiedades físicas
• Litosfera
• Astenosfera
• Manto
• Núcleo
Capas de la Tierra
• 3 capas químicas: el
núcleo, el manto y la
corteza.
Corteza
El Núcleo
•
dividido en 2 capas: núcleo
interno sólido y a núcleo
externo líquido.
El Manto
•
•
La mitad de la parte de la
tierra
Constituido de minerales
ricos en hierro, magnesio,
silicio y oxígeno.
Núcleo
Manto inferior
Manto superior
Celdas convectivas desarrolladas en el manto
A. Arco Volcánico
Transformes
B. Zona de rift oceánico C. Zona de fallas
La Corteza
• rica en O y Si con pocas cantidades de Al,
Fe, Mg, Ca, K y Na.
• Dos tipos de corteza: la corteza oceánica y
la continental
– corteza oceánica se compone de rocas
relativamente densas: basalto
– corteza continental constituida por rocas de
menor densidad, tales como andesitas y
granitos.
• La astenosfera es parte del manto que
fluye, presenta un comportamiento
plástico característico.
• El flujo de la astenosfera es parte de la
convección del manto, que desempeña
un papel importante en el movimiento
de las placas litosféricas.
Capas de la tierra - Temperatura
Capas de la Tierra
(basado en evidencias Sismológicas)
• Ondas Sísmicas
– P (longitudinales o
de compresión)
– S (transversales o de
cizalla)
Ondas P y S
Por medio
sismología
detectar :
de la
puede
a) Límites de capas
b) Fallas
c) Rellenos de poros
(como petróleo)
III. Mecánica de Placas
• Movimientos instantáneos relativos y
absolutos
• Uniones constructivas, destructivas y
conservativas
• Esfuerzos actuantes ¿porqué se mueven las
placas?
Leyes de la Tectónica de placas
1) La superficie de la tierra esta dividida en placas
rígidas (segmentos esféricos del orden de los 100
Km. de espesor) que forman la litosfera (placas
litosféricas)
2) Las placas se crean en las dorsales oceánicas
(uniones constructivas), zonas de acreción.
3) Las placas se mueven sin deformación sobre un
medio viscoso: zona de baja velocidad
4) Las placas se destruyen en las zonas de subducción
5) La parte continental de una placa no es sumergible
6) Los límites de placas se definen sismológicamente.
7) La energía interna de la tierra es disipada en los
márgenes de placa por medio de terremotos
(mecánicamente) y volcanismo (térmicamente).
8) Los movimientos de las placas rígidas son
gobernados por leyes matemáticas que rigen los
movimientos en una esfera. El movimiento entre dos
placas puede ser definido por un polo de rotación
(polo de Euler) y por la velocidad angular relativa
Dirección de movimientos relativos
• Las direcciones son obtenidas a partir de dos
fuentes:
a) las direcciones de las fallas transformantes de
los ridges meso-oceánicos son paralelas al vector
del movimiento relativo de las placas que limitan.
Las fallas transformantes son las estructuras mas
marcadas de todas las cartas batimétricas de los
océanos.
b) La ubicación de los focos sísmicos da información
de los movimientos relativos y con este se puede
calcular fácilmente un vector deslizamiento que
da la dirección y el sentido del movimiento.
Tipos de Uniones entre Placas
• La unión entre dos placas está definida por
un plano y éste puede tener formas muy
irregulares. La máxima unión entre placas
es triple. Las uniones triples pueden ser:
Estables o Inestables
• Uniones estables: Cuando el ángulo entre
los limites de placa es de 120º. (ej: RRR,
TTT, FFF, FTR, RRF, 16 posibilidades).
• Uniones Inestables: cuando el ángulo no es
de 120º, no se mantiene la relación angular.
Existen 3 tipos de límites de placa ( o margenes) :
1.
2.
3.
Convergente -- (compresión)
Divergente -- (tensión)
Transforme -- (movimiento strike-slip)
Tipos de límites de Placa:
Divergente
Convergente
Transforme
Los límites de la placa pueden ocurrir en los
continentes o en los ambientes marinos (océanos) o
ambos al mismo tiempo.
 El movimiento convergente de la placa se asocia a:
a. Compresión
b. Fallamiento inverso
c. Creación de una zona de subducción.
d. Procesos de creación de cinturones montañosos
e. Colisiones de placas:
i. CC vs. CC; ii. CC vs. CO; iii. CO vs. CO
límites divergentes oceánicos se
asocian a:
a.Tensión o extensión (separación)
b.Fallamiento normal.
c.Rifting (como en las dorsales mesooceánica)
d.Creación de magma dentro de la zona
de rift
Las Fallas transformantes se asocian a:
a.Movimiento horizontal
b.Fallas de deslizamiento de rumbo
c. Compensación lateral de las unidades la
roca
Las zonas volcánicas (continentales y oceánicas)
asociadas a tectónica de placa se localizan:
en zonas de subducción.
• colisión continente vs. océano (ej: Andes, NW del
pacífico de los E.E.U.U.
• colisión co-co (ej: Japón, Filipinas); Rocas
basálticas
en zonas de rift (spreading centers) continental u
oceánicos
a. zonas divergentes océano - océano (ej.: midoceanic rift); Rocas Basálticas
b. zonas de rift Continental (ej.: Rift del Este
Africano); Rocas graníticas
El volcanismo de "puntos calientes" se localizan en:
a. Regiones Oceánicas; (ej: cadena de islas hawaiana );
Rocas basálticas
b. Regiones Continentales; (ej: Yellowstone Nat. Park);
Granitos/Andesitas
Zonas sísmicas (terremotos) asociadas a tectónica de
placas:
1. Placa oceánica en subducción; focos sísmicos someros
2. focos sísmicos (Terremotos) intermedios; fusión
parcial y ascenso de magma;
3. focos sísmicos profundos donde losa de la corteza es
hundida por gravedad
Actividad
Sísmica
Reciente
Sismos en
relación a
los límites
de placas
Fig. 2 Principal morphologic and geophysical characteristics of a
subduction zone. (After J. Gill, Orogenic Andesites and Plate
Tectonics, Springer-Verlag, 1981)
Ejemplo de colisión Continente vs. Continente: India vs. Asia
Colisión de la Placa Indica con la Euroasiática
a
b
http://sts.gsc.nrcan.gc.ca/page1/geoh/quake/fig2.htm
El diagrama ilustra la
deformación asociada
a la subducción.
a) deformación
elástica se acumula
entre los terremotos si
la falla inversa es
bloqueada;
b) durante un
terremoto grande, el
borde principal de la
placa es levantado y el
domo (bulge) sufre
subsidencia, colapsa.
Global Tectonics,
p.274
Cinturón de
Fuego del
pacífico
Volcanismo de “Hot Spot”
Límites de Placas Divergentes
• Océanico – Océanico
• Continente - Continente
Ridge MesoAtlántico: Zona
de divergencia
Rift del Este
Africano
Islandia: Ridge MesoAtlántico
Límites transformantes
de Placa
VI. El ciclo de Wilson
El ciclo de Wilson: 1. Formación de un rift
Depresiones elongadas donde el espesor
completo de la litosfera se ha deformado
bajo la influencia de fuerzas de extensión.
Inicio del Rifting
• Rift Activo: causado por el levantamiento del manto
asociado a un hot spot (Burke & Dewey, 1973; White &
Mckenzie, 1989; Davies & Richards, 1992).
• Rift Pasivo: el stress horizontal entre placas litosféricas
causa la extensión. La respuesta inicial puede ser
subsidencia y levantamiento. Estos rifts forman cuencas
con grandes volúmenes de sedimentos y menor
vulcanismo. No hay doming pre-rifting (Sengör &
Burke, 1978) relacionado a hot spot.
Rift activo
Sucesión de eventos:
doming, volcanismo,
rifting.
El Rift pasivo
Sucesión de eventos:
Rift, volcanismo.
Este mecanismo
también requiere de
una debilidad para
localizar la
deformación.
La extensión post-orogénica
• Se sugiere que, en algunos casos, la fuente de
tensiones extensionales que llevan al estiramiento
litosférico pueden originarse en la propia litosfera
2. Extensión : Formación de rift valleys
• los sedimentos continentales son depositados en grabens o
en hemi- grabens
• la sedimentación continental inicial es substituida por
sedimentación marina
• comunicación restricta con aguas oceánicas
• hundimiento lento, poca aporte terrestre.
2. Extensión, Formación de rift valleys
• condiciones anaeróbicas + sedimentos sapropelíticos 
buena fuente de rocas para petróleo
• Trampas potenciales estructurales (fallas, domos salinos) 
buenas trampas
• magmas continentales tholeiiticos llegan a la superficie
como diques y flujos
• Eventualmente se puede formar corteza oceánica
• Rifting: puede ser simétrico o asimétrico
Localización
de los Rift
Continentales
El Valle de Marineris, corresponde a un
accidente importante del hemisferio sur de
Marte. Situado al S del ecuador (y paralelo).
Presenta cerca de 5000 Km. de largo y 400 Km.
de ancho. Su semejanza con los rifts de la Tierra
es considerada como una prueba de que hubo
actividad tectónica.
3. Etapa Proto-oceánica
• la corteza oceánica comienza a formarse (sea-floor spreading).
• las líneas magnéticas comienzan a desarrollarse.
• la parte central divide el océano a la mitad con historias
depositacionales diferentes.
• generalmente al inicio bastante simétrico.
• la cuña terrígena basal en la periferia refleja subsidencia
termo-tectónica rápida.
• la separación acelerada puede conducir a una transgresión
global.
Divergencia
• Las fuerzas tensionales adelgazan la
litosfera
• nuevos materiales son formados entre las
placas y material mantélico asciende
3. Etapa Proto-oceánica
Litofacies
• Fase 1:
– Evaporitas y depósitos salinos profundos
– Basaltos tholeiiticos
– Arrecifes coralinos
• Fase 2:
– negras: sapropelitas y barros carbonatados.
– Salmueras hidrotermales enriquecidas en Cu, Pb y
Zn
Ej: 1) El triángulo de Afar
• Las series estratoides (stratoid-series): basaltos y riolitas alcalinas.
• Volcanismo continental: central y marginal contaminados
• Volcanismo oceánico: axiales y fisurales (tholeiitico + alcalino)
2) El Mar Rojo
• Fases diferentes de evolución hacia el sudeste:
–
–
–
–
Golfo de Suez : RIFT
Sector norte: últimos estadios de Rifting
Sector central: Transición Zabargaad Is.: peridotitas precámbricas
Sector Sur: PROTO-OCEANO
• 300 x 2000 Km., sistema de diques alcalinos
• complejos anulares de essexitas eocénicas
• gabros, tonalitas y riolitas
4. Cuenca oceánica Madura
•
•
•
•
•
•
Continua producción de corteza oceánica
" márgenes pasivos " existen en ambos lados
No son límites de placa
Son en general asimétricos
Subsidencia por flexura por el peso sedimentario
las tasas de subsidencia son mucho más lentas que en
etapas tempranas; pueden desarrollarse plataformas
carbonáticas (e.g., Bahamas).
5. Cierre de la Cuenca oceánica
• la nueva producción de corteza oceánica esta balanceada por el
consumo de la corteza oceánica por la subducción (arco de islas)
• mientras que el suelo marino envejece, se enfría, y llega a ser
eventualmente bastante denso (frío) como para hundirse, ej., Pacífico
W.
• si la tasa de subducción excede la tasa de crecimiento de suelo
oceánico (sea-floor spreading ), el océano comienza a cerrarse
• Materiales como islas oceánicas, sedimentos, etc., no pueden
subductarse, queda en la cuña acrecionaria.
Los Orógenos
Clasificación de Dewey & Bird (1969)
– Orógenos
simples
– Orógenos
complejos
– Orógenos de
colisión
Los Orógenos
• Clasificación de Uyeda (1982),
según el esfuerzo
– Tipo andino (CO-CC) alta
compresión Vrb > 0
– Tipo Marianas (CO-CO)
baja compresión Vrb < 0
– extensión en
subducción
– La diferencia
fundamental esta en
el antearco, la
trinchera avanza
hacia el arco
– Tipo Guatemala, (CO-CC)
Régimen traccional
márgenes convergentes en extensión
La fosa de América central posee márgenes convergentes en
extensión. Demets et al. (1990) sugirieron que la convergencia
entre la placa de Cocos y las placas NAM y del Caribe tienen el
mismo valor -8 cm/año y en azimut todo a lo largo de la fosa de
América central.
Los Orógenos
• Clasificación de Barazangi & Isacks (1976), en
función del magmatismo
– Subducción fría
– Subducción caliente
• Clasificación en función del grado de
acortamiento
– Tipo Chileno:
• con FPC
– Tipo Oregon:
• sin FPC
Los Orógenos
• Clasificación en función de su movilidad
Elementos por detrás del arco
magmático
Obducción
• Proceso tectónico por el cual las rocas ofiolíticas son
emplazadas en superficie: la corteza oceánica cabalga
sobre la continental (opuesto a subducción).
• Comúnmente reconocida en zonas colisionales.
• Algunas ofiolitas son suelo oceánico (e.g. Papua)
Obducción
Papua
Australia
New
Britain
6a. Colisión Arco-Continente
• En la colisión Arco-Continente ocurre: acortamiento
cortical, plegamiento, corrimiento, metamorfismo,
intrusión
• Cuña acrecionaria y fragmentos de suelo oceánico pueden
ser empujados hacia el margen continental
• La litosfera oceánica continua siendo subductada por
debajo del continente
• La litosfera oceánica subducta siempre. ej., Andes
6b. Colisión Continente-Continente
Orógenos Colisionales:
COLISIÓN
• Fenómeno ligado directamente al cierre de
un océano.
• Ciclo de Wilson completo
• Colisión y acreción tectónica: no deben
asociarse a un mismo mecanismo
geotectónico
6b. Colisión Continente-Continente
• las ofiolitas se pueden preservar a lo largo de la sutura, o estar
corridas y preservarse como klippes
• El levantamiento resulta en desgaste por la acción atmosférica y
erosión
• Se forman molassas (depositada en el continente o aguas someras)
y flysch (depositado en aguas profundas, generalmente más lejos)
• la restricción geográfica de las cuencas oceánicas dan lugar
comúnmente a cuencas aisladas (ej., Mar Caspio)
• Si continua la colisión puede producirse un proceso denominado
indentación tectónica
7. Nueva Ruptura
• Si eventualmente termina la colisión, los movimientos de la
placa se ajustan, y un nuevo continente más grande se
forma.
• el calor se acumula debajo, el manto asciende.
• el rifting comienza.
• donde ocurre el rifting?.
– podría ubicarse en la región donde el manto ascendió
– podría estar a lo largo de una línea de la debilidad (sutura
anterior). e.g., océano de Iapetus, océano Atlántico.