UD 15. Dinámica litosférica.

1. UD 15. Dinámica litosférica.

2. 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.

3. A B Depósitos Corteza oceánica A En las cordilleras la corteza es más profunda (70 Km frente a 10 km en los océanos). C 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. Erosión Cordillera Corteza continental Subsidencia Elevación • 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 comportamiento según Arquímedes, en intervalos de tiempo geológico (lento).

4. 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.

5. 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.

6. Granitos antiguos Cadenas montañosas Casquete glaciar (300 m.a.) • 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. ¿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).

7. Continente Plataforma continental Solapamiento Huellas 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. • Desde aquí a la actualidad: • Holmes (1929) descubre las corrientes de 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 movimientos originan vulcanismo, sismicidad, cordilleras, y cambios en la distribución de tierras y mares. Bullard, 1964

8. Plataforma continental Talud Dorsal Islas volcánicas (Canarias) 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. • 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 materiales sean tan jóvenes?

9. Zona de fractura Litosfera Corteza oceánica Sedimentos Litosfera Placa A Placa B

11. Magma Magma Magma 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 (paleo-magnetismo) nos permite saber que el campo magnético terrestre se ha invertido muchas veces, aunque no nos dice por qué ha ocurrido. Teoría de la extensión del fondo oceánico Se debe a F. Vine y D Matthews (1963) . Las dorsales son lugares de generación de litosfera 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).

12. ¿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.

13. Obducción Corteza oceánica Sismos de foco somero Sismos de foco intermedio Litosfera Prisma de acreción Sismos de foco profundo 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 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). Placa continental Corteza continental Magma Fusión parcial Manto sublitosférico

14. Arco de islas Fosa oceánica Litosfera 100 km 200 km 300 km Corteza oceánica • 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. Zona de subducción Fusión parcial Manto sublitosférico

15. Fosa Sedimento Himalayas • 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. Corteza continental Subducción Litosfera Fusión parcial Manto superior sublitosférico Meseta del Tibet COLISIÓNCONTINENTAL La India Manto superior sublitosférico

16. Falla transformante Dorsal Dorsal 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 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.

17. TIPO DE MARGEN MOVIMIENTO EFECTO TOPOGRAFÍA VULCANISMO SISMICIDAD Resumiendo DIVERGENTE CONVERGENTE TRANSFORMANTE DESPLAZAMIENTO LATERAL EXTENSIÓN SUBDUCCIÓN CONSERVATIVO(ni se destruye ni se crea litosfera) CONSTRUCTIVO(se crea litosfera) DESTRUCTIVO(se destruye litosfera) FOSA y/o CORDILLERAS DE PLEGAMIENTO POCO DESTACABLE DORSAL / RIFT SÍ (basaltos) SÍ (andesitas) NO SÍ (de foco somero, intermedio y profundo) SÍ (de foco somero) SÍ (de foco somero)

18. 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 del resto de la placa hacia abajo (efecto toalla).

19. 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.

20. Placa Juan de Fuca Placa del Caribe Dorsal oceánica Subducción Falla transformante Placa Norteamericana Placa Euroasiática Placa Arábiga Placa Filipina Placa Pacífica Placa de Cocos Placa Pacífica Placa Suramericana Placa Africana Placa de Nazca Placa Indoaustraliana Placa Antártica