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UD 15. Dinámica litosférica.
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1.- Isostasia.
Siempre ha habido teorías para explicar hechos como el vulcanismo, los terremotos, la
formación de cordilleras,… Una de las más exitosas fue el contraccionismo: la Tierra
primigenia estaba fundida; al enfriarse se originó la corteza; el enfriamiento progresó hacia el
interior, y el tamaño disminuyó; la corteza, formada cuando el volumen era mayor, se arrugó
formando las cordilleras.
Es un tipo de teoría fijista, según la cual los continentes no se han movido nunca.
Los primeros movimientos en admitirse fueron
los verticales. Se partió de varios supuestos:
Los materiales se distribuyen en capas de
densidad creciente con la profundidad.
El grosor de la corteza terrestre es mayor
en las zonas más elevadas.
George Airy (1855) considera que las
cordilleras son como icebergs ligeros flotando
sobre materiales más densos. Eso explicaba
que fueran tan profundas.
Clarence Edward Dutton (1892) define la
Teoría de la Isostasia: si una zona terrestre se
sobrecarga se hundirá; si se descarga se
elevará. Las elevaciones y descensos se
rigen por el principio de Arquímedes. Este
mecanismo explicaría los movimientos
verticales de la corteza.
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Erosión
Cordillera
A
B
Corteza
continental
Depósitos
Subsidencia
Corteza
oceánica
A En las cordilleras la corteza es más profunda (70
Elevación
C
Km frente a 10 km en los océanos).
B La erosión retira materiales de las zonas más altas,
activándose la recuperación isostática que elevará
la base de la cordillera.
C La recuperación se distribuye regionalmente por lo
que no se producen grandes saltos laterales.
Es una teoría antigua, pero vigente, siempre que tengamos en cuenta que:
►Los ajustes isostáticos son muy lentos. Escandinavia todavía está “subiendo” después
del deshielo de la última glaciación, hace 10.000 años.
►El equilibrio se alcanza a escala regional, no local. La litosfera se arquea si los
esfuerzos son verticales igual que un tablón de madera, distribuyendo el esfuerzo y afectando
gradualmente a distintas zonas de una región.
►La Astenosfera es muy viscosa, casi sólida, pero a escala geológica se comporta
como un fluido. Pueden explicarse así las corrientes de convección del manto, y el
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comportamiento según Arquímedes, en intervalos de tiempo geológico (lento).
Los escalones del relieve terrestre
El máximo desnivel de la superficie terrestre es de
unos 20 000 metros (8800 de la máxima altura y 11
000 de la fosa más profunda). En un mapa de
espesores de corteza terrestre, vemos que las
zonas mas gruesas corresponden a las grandes
cordilleras.
Si se representa el porcentaje de la superficie
terrestre que hay en cada altitud se obtiene la curva
ipsométrica. De su análisis se concluye:
Son muy poco frecuentes los valores extremos
(alturas > 5000 m o profundidades > 7000 m).
La mayoría de la corteza continental está entre
400 y 1000 m de altitud, y la mayoría de la corteza
oceánica entre -4000 y -5000 m de profundidad.
La corteza continental está formada por materiales
poco densos (2.7 g/cm3) y la corteza oceánica por
materiales más delgados (3 g/cm3) . La altura que
alcanza cada zona es la de su equilibrio
isostático.
Cuanto más gruesa sea una corteza, tanto más alta y profunda será. Todo proceso que
incremente el grosor de la corteza hará que alcance mayores altitudes.
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2.- Primeras ideas movilistas.
Las teorías que defiende el movimiento lateral de los continentes son
ideas movilistas. De ellas, la más conocida es la teoría de Alfred
Wegener plasmada en el libro “El origen de los continentes” (1915).
Ideas anteriores a Wegener
Francis Bacon (1620) comenta la complementariedad de las costas de
África y América del Sur.
Alexander von Humboldt (principios s.XIX) lo menciona también, unido a
la continuidad de algunas formaciones geológicas en ambos continentes.
Frank Taylor (1910) expone la hipótesis de la movilidad continental, de
acuerdo a las cordilleras de Asia y Europa. Supuso que el
desplazamiento fue de norte a sur; las colisiones posteriores originarían
las cordilleras.
Teoría de la deriva continental
Para Wegener, todas las tierras
emergidas habían formado un
gran continente o Pangea. La
situación actual es el resultado
de la división del Pangea y el
desplazamiento posterior de los
fragmentos. Wegener se apoyó
en argumentos geográficos,
paleontológicos, geológicos y
paleoclimáticos.
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Argumentos de Wegener
A. geográficos: La forma complementaria de los continentes; los “fallos” los achacaba a la
erosión costera y a los cambios del nivel del mar. Si además se colocaban las plataformas
continentales, el ajuste era aún mejor.
A. paleontológicos: Estudió la presencia de fósiles de Mesosaurus, Lystrosaurus,
Glossopteris, repartidos por los actuales continentes; si las ideas evolucionistas eran
correctas, la única forma de explicar la presencia simultánea era que los continentes
estuvieron unidos.
A. geológicos: Ciertas cordilleras y otras formaciones eran continuas
a ambos lados del Atlántico, igual que “si compusiéramos los trozos de
un periódico roto, atendiendo solo a su forma, y luego intentáramos
leer los renglones”. Solo si los trozos han estado unidos la lectura
tiene sentido.
A. paleoclimáticos: Señaló la presencia de tillitas (depósitos
glaciares) de igual antigüedad en lugares muy alejados; de no haber
estado juntos no podrían haber tenido el mismo clima.
Granitos antiguos
¿Qué causa los desplazamientos?
Wegener no supo explicar cómo se originaban los
movimientos. Postuló la fuga polar (debida a la
rotación terrestre, que los llevaría al Ecuador) y el
frenado mareal (provocado por la atracción del Sol y
la Luna, que los desplazaría hacia el Oeste).
Cadenas montañosas
Casquete glaciar
(300 m.a.)
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3.- De la Deriva continental a la Tectónica de placas.
La teoría de Wegener fue denostada por científicos como Jeffreys (1922), y rechazada en
1926. Wegener muere en 1930 sin poder probar su teoría.
Se considera que la mayor parte de sus argumentos eran ciertos; sus fallos principales son:
El movimiento es más lento de lo que suponía Wegener.
Las causas de los movimientos continentales no eran correctas.
Los fondos oceánicos no son fijos, sino que se mueven, a veces con los continentes y otras
veces solos.
Continente
Desde aquí a la actualidad:
Plataforma continental
Holmes (1929) descubre las corrientes de
Solapamiento
Huellas
convección del manto.
Años 50: el uso del sónar aplicado a los
fondos oceánicos permitió el descubrimiento de
la dorsal oceánica (60000 km de longitud).
Bullard (1964): encaje de continentes y
plataformas continentales.
Tuzo Wilson (1965) define la placa, para
referirse a grandes trozos de litosfera que se
mueven de forma unitaria.
En 1968 se postula la teoría de la Tectónica
de placas: la litosfera está dividida en
fragmentos o placas, que se mueven debido a
la agitación térmica del interior terrestre. Estos
Bullard,
movimientos originan vulcanismo, sismicidad,
1964
cordilleras, y cambios en la distribución de
tierras y mares.
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4.- Dorsales y fondos oceánicos.
Los fondos oceánicos tienen tres características
destacadas:
►Dorsales oceánicas: El Atlántico está recorrido
de Norte a Sur por un relieve submarino de 2 a 3
km de altura. Tiene un surco central o rift, limitado
por fallas normales. Se bifurca hacia el Indico y el
Pacífico (que no tiene rift), alcanzando 60 000 km
de longitud. Toda la dorsal está interrumpida por
fallas transformantes transversales.
Plataforma
continental
Talud
Dorsal
Islas volcánicas
(Canarias)
►Distribución y escasez de los sedimentos: Dado que los sedimentos se depositan
continuamente, se esperaba encontrar grandes espesores. Sin embargo, están ausentes en
la dorsal y son escasos en el resto, aumentando su espesor al alejarnos de la dorsal.
►Juventud de la corteza terrestre: La edad de los
sedimentos aumenta con la profundidad; la edad de los
mas profundos coincide con la de los basaltos situados
justo debajo (edad de la corteza en ese lugar).
En todas las cuencas oceánicas se repite:
En las dorsales los basaltos son actuales (106 años).
La antigüedad de los basaltos se incrementa al
alejarnos de la dorsal.
La edad nunca supera los 180 millones de años.
Si los océanos tienen 4000 M.a. ¿cómo los sedimentos
más viejos tienen 180 M.a.? ¿Dónde están los fondos
más antiguos?¿Qué ocurre en la dorsal para que sus
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materiales sean tan jóvenes?
Zona de
fractura
Placa A
Placa B
Litosfera
Litosfera Sedimentos
Corteza
oceánica
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5.- Dinámica de los fondos oceánicos.
Los basaltos presentan cristales de minerales de
hierro (magnetitas, etc) que pueden orientarse
según el campo magnético terrestre; cuando se
han enfriado, es permanente. Hay magnetización
en bandas paralelas al eje de la dorsal, con
polaridad normal e invertida alternativas.
El
magnetismo
antiguo
(paleomagnetismo) nos permite saber que el
campo magnético terrestre se ha
invertido muchas veces, aunque no nos
dice por qué ha ocurrido.
Magma
Magma
Teoría de la extensión del fondo oceánico
Se debe a F. Vine y D
Matthews (1963) . Las
dorsales son lugares de
generación
de
litosfera
Magma
oceánica a partir de material
magmático del interior. La litosfera recién creada se aleja, dejando un espacio que es
ocupado por nuevos materiales. Cada “banda” creada registra la polaridad en el momento de
su formación. Se explica así:
El bandeado magnético.
El incremento de la edad de los fondos al alejarnos de la dorsal.
La distribución de sedimentos.
Los terremotos de las dorsales (de foco somero, poca magnitud pero muy frecuentes).
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¿Por qué se hunde el fondo oceánico?
 La dorsal está elevada sobre el fondo
porque los materiales están dilatados por el
calor del manto (1000 º C a 2 km de
profundidad) y son menos densos.
 El contacto con el agua de mar los enfría,
se hacen mas densos y se hunden
(subsidencia térmica), por lo que los
fondos alejados de las dorsales son mas
profundos que éstas. La corteza se hace
más gruesa porque se le adosa el manto
litosférico frio, menos denso que el
sublitosférico.
 Cuando se alcanza la edad aproximada
de 100 M.a., la densidad media del conjunto
corteza oceánica y manto litosférico
empieza a superar a la del manto
sublitosférico, y empieza a hundirse en él,
fundiéndose.
 Se denomina subducción al proceso por
el que la litosfera se hunde en el interior
terrestre; este proceso puede retrasarse
hasta los 180 M.a., porque el manto
sublitosférico, aunque plástico, está en
estado sólido, lo que dificulta el
hundimiento.
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6.- Zonas de subducción.
Se sitúan en los límites de dos placas litosféricas que convergen (márgenes convergentes).
Son zonas de destrucción de corteza, equilibrando la que se genera en las dorsales. Hay
tres tipos: continental – oceánica, oceánica – oceánica y continental – continental.
Convergencia continental – oceánica
Al ser la corteza oceánica mas fina, es ésta la que se introduce debajo de la continental.
Los sedimentos que viajan en la litosfera no subducen y forman el prisma de acrecion.
Entre éste y los nuevos sedimentos se forma la fosa oceánica.
Hay fragmentos que no subducen, por ejemplo islas asociadas a la litosfera oceánica, y se
habla de obducción (cabalgamiento sobre el continente).
El rozamiento entre la litosfera oceánica (fría y con agua, lo que baja el punto de fusión) y
la continental genera calor, lo que produce fusiones parciales de las sílices, que funden a
menor temperatura. Producen magmas de andesitas (Andes) que afloran en erupciones.
Los terremotos (por
Obducción
Placa
continental
Corteza
continental
Corteza
oceánica
Litosfera
Sismos de
foco somero
Magma
Sismos de foco
intermedio
Prisma de
acreción Sismos de
Manto
foco profundo
sublitosférico
desplazamiento
discontinuo de las
placas) pueden ser
someros (foco < de
70 km), intermedios
(70 km < foco < 300
km) o profundos
(300 km < foco < 700
km).
Fusión parcial
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Convergencia oceánica – oceánica
Son zonas donde la corteza subduce por ser mas densa que el manto. Se habla de
subducción “espontánea”.
La litosfera penetra en un ángulo de gran inclinación
El acoplamiento de placas es débil, lo que favorece la subducción de los sedimentos (no
se forma prisma de acreción).
Aparecen fosas oceánicas muy profundas (Fosa de la Marianas en el Pacífico Oeste)
El magmatismo origina un arco de islas volcánicas.
Arco de islas
Fosa oceánica
Litosfera
100 km
Manto
sublitosférico
Fusión
parcial
Corteza
oceánica
200 km
300 km
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Convergencia continental – continental
Se produce cuando la placa que subduce tiene un tramo continental; cuando subduce toda la
corteza oceánica se produce el encuentro de los continentes.
Como la litosfera continental es ligera, no subduce; se habla de colisión.
Se produce cabalgamiento de unos materiales sobre otros.
Este tipo de convergencia ha originado cordilleras como el Himalaya o los Alpes.
Fosa
Sedimento
Litosfera
Subducción
Corteza continental
Fusión
parcial
Manto superior
sublitosférico
Himalayas
COLISIÓN
CONTINENTAL
La
India
Meseta
del Tibet
Manto superior
sublitosférico
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7.- Fallas transformantes.
En este tipo de borde hay desplazamiento lateral de una placa respecto a otra. Ni se crea ni
se destruye litosfera, por lo que se dice que son bordes conservativos. No hay vulcanismo
en estos bordes, pero los terremotos de foco somero son frecuentes.
Hay dos tipos de bordes conservativos:
El más frecuente es el de las fallas que cortan transversalmente a las dorsales. Se
producen desplazamientos laterales de varios cientos de kilómetros.
El segundo incluye las
Dorsal
Falla transformante
Dorsal
fracturas que conectan
dos límites diferentes de
placas., como la falla de
San Andrés (California) y la
falla
Alpina
(Nueva
Zelanda).
No
hay
vulcanismo
asociado
a
bordes
conservativos, pero hay
frecuentes seísmos de foco
somero.
No poseen asociado ningún
relieve característico.
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TIPO DE MARGEN
DIVERGENTE
CONVERGENTE
TRANSFORMANTE
MOVIMIENTO
EXTENSIÓN
SUBDUCCIÓN
DESPLAZAMIENTO
LATERAL
EFECTO
CONSTRUCTIVO
(se crea litosfera)
DESTRUCTIVO
(se destruye litosfera)
TOPOGRAFÍA
DORSAL / RIFT
FOSA y/o
CORDILLERAS DE
PLEGAMIENTO
POCO
DESTACABLE
VULCANISMO
SÍ (basaltos)
SÍ (andesitas)
NO
SÍ (de foco somero)
SÍ (de foco somero,
intermedio y
profundo)
SÍ (de foco somero)
SISMICIDAD
CONSERVATIVO
(ni se destruye ni se
crea litosfera)
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8.- ¿Qué mueve las placas litosféricas?
Es un hecho que las placas se mueven (1,7 cm/año entre Londres y Nueva York; 4,6 cm/año
entre Hawai y Australia). En este movimiento tiene un papel determinante el calor interno, lo
que define a la Tierra como una máquina térmica, aunque la energía gravitatoria juega
también un papel principal. Las ideas mas aceptadas sobre este movimiento son:
La energía térmica interna genera
corrientes de convección, lo que “pone en
marcha” a las placas. El modelo es complejo
porque estos materiales son sólidos.
En la capa D” (límite núcleo manto,
formada por los materiales más densos del
manto) se originan columnas de materiales
muy calientes que ascienden y pueden llegar
a la superficie (puntos calientes, como
Islandia y Hawai).
Las placas litosféricas son arrastradas por
los movimientos convectivos del manto (1-12
cm/año).
La gravedad influye decisivamente en dos
formas:
La altura de la dorsal favorece el
deslizamiento hacia abajo del fondo oceánico
La litosfera subducida es densa y fria, y la
presión interior la hace más densa, lo que tira
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del resto de la placa hacia abajo (efecto
toalla).
9- Teoría de la Tectónica de Placas: una perspectiva global
Una característica importante de esta teoría es que establece relaciones entre terremotos,
vulcanismo, cordilleras, cambios en la distribución de tierras y mares, y los integra en la
dinámica global del planeta; por eso se la llama teoría de la tectónica global. Puede
resumirse en las siguientes ideas básicas.
1.- La litosfera se encuentra dividida en fragmentos rígidos denominados placas. Su
grosor es variable (50 y 200 km). La mayoría tienen ambos tipos de corteza. Las mayores
son siete: Euroasiática, Africana, Indoaustraliana, Pacífica, Norteamericana, Suramericana y
Antártica. Entre ellas aparecen una docena pequeñas (Nazca, Caribe, Cocos, Arábiga, etc.)
2.- Los límites entre las placas pueden ser dorsales (generan nueva corteza), zonas de
subducción (se destruye litosfera) o fallas transformantes (desplazamiento lateral).
3.- Las placas litosféricas se desplazan sobre los materiales plásticos del manto
sublitosférico. La velocidad es variable (1-12 cm/año). En ese movimiento afectan a las
placas que la rodean, provocando alejamiento, acercamiento o colisión. Por ello, los límites
de placas son las zonas con mayor actividad geológica (terremotos, volcanes, cordilleras)
4.- Los desplazamientos de las placas son causados por la energía térmica del interior
terrestre ayudada por la energía gravitatoria. Este calor impulsa las corrientes de
convección que causan el movimiento de las placas.
5.- La litosfera oceánica es renovada continuamente, mientras que la continental tiene
un carácter más permanente. La creación de corteza en las dorsales y su destrucción por
subducción explica que la antigüedad de los fondos sea de 180 M.a. como máximo, mientras
que en los continentes hay rocas de casi 4000 M.a.
6.- A lo largo de la historia de la Tierra ha cambiado no sólo la posición de las placas,
su forma y tamaño, sino también el número de éstas, debido a la creación y destrucción
de corteza, así como a procesos de división y unión entre placas.
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Placa Norteamericana
Placa Euroasiática
Placa Juan
de Fuca
Placa del
Caribe
Placa Pacífica
Placa Arábiga
Placa Filipina
Placa Pacífica
Placa de
Cocos
Placa
de
Nazca
Placa
Suramericana
Placa Africana
Placa Indoaustraliana
Placa Antártica
Dorsal oceánica
Subducción
Falla transformante
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