Geología

En el interior de las placas: 

los puntos calientes

La mayor actividad geológica (terremotos, volcanes, deformaciones, cordilleras, etc,...), como hemos visto, sucede en las zonas de límites de placas, pero en algunas ocasiones, dentro de las placas y a kilómetros de distancia de sus límites se dan fenómenos geológicos interesantes.

Un ejemplo de actividad geológica en el interior de las placas, son los conocidos como PUNTOS CALIENTES o HOT SPOTS, que pueden originar archipiélagos de islas volcánicas, como el archipiélago de las Hawai, en el océano Pacífico.                         El origen de las islas Hawai se explica debido a la existencia de puntos calientes debajo de la litosfera océanica. En estas zonas, como vimos al estudiar el movimiento de las placas, se produce un ascenso de materiales muy calientes, sólidos pero plásticos, procedentes de zonas profundas del manto y calentadas por el núcleo externo, hasta la litosfera. Cuando ese chorro de material alcanza la litosfera, parte se funde y se originan magmas que alcanzan la superficie y dan lugar a la formación de volcanes. En el caso de las Hawai, esos volcanes submarinos, al crecer por encima de la superficie del mar formarían las diferentes islas volcánicas del archipiélago.

Pero, ¿porqué las islas Hawai están alineadas?

La explicación al alineamiento del archipiélago de las Hawai, formando una cadena de islas y además con edades decrecientes, la expuso Tuzo Wilson en 1.968 como demostración del movimiento de las placas. Wilson sugirió que debajo de la placa Pacífica, en zonas del manto profundo y justo debajo de las Hawai exitiría un punto caliente que estaría inmóvil, de manera que al desplazarse la placa Pacífica (el fondo del océano Pacífico) situada encima del punto caliente provocaría el desplazamiento de las islas volcánicas ya formadas y la aparición de nuevas islas por ascenso de materiales calientes en esa zona. Esto explicaría porqué las islas volcánicas más antiguas están más alejadas de la zona del punto caliente y las más modernas son las situadas en sus proximidades. El ciclo de Wilson La distribución de las placas y por tanto, de los continentes, ha cambiado a lo largo del tiempo, ya que pueden fragmentarse y unirse unos con otros. El Ciclo de Wilson, propuesto por Tuzo Wison, nos explica de forma ordenada, el proceso de apertura y cierre de los océanos, y la fragmentación y posterior unión de los continentes, que provoca la formación de cordilleras, y resume todo lo que suecede en los bordes constructivos y destructivos sobre la litosfera.  En el ciclo se pueden distinguir las siguientes fases: El continente se fragmenta por acción de puntos calientes que abomban y adelgazan la corteza hasta romperla, originándose un rift continental (como el Rift africano). En la  línea de fragmentación se empieza a formar litosfera oceánica (borde constructivo) que separa los fragmentos continentales. Si continúa la separación el rift es invadido por el mar y se va transformando en una dorsal oceánica. Los continentes quedan separados por una pequeña cuenca oceánica (como el actual mar Rojo). El proceso continúa y los continentes se separan progresivamente. Entre ellos aparece una cuenca oceánica ancha, con una dorsal bien desarrollada (como el Océano Atlántico actual). Cuando la cuenca oceánica alcanza cierto tamaño y es suficientemente antigua, los bordes de contacto con los fragmentos continentales se vuelven fríos y densos y comienzan a hundirse debajo de los continentes y se genera un borde de destrucción. En esta zona se origina una cadena montañosa que va bordeando al continente (orógeno tipo andino, como la cordillera de los Andes). La corteza oceánica se desplaza desde el borde constructivo al de destrucción como una cinta transportadora, por lo que la cuenca oceánica deja de crecer (como el Océano Pacífico). Dada la forma esférica de la Tierra, otros bordes constructivos pueden empujar a los fragmentos continentales en sentido contrario, con lo que la cuenca oceánica se va estrechando (como en el Mar Mediterráneo). Finalmente al desaparecer la cuenca oceánica las dos masas continentales chocas (obducción) y se origina un continente único (supercontinente), y sobre la sutura que cierra el océano se forma una cordillera (orógeno tipo himalayo, como la cordillera del Himalaya). El desplazamiento de las placas se realiza sobre una superficie esférica, por lo que los continentes terminan por chocar y soldarse, formándose una gran masa continental, un supercontinente (Pangea como lo llamó Wegener). Esto ha ocurrido varias veces a lo  largo de la historia de la Tierra. El supercontinente impide la liberación del calor interno, por lo que se fractura y comienza un nuevo ciclo.  Así pues, las masas continentales permanecen y unen y fragmentan en cada ciclo, mientras que las cuencas oceánicas se crean y destruyen. La deriva continental y sus consecuencias ambientales Como hemos visto, la Tierra a lo largo de su historia, ha pasado por momentos en que todos los continentes estaban unidos formando un único continente o supercontinente, y otras, como la actual donde se encuentran separados por océanos.  Según datos geológicos, se piensa que en los últimos 2.600 millones de años, en seis ocasiones se han unido los continentes y en otras seis se han fragmentado.  El hecho de que los los continentes estén o no unidos, ha tenido para la historia de la Tierra una serie de consecuencias ambientales, de manera que ha influido en : el nivel del mar el clima  la distribución de los seres vivos Variaciones en el nivel del mar En la historia de nuestro planeta ha habido épocas en las que el nivel del mar ha estado más alto y otras más bajo. A las subidas del nivel del mar las conocemos como TRANSGRESIONES y las bajadas, como REGRESIONES. En las variaciones en el nivel del mar influyen varios factores, como el clima, pero también el hecho de que los continentes estén juntos o separados.  Las épocas en las que los continentes han estado unidos coinciden con períodos de bajada del nivel del mar (REGRESIONES),  ya que al colisionar los continentes entre sí las masas continentales se elevan y por tanto el nivel del mar en la costa desciende.  Cuando los continentes se empiezan a separar, se forman nuevos océanos, las dorsales oceánicas son muy activas, emiten mucha lava al fondo del océano y por tanto el suelo oceánico sube y también el nivel del mar (TRANSGRESIONES).  A medida que los océanos van creciendo, y las dorsales son cada vez menos activas, el nivel del mar respecto a la costa vuelve a bajar, los contientes volverán a unirse y será otra época de REGRESIONES. Variaciones en el clima Los períodos que en que los continentes han estado unidos coinciden con épocas frías y glaciares, mientras que cuando los continentes han estado separados (como en la actulidad) han sido épocas más calidas en la historia del planeta.  Las razones de estas variaciones en el clima son varias, entre ellas vamos a ver dos: Los niveles de dióxido de carbono (CO2). Cuando los continentes colisionan y forman un supercontinente, este se eleva y por tanto el nivel del mar respecto a la costa baja. Al quedar más superficie del continente expuesta a la atmósfera y los agentes externos, este se desgasta más fruto de la meteorización y erosión, llegando gran cantidad de sedimentos transportados por los ríos al fondo del oceáno. Entre los sedimentos aportados figuran los carbonatos, que se originan a partir de CO2 y calcio disuelto. Esto hace que el fondo del océano atrape parte del CO2 de la atmósfera en forma de carbonatos y por tanto disminuyen los niveles de CO2 atmosférico, es menor el efecto invernadero y el clima se enfría.    Cuando los continentes se separan y sube el nivel del mar, aumentan los niveles de CO2, hay mayor efecto invernadero y por tanto la temperatura aumenta.  La formación de cadenas montañosas. Como hemos visto, al colisionar los continentes se originan cadenas montañosas de cientos de metros de altitud. La colisión de varios continentes en uno, originará grandes cadenas montañosas, cuyas cimas estará cubiertas de nieve. Esto aumentará el albedo, es decir, la radiación solar reflejada por la nieve y por el hielo y por tanto se escapará más calor de la superficie y esta se enfría. Este proceso será como un círculo vicioso, ya que a más frío, más superficie cubierta de hielo y nieve, más radiación solar reflejada y por tanto menos temperatura en la superficie.  La distribución de los seres vivos La distribución actual de los continentes ha condicionado la distribución de los seres vivos, plantas y animales que habitan el planeta. Por ejemplo, la fauna europea es semejante a la nortearmericana, ya que estos continentes se separaron más tarde que otros del hemisferio sur.  Los periodos, como el actual, donde los continentes han estado separados coinciden con épocas de mayor diversidad biológica, abundan más especies animales y vegetales, debido a que los océanos hacen de barrera y separan poblaciones de seres vivos, que tienen que evolucionar por separado, lo que favorece la aparición de nuevas especies. Un ejemplo lo tenemos en la fauna australiana, donde abundan los mamíferos marsupiales, como el canguro o el koala. Los mamíferos australianos están mucho menos evolucionados que el resto porque Australia se separó muy tempranamente del resto de masas continentales que formaban Gondwana (África, Saudamérica, Antártida; india y Madagascar) y evolucionaron aparte de todos los demás. En las épocas en las que existían un único continente ha habido menor diversidad biológica, al haber menos barreras geográficas que aislaran las poblaciones, lo que permite el cruce entre individuos de poblaciones distintas sin que aprezcan nuevas especies.   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. Figure 1: Wegener’s map of paleoclimate data from his 1915 publication, showing the continents joined together and the bands of similar rock types that crossed the oceans (Wegener, 1924). 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. Figure 2: Wegener’s depiction of Pangaea (Wegener, 1924). The dotted areas would have been warm, shallow seas. Wegener provided the present-day outlines and the rivers for the purpose of identification only. Figure 3: Additional images from Wegener’s publication, showing how the continents “drifted” through time (Wegener, 1924). El orígen del movimiento Cuando 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 delmovimiento continental. Control de Comprensión Why wasn't Wegener's theory of continental drift widely accepted at first? Wegener did not propose a driving force behind continental drift. The continents of the world did not look as if they could have fit together. 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 unmagma 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 zanjascomo 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. Control de Comprensión Ocean floors around the world are mostly flat with some random ridges and valleys. have deep valleys and ridges that parallel continental coasts. 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. Figure 4: An example of magnetic data collected by ship across the Juan de Fuca ridge off the coast of Washington state. Gammas are a unit of magnetic force. 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 laLección 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. Figure 5: The magnetic profile shown in Figure 4 combined with topography and the location of the spreading ridge. Mid-ocean ridges View 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. Figure 6: Red lines indicate spreading ridges; yellow lines indicate subduction zones. Light blue lines don’t fit either category. Control de Comprensión Magnetic stripes on the seafloor are evidence for constant addition of magma to the crust at mid-ocean ridges. drifting of continents through the crust. 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 unavelocidad 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. Conceptos Clave La idea de que los continentes se mueven fue propuesta por Wegener en 1915 basándose en evidencia de fósiles, la manera en la que las costas aparentan encajar y otras características, pero no fue muy aceptada en ese entonces. Evidencia que llevo al desarrollo de la teoría de placas tectónicas en la década de 1960 vino primordialmente de nuevos datos del suelo del mar. Incluyendo topografía y el magnetismo de las rocas. La expansión del fondo marino fue propuesta como un mecanismo que forjaba el movimiento de los continentes basándose en patrones simétricos de rocas magnéticas normales y dadas vuelta en el suelo marino.