El Ciclo de las Rocas y la Tectónica de Placas

El Ciclo de las Rocas

El ciclo de las rocas es el conjunto de procesos que las modifican, las transforman en sedimentos y convierten estos de nuevo en rocas.

Procesos en la Superficie Terrestre

En la superficie terrestre ocurre la meteorización de las rocas y su transformación en sedimentos, que son transportados por los agentes geológicos y acumulados en las cuencas sedimentarias.

Procesos en el Interior de la Corteza

En el interior de la corteza, los materiales se encuentran sometidos a altas presiones y temperaturas. Los sedimentos se transforman en rocas que pueden plegarse, cambiar su aspecto y composición, o incluso fundirse. El plegamiento de las rocas y el vulcanismo forman relieves y llevan los materiales hacia la superficie terrestre. La acumulación de sedimentos en cuencas sedimentarias, que presentan subsidencia, lleva los materiales hasta el interior de la corteza.

Modificación de los Materiales en el Interior de la Corteza

• La presión: Debida al peso de las rocas, aumenta rápidamente con la profundidad. A 12 km de profundidad supera las 3000 atmósferas.
• La temperatura: Aumenta con la profundidad, en unos 3°C por cada 100 metros. Aunque este valor presenta variaciones, en la base se alcanzan hasta los 1000°C aproximadamente.
• Los esfuerzos de compresión y distensión: Producidos por los movimientos del manto, que comprimen y estiran los materiales de la corteza.

Cambios en los Materiales

• Diagénesis: Es la transformación de los sedimentos en rocas sedimentarias debido a la presión y a la temperatura.
• Metamorfismo: Conjunto de cambios que experimentan las rocas sometidas a altas presiones y temperaturas, sin llegar a fundirse. Así se forman las rocas metamórficas.
• Magmatismo: Es la fusión de las rocas formando un magma, cuya consolidación origina las rocas magmáticas.

El Gradiente Geotérmico

El gradiente geotérmico es el aumento de temperatura que se produce hacia el interior de la Tierra (3°C por cada km de profundidad). El causante del gradiente geotérmico es el calor interno de la Tierra, en su mayor parte calor residual procedente de hace más de 4000 millones de años. En aquella época el planeta estaba sometido a tres procesos que generaban grandes cantidades de calor:

• Los impactos de meteoritos: Cuya energía cinética se transforma en energía térmica.
• La desintegración de elementos radiactivos: Que produce partículas subatómicas como los electrones y neutrones a altas velocidades. Estas, al chocar con los átomos de su alrededor, aumentan su energía térmica. Eran más abundantes que en la actualidad.
• La decantación de los materiales más densos: Principalmente el hierro, hacia el núcleo terrestre, comenzó cuando el planeta ya había empezado a fundirse, pero una vez iniciado produjo a su vez mucho más calor debido al rozamiento del hierro fundido al atravesar los materiales rocosos.

Formación de Capas

Los procesos descritos aumentaron tanto la temperatura de la Tierra que hace unos 4500 millones de años nuestro planeta llegó a estar fundido casi por completo. Al fundirse la Tierra, los materiales se ordenaron por densidades: el hierro formó el núcleo; flotando sobre él quedaron los materiales rocosos del manto, y sobre este empezó a formarse la corteza como una delgada capa de rocas poco densas.

Composición y Estructura de la Tierra

La Tierra presenta tres capas bien definidas: un núcleo metálico, un manto rocoso y una corteza también rocosa y poco densa.

Corteza

• Corteza continental: Su grosor varía entre 30 y 70 km. Forma masas continentales y está compuesta fundamentalmente por granito.
• Corteza oceánica: Su grosor es de unos 10 km. Está compuesta por basalto y gabro, rocas cuya densidad es un poco mayor que la del granito.

Manto

Capa situada bajo la corteza y que llega hasta la superficie a 2900 km de profundidad. Compuesto únicamente por peridotita, una roca cuyo principal mineral componente es el olivino.

• Manto superior: Comprende desde la base de la corteza hasta los 670 km.
• Manto inferior: Abarca desde los 670 km hasta la superficie del núcleo a 2900 km de profundidad.

Núcleo

De composición metálica. Se calcula que tiene un 85% de hierro, un 5% de níquel y un 10% de elementos no metálicos, fundamentalmente silicio, oxígeno y carbono. Esta es la composición de los meteoritos metálicos llamados sideritos.

• Núcleo externo: Desde la base del manto a 2900 km hasta los 5150 km y se encuentra en estado líquido. Su fluidez es similar a la del agua y está agitado por violentas corrientes de convección. Estas corrientes son las que originan el campo magnético terrestre.
• Núcleo interno: Es una esfera de unos 1220 km de radio y se encuentra en estado sólido.

Las Discontinuidades Sísmicas. La Litosfera

• Discontinuidad de Mohorovičić: Se sitúa entre la corteza y el manto. Está a una profundidad entre 30 y 70 km.
• Discontinuidad de Repetti: Separa el manto superior del inferior. 670 km.
• Discontinuidad de Gutenberg: Separa el manto del núcleo externo. 2900 km.
• Discontinuidad de Lehmann: Separa el núcleo externo del interno. 5150 km.

Litosfera

La parte más externa del manto superior está firmemente unida a la corteza formando un conjunto rígido, que recibe el nombre de litosfera.

• Litosfera continental: Formada por corteza continental y parte del manto superior. Su espesor es de casi 300 km bajo las cadenas montañosas, mientras que en las zonas llanas continentales su grosor es de 100 km.
• Litosfera oceánica: Formada por corteza oceánica y parte del manto superior. Su grosor es inferior a 100 km en las zonas más antiguas y de menos de 20 km en las zonas más jóvenes de los océanos.

La litosfera, al ser arrastrada por los movimientos del manto sublitosférico, se fragmenta en grandes bloques, llamados placas litosféricas.

El Origen de los Relieves y el Fijismo

A lo largo del siglo XIX y principios del XX se desarrollaron varias teorías que trataban de explicar el origen de las cordilleras y el plegamiento de los estratos, partiendo de la base de que los continentes y los océanos habían ocupado las mismas posiciones desde el origen de la Tierra. Algunas aludían a los relatos bíblicos, atribuyendo al diluvio universal el aspecto de algunos relieves o que la Tierra se había ido enfriando y que los relieves eran las arrugas que tal contracción había causado en la corteza. Estas teorías se llamaban teorías fijistas ya que tenían en común la suposición de que los continentes habían permanecido siempre fijos como en la actualidad.

En 1912 el meteorólogo Alfred Wegener propuso una teoría que afirmaba que los continentes podían moverse y que hacia 300 millones de años habían permanecido unidos formando una masa continental llamada Pangea. Esta es la teoría de la deriva continental. Algunas pruebas que presentó fueron: que los continentes encajaban como un puzzle, las huellas de la erosión del hielo hace 300 millones de años, y que se encontraban fósiles iguales en continentes diferentes.

Los Movimientos Verticales. La Isostasia

En 1914, el geólogo Joseph Barrell propuso que en el interior del manto, a unos 100 km, se encontraba una capa plástica o que perdía rigidez llamada astenosfera. Él pretendía explicar los movimientos isostáticos. La isostasia se produce cuando, debido a la plasticidad de la astenosfera (capa débil), el relieve se hunde debido al depósito de sedimentos o se eleva como efecto contrario.

El Desarrollo del Movilismo

Gracias al SONAR, utilizado en la Segunda Guerra Mundial, se pudo conocer cómo eran los fondos oceánicos. En esa época se pensaba que eran planos, pero gracias a este aparato se descubrió que tenían relieve y que eran atravesados por una cordillera de más de 2000 m de altitud y de miles de kilómetros de longitud.

La Pangea es el nombre que se le da al supercontinente que existió en el pasado, cuando todos los continentes estaban unidos.

Entre 1945 y 1960, la información recogida de los océanos hizo que las teorías fijistas perdieran credibilidad y se empezara a considerar la movilidad de los continentes.

Wegener y la Defensa del Movilismo

En 1926, Wegener y Frank Taylor eran los dos únicos defensores del movilismo, y sus propuestas fueron rechazadas. Ponían como ejemplo que el origen del Himalaya y otras cordilleras era un resultado del movimiento y la colisión de fragmentos de la corteza. En 1929, el geofísico Arthur Holmes dedujo que el manto presentaba corrientes de convección, lo que apoyaba al movilismo. En 1930, Wegener falleció en una expedición en busca de pruebas para el movilismo.

La Expansión del Fondo Oceánico

En 1960 se sabía que la composición del fondo oceánico era fundamentalmente basáltica, y que la dorsal oceánica era una cadena de volcanes activos, con alto flujo térmico y una alta sismicidad. En 1962, el geofísico Harry Hess propuso que las dorsales eran zonas donde se creaba nueva corteza, y que esta empujaba hacia los lados la antigua, lo que provocaba que los continentes se desplazaran. Los estudios sísmicos mostraban que se movía la litosfera entera en vez de los continentes como se pensaba anteriormente. La edad de las rocas apoyaba esta hipótesis: los basaltos del fondo oceánico eran tanto más antiguos cuanto más alejados estaban de la dorsal.

Bandeado Magnético de los Fondos Oceánicos

El campo magnético de la Tierra se invierte cada cierto tiempo. Esta inversión es totalmente irregular y queda registrada en rocas como la magnetita, que actúan como brújulas microscópicas. Actualmente las polaridades están invertidas. En 1963, los geólogos Fred Vine y Drummond Matthews publicaron un artículo en el que explicaban los resultados de las medidas del magnetismo remanente.

La Tectónica de Placas

Es una teoría creada en 1968 a partir de la expansión del fondo oceánico propuesta por Hess en 1962. Esta teoría decía que se movía la litosfera en vez de los continentes como decía Wegener, y se siguieron utilizando las teorías de Wegener de la Pangea y sus pruebas.

La Astenosfera

En 1914, Joseph Barrell sugirió la astenosfera para buscarle sentido a los movimientos isostáticos, pero más tarde se supo que además por ella se deslizaba la litosfera. La convección del manto es la causante de los movimientos de las placas litosféricas.

Pruebas de la Tectónica de Placas

En 1950, Hugo Benioff descubrió que los movimientos sísmicos se producían en un plano inclinado llamado desde ese momento plano de Benioff. Según la teoría de placas, el plano de Benioff se correspondía con la superficie de una placa litosférica oceánica que se hundía debajo de una litosférica continental. Las cadenas montañosas son el resultado de la colisión de placas tectónicas.

Las Placas Litosféricas

En realidad existen tres tipos de placas según su composición:

• Placas oceánicas: Solo litosfera oceánica.
• Placas continentales: Solo litosfera continental.
• Placas mixtas: Litosfera continental y oceánica.

Las placas de mayor tamaño son mixtas y son básicamente 7 que cubren casi todo el planeta. Son: Norteamericana, Suramericana, Africana, Euroasiática, Pacífica, Antártica y Australiana.

Movimientos Relativos en los Bordes de las Placas

En los bordes de las placas se juntan dos o más placas produciendo vulcanismo, sismicidad, etc.

Movimientos entre las Placas

• Divergentes (Constructivos): Se crea nueva litosfera oceánica. Estructuras geológicas: Dorsal oceánica. Ejemplo: Dorsal centroatlántica. Procesos geológicos asociados: Sismicidad moderada, intenso vulcanismo, expansión del fondo oceánico.
• Convergentes:
  • Destructivos: Se destruye litosfera oceánica. Estructura geológica: Zona de subducción. Ejemplo: Costa del Pacífico en Suramérica. Procesos geológicos: Sismicidad intensa, vulcanismo, formación de relieves volcánicos.
  • De colisión: Se produce colisión entre continentes. Estructura: Orogeno de colisión. Ejemplo: Pirineos. Procesos geológicos: Sismicidad, plegamientos de las rocas, formación de relieves.
• De cizalla (Pasivos o Conservadores): Estructura geológica: Falla transformante. Ejemplo: Falla de San Andrés (California). Procesos geológicos: Sismicidad.

Los Procesos Geológicos en los Bordes de Placa

Bordes Constructivos. Las Dorsales Oceánicas

Los bordes de las placas tectónicas que construyen partes de las placas se llaman dorsales oceánicas. Características:

• Zonas fracturadas de miles de kilómetros. Presentan una alta actividad volcánica fisural (de fisura de la placa).
• Producen basalto que origina nueva corteza oceánica, lo que forma una delgada litosfera.
• Las corrientes de convección generan esfuerzos distensivos que tienden a separar las dos partes de la fractura, por lo que esta tiende a permanecer abierta, lo que favorece la continua salida del magma.
• Los surtidores hidrotermales se producen cuando el agua se filtra por el rift y, al entrar en contacto con las rocas incandescentes, es expulsada a muy alta temperatura.

Bordes Pasivos. Las Fallas Transformantes

Las dorsales son fracturaciones discontinuas y zigzagueantes; con frecuencia, una dorsal se interrumpe y continúa unos kilómetros más a la izquierda o a la derecha. En ese caso, la expansión del fondo oceánico hace aparecer una zona de cizalla que se llama falla transformante. La principal característica de las fallas transformantes es un movimiento de cizalla muy activo que produce una fuerte sismicidad.

Bordes Destructivos. Las Zonas de Subducción

En las zonas de subducción, la litosfera oceánica se dobla y se sumerge en el manto. Por ello son zonas de destrucción de litosfera oceánica. La placa subducente siempre es oceánica, pero la placa cabalgante (la que permanece en la superficie) puede ser oceánica o continental. Procesos: se destruye litosfera oceánica; el empuje de la placa subducente origina una intensa sismicidad; se produce magmatismo por la fusión del basalto de la placa subducente; el engrosamiento de la placa cabalgante origina una cordillera volcánica (orógeno térmico) o una alineación de islas volcánicas (arcos de islas); se produce metamorfismo por el incremento de la presión y la temperatura.

Bordes de Colisión. Los Orógenos de Colisión

Cuando se produce la colisión entre dos placas continentales, una de ellas queda cabalgando sobre la otra y el movimiento convergente se detiene. Procesos geológicos: El grosor de la litosfera continental se incrementa, llegando a duplicarse debido a la superposición de ambas placas. Los sedimentos acumulados entre las dos placas antes de su colisión quedan deformados, fracturados y apilados sobre la zona de sutura entre las dos placas, formando un relieve que se llama orógeno de colisión. Se produce un ascenso isostático. La compresión debida al choque y el rozamiento entre ambas placas producen metamorfismo y magmatismo. La colisión provoca en ambas placas grandes fracturas que causan una fuerte sismicidad.