Tectónica de Placas: Corrientes de Convección en el Manto.

Corrientes de convección.

 

Magmatismo en Hawaii.

Holmes propuso que en el manto había corrientes convectivas debido a los cambios de temperatura de la zona. Son las fuerzas principales que mueven las placas. Se trata de movimientos de materiales que están sólidos durante casi todo el proceso, solo estarían líquidos cuando llegan a zonas de menor presión.

Sin embargo, esta teoría presenta muchos problemas si tratamos de realizar un análisis completo de toda la Tierra. De ser cierta, cada placa tendría una célula convectiva. Pero hay placas, como la de África, que son enormes y dado que a mayor tamaño de placa, se requiere mayor diámetro de célula convectiva, también implicaría que esta se daría a mayor profundidad. De esta forma, en algunas placas la corriente debería llegar a profundidades que afecten a todo el manto, mientras que otras solo afectarían a al astenosfera.

 

Representación de la primera teoría de las corrientes de convección.

Así, deberíamos suponer que las corrientes solo debería afectar a la astenosfera, no al zonas inferiores del manto a esto se le denominó advención. Sin embargo, aquí también encontramos problemas, pues debería haber células convectivas de miles de kilómetros de longitud y con un ancho de alrededor de 670 kilómetros. No parece que una célula de estas características pueda ser estable.

La idea más aceptada hoy e día es que existen dos sistemas convectivos separados a un nivel del manto de entre 670 y 700 kilómetros. Sería la causa de que la Tierra haya mantenido el calor durante tanto tiempo.

 

Teoría de convección actual con dos zonas conectivas.

Gracias al estudio de la transición de ondas sísmicas, se han obtenidos muchos datos de temperatura interna de la Tierra. Se ha realizado un mapa interno de calor. Y estos datos apoyan a esta teoría.

También en el núcleo encontraríamos células convectivas.

Además, algunos de esos movimientos pueden atravesar el límite astenosfera – mesosfera y viceversa.

Se sugiere que hay otras causas, otras fuerzas que ayudarán al movimiento de las placas. Destaca entre otras la fuerza de la gravedad. En la zona de la dorsal hay un abombamiento y en la zona de subducción, aparecen fosas. Hay una gran diferencia de altura desde la dorsal hasta la zona de subducción, lo que origina que exista un empuje por la fuerza de la gravedad.

Esta no es una causa única, pero ayuda. Las placas con zonas de subducción se mueven más rápido que aquellas que no tienen zona de subducción. La placa es estirada por las corrientes de convección, por la fuerza de la gravedad y acaba por romperse. Donde se rompe, baja la presión y los materiales de zonas inferiores comienzan a fundirse.

A las grietas se les denomina zonas de fosa o grabe. Son las zonas por donde fluyen los materiales fundidos.

Puntos calientes (hot spots).

Se trata de fenómenos de actividad volcánica intraplaca, es decir, en zonas interiores de la placa. Tienen su origen en zonas muy profundas. Los puntos de calor se encuentran entre el manto y el núcleo. Se trata de puntos fijos. Al ascenso de flujo se le denomina pluma térmica. Cuando alcanza la superficie, atravesando todo el manto, da lugar a volcanes activos en la corteza.

Dado que la placa que se encuentra por encima está en movimiento y que el punto se encuentra fijo en el manto, dará lugar a una hilera de volcanes. De los cuales solo estará activo el que en ese momento se encuentre sobre el punto caliente.

 

Punto caliente.

El movimiento de la placa va originando que se acumulen rocas volcánicas y la formación de islas con volcanes activos e inactivos. Un ejemplo de esta distribución son las islas de Hawai. Estas se encuentran dispuestas en forma de L, con una parte de islas que actualmente se encuentran sobre el punto caliente y por lo tanto tienen vulcanismo activo con rocas generalmente jóvenes, de menos de un millón de años. Y otra parte (otra pata de la L) donde las rocas tienen una antigüedad de 55 millones de años y por lo tanto hace tiempo que no hay vulcanismo activo.

Isla del archipiélago de Hawaii

Un punto caliente puede estar, por azar, sobre una dorsal. Esto es lo que courre en Islandia.

Los puntos calientes dan explicación a algunos fenómenos, como las dorsales asísmicas (existe una entre India y Australia). Se trata de formaciones elevadas, dispuestas en línea y que se explican como puntos calientes, en este caso cuando la placa del índico pasó por encima de un punto caliente y este dejó el rastro en forma de cordillera similar a una dorsal.

Puede haber un punto caliente bajo la corteza continental. Esto es lo que ocurre en el parque nacional de Yellowstone. Los heíseres y vulcanismo se deben a esta causa. Se puede seguir la trayectoria del punto caliente hasta el Pacífico. Antes estuvo en una posición diferente, hay restos en la Placa del Pacífico.

Cuando hay un punto caliente sobre la dorsal y esta no se mueve, a uno y otro lado de la misma se van formando montes vocánicos, simétricos. Produce dos hileras de volcanes simétricas. Hubo un punto caliente de estas características que estuvo activo durante mucho tiempo en la dorsal del Atlántico Sur. Ahora ya no está activo, pues la placa Africana ha avanzado hacia América.

Existen estructuras similares a los puntos calientes, pero que no son puntos calientes en sí mismos. Por ejemplo, las Islas Canarias no son un punto caliente, aunque se asemeje. Se cree que se debe a una grieta en una falla, por donde ascienden materiales fundidos.

Ciclo de Wilson.

Wilson fue el primero que propuso la existencia de puntos calientes.

Se denomina Ciclo de Wilson a una serie de procesos que comienzan cuando se abre un Rift continental. Es una zona con flujo de calor ascendente. Se abomba y la corteza se adelgaza. Se producen tensiones en sentidos opuestos, la zona es afectada por fallas directas, debidas a la distensión, al estiramiento. La producción de materiales volcánicos se hace intensa, se genera corteza oceánica, se separan los dos continentes y hay se genera una dorsal en el medio.

En esa zona se abrirá un océano. Cuando el océano alcance una cierta anchura, comenzará a ser altamente probable que la corteza oceánica más antigua, alejada de la dorsal, fría y rígida se rompa. Habrá acumulado muchos sedimentos sobre ella, lo que aumenta el peso.

En ocasiones es fácil identificar si una roca volcánica se ha formado bajo el mar. Aparecen lo que se denomina lavas almohadilladas. Tienen forma lobular, ya que al salir la lava, primero consolidan muy deprisa al encontrarse bajo el agua, pero la parte inferior sigue fluyendo y hace que la roca adquiera esa forma característica.

En la zona de rotura, la corteza oceánica subduce bajo uno de los bordes continentales. El continente bajo el que subduce cambia de dirección, comienza a destruirse corteza oceánica y los dos bloques que inicialmente se había separado tendrán ahora a aproximarse hasta que colisionan. Una vez colisionan, cesa la subducción y en la zona de choque se forman cordilleras.

Como ya indicamos anteriormente, esto ha ocurrido al menos dos veces en el Océano Atlántico.

Según este ciclo, habría océanos como el Atlántico que se abren y cierra y otros como el Pacífico que siempre están abiertos y cuya corteza está siempre en renovación.

Los continentes están creciendo, son cada vez mayores. El vulcanismo asociado a las zonas de subducción produce corteza continental, son más ligeros que la corteza oceánica, que el formado en las dorsales. Los arcos de islas se están creando y no vuelven a subducir, aunque pueden colisionar con un continente y agregarse a él. Y la mayor parte de los sedimentos del fondo oceánico no subducen, sino que se van agregando a las nuevas cordilleras.

Si todo esto se puede ver poniendo sobre un mapa las edades conocidas de las diferentes rocas. Se puede comprobar claramente que las rocas más antiguas tienden a encontrarse en el centro de los continentes.

 

Ciclo completo (en inglés)

A las fosas que corresponden a zonas de distensión se les denomina fosas tectónicas. Se abren los continentes. Pero también se habla de fosa cuando nos referimos a las depresiones lineales y muy profundas asociadas a las zonas de subducción. Se hablaría en ese caso de fosas tecnóticas. Y realmente no se parecen en nada las unas a las otras.

Otro término interesante es el de obdución. Se habla de obdución cuando nos referimos a los procesos por los que la corteza oceánica, en vez de subducir en la zona de subducción, quedan incorporados a la corteza continental. Se trata de procesos puntuales, de poca importancia. Ocurre, por ejemplo, cuando un gugot llega a la zona de subducción.

Tectónica de Placas: Rifts, Guyots y Fallas Transformantes

Dorsal del Atlántico.

Rifts en tres brazos.

En las zonas de límite entre las placas, se observa que pueden aparecer uniones triples que ponen en contacto tres placas. Cada uno de estos bordes puede corresponder a uno de los tres tipos de uniones distintas (fallas, fosas y dorsales) y por lo tanto pueden aparecer dorsales o bordes distensivos (o constructivos) o bordes compresivos (o destructivos).

Con relativa frecuencia, estos tres tipos de bordes son los tres bordes distensivos. A este tipo de uniones se les llama, en su estado inicial, rift en tres brazos. Se supone que es la forma en la que las dorsales comienzan a actuar en la ruptura de un continente. En la actualidad, podemos encontrar tanto rifts en tres brazos activos como fósiles o inactivos.

Cuando un continente se rompe, lo hace por uno de estos tres brazos. Al avanzar, uno de ellos se estanca, deja de actuar y los otros dos permanecerán funcionales, originando la correspondiente dorsal.

Fuerzas en los rifts en tres brazos.

De este modo, al primer estadío en la formación de una dorsal se le denomina rift y por lo tanto corresponde al comienzo del proceso de fracturación.

El brazo abortado puede estar, en ocasiones, ocupado por un gran río. Es el caso del Misisipi y del Amazonas en el caso de la dorsal Atlántica. Al estar formado por corteza oceánica, más pesada que la continental, tiende a formar grandes depresiones que son las que originan los grandes ríos.

Uno de estos rifts en tres brazos debió existir en el golfo de Vizcaya. Otro rift en tres brazos bien conocido es el que está separando la península arábiga y dos segmentos de África. Se conoce como triánguo de Afar. Este rift es el responsable de que la península arábiga no encaje perfectamente en África, ya que aparece corteza oceánica emergida. Otra zona de este rift evidente es el conocido como valle del Rift (o Rift Valley).

 

Rift en tres brazos en África.

Ahora bien: ¿cómo comienza la formación de un continente? Se supone que cuando un continente permanece mucho tiempo inmóvil, comienza a acumularse calor bajo la corteza continenta. Ese flujo calórico formará un abombamiento de la zona, así como un adelgazamiento de la corteza, hasta que llega un punto en el que se rompe y comienza a activar un rift. Este puede llegar con el tiempo a formar una dorsal.

Como indicamos, esto es propio de placas de gran tamaño que llevan mucho tiempo inmóviles, como ocurre con la placa africana. La placa africana tiene dorsales por todos sus bordes. Las dorsales se alejan entre sí en lugar de presionar la placa africana, de forma que esta lleva muchos años fija, inmóvil mientras las dorsales se distancian sin presionarla.

Bajo la placa africana debe existir una acumulación de calor. África acabará por lo tanto pro fracturarse. Se formaría una subducción y bien se abortaría el brazo del Rift africano o bien progresaría por ese lado.

Acumulación de calor bajo la placa africana.

Hay dorsales en tres brazos activas en el Atlántico Sur. En estos casos están activos aun los tres brazos y aun no ha abortado ninguno. Al menos de momento.

Guyots.

Los Guyots fueron explicados gracias a la expansión del suelo oceánico. Los Guyots son montes

submarions con el techo plano. Aparecen en todos los suelos oceánicos. Tienen composición volcánica. En los lugares donde puede accederse a ellos, se comprobó que inicialmente eran conos volcánicos, pero el techo parecía haber sido aplanado por las olas. La cuestión es que aparecen guyots a grandes produndidades, hasta a 4000 metros.

Guyot en fondo oceánico.

La explicación dada por Hess para estas estructuras fue que se trata de volcanes de la dorsal, formados debido al vulcanismo de esta. El volcán que la forma se encuentra activo durante un tiempo. Debido a la expansión del suelo oceánico, el punto donde se forma se va alejando del eje de la dorsal.

Al ocurrir esto, el vulcanismo cesa. La corteza oceánica formada, al alejarse de la misma, enfría, se hace más densa y se hunde. El Guyot se hunde con ella, pero antes pasa por una zona que puede estar sometida a la acción del oleaje, que erosiona su cumbre y deja una plataforma plana. Su viaje continúa y puede llegar a encontrarse finalmente a muchos metros de profundidad, donde nunca llega el oleaje.

Esta hipótesis se comprobó. Se encontraron restos fósiles de animales bentónicos que viven a escasas profundidades. Se encontraron Guyots en el triángulo de Afar, que han estado bajo el mar, en algún momento han estado sumergidos.

 

Guyot.

La velocidad de acreción de la corteza en las dorsales no es constante. Hay variaciones importantes. Hay variaciones también a lo largo de su propia longitud. Además, cada plano tiene su propio eje de retación, de forma que las esquinas tienen menos posibilidades de crecimiento, crecen menos.

También aparecen variaciones hacia un lado y otro de la dorsal. La placa africana crece alrededor de 1,3cm al año, mientras que la norteamericana crece 0,8cm al año. La consecuencia de estos 0,5cm al año de diferencia es que la dorsal se desplaza esos 0,5cm al año.

También hay variaciones de una dorsal a otra. La dorsal del pacífico desplaza mucho más suelo oceánico, rondando los 12cm al año.

Fallas transformantes.

En la dorsal se encontraron una serie de estructura características. Pronto se pensó que eran fallas, pero no eran una falla normal y su sistema de desplazamiento difiere del esperado inicialmente.

 

Falla transformante.

El primero en poner nombre a estas fallas fue Tuzo Wilson (en 1965). Les dio nombre y una explicación. Se trataba de un nuevo tipo de fallas. Solo son activas en la zona situada entre eje y eje de la dorsal (las fallas alargadas aparecen en toda su longitud). Es decir, solo son activas entre segmento y segmento de la dorsal. Y solo son activas ente eje y eje, porque en las zonas fuera del eje de la dorsal, las fallas se mueven en la misma dirección. Esa zona, además, ya no constituye el borde de una placa.

 

Movimiento en falla transformante.

La hipótesis de Tuzo Wilson fue confirmada por estudios sismológicos de las fallas transformantes.

Se supone que los desplazamientos d elas fallas en segmentos son de origen, cuando se forma el rift. Podrían ser necesarios, tanto los desplazamientos como las fallas, para acomodar la estructura de la falla a la superficie esférica de la Tierra.

Una falla transformate bien conocida es la de San Andrés, que une trozos de la dorsal del Pacífico. Se trata de una zona de dorsal que casi se introduce dentro del continente americano.

Dorsal del Índico.

Se estima que puede existir otra falla transformante en Gibraltar. Se trata de una zona con un borde muy complejo y no hay acuerdo total a la hora de explicarlo. Se les denomina bordes pasivos y consecutivos. Aunque realmente no son especialmente pasivos, pues hay deformación de rocas y actividadad tanto sísmica (de focos medianos o someros) como volcánica.

Lo normal es que las fallas transformantes unan dos segementos de dorsal, pero pueden conectar también dorsales con onas de subducción.

Tectónica de Placas: Expansión del Fondo Oceánico.

Lago Tanganica

Tras las pruebas que confirmaban la expansión del fondo oceánico y la deriva continental, debía buscarse algún tipo de explicación para este fenómeno.

Para buscar una explicación que no derivase de movimientos de corteza, hubo un geógrafo alemán que intentó explicar el océano Atlántico como un gran valle fluvial hundido. Se trata de una solución, no obstante, poco convincente.

La solución a la problemática vino del fondo de los océanos y su estudio después de la segunda Guerra Mundial. Derivó de un gran avance técnico: el sónar.

Un comandante llamado Hess, capitán de un submarino y que descubrió un relieve extraordinario bajo los océanos, con una cierta simetría. A partir de un eje central, en los océanos encontrábamos relieves simétricos. De esta forma, trazó un perfil a través del Océano Atlántico.

 

Perfil del fondo oceánico

Cuando se analizaba el fondo de otros océanos, también aparecía una dorsal, pero no tan simétrica ni tan centrada como la que aparece en el Atlántico.

Islandia es una zona de emergimiento de la dorsal oceánica en el Atlántico Norte.

El tipo de corteza cambia desde el talud hacia la dorsal. La plataforma continental es una prolongación de la corteza emergida, es parte de la misma y posee las mismas características. En cambio, los fondos oceánicos son diferentes, son de tipo volcánico, es decir, son basaltos.

En la dorsal se registran una serie de procesos, de vulcanismo muy activo y generalmente submarino (salvo en zonas emergidas como la antes citada Islandia). Es una región sísmicamente muy activa, con focos someros, poco profundos. En las dorsales hay un flujo calorífero anómalo, un cierto gradiente geotérmico. Además, la propagación de ondas sísmicas en esta zona disminuye, lo que sugiere materiales en un estado plástico.

Otro dato importante surge cuando se comprueba la sedimentación en los fondos oceánicos. Cuando se mide el espesor de los sedimentos que se posan sobre la corteza (provenientes sobre todo del polvo cósmico), la velocidad de sedimentación y su grado de compactación se puede establecer que un centímetro de sedimentos taran alrededor de mil años de media en depositarse.

Expansión del fondo oceánico

Según este dato, si los océanos existiesen como tales desde el nacimiento de la Tierra, deberíamos encontrar un espesor de sedimentos de unos 40 Km. Al hacer perforaciones para establecer el espesor, se encontró que las mayores mediciones eran de alrededor de 1300 metros, lo que equivale a una vida media de unos 250 millones de años. Además, el grosor de los sedimentos adelgazaba a medida que nos movemos hacia el centro de los océanos. En la zona de la dorsal apenas aparecen sedimentos.

Por otro lado, los sedimentos tienen restos de organismos y esto nos puede ayudar a conocer su edad concreta. Se ha

descubierto que los sedimentos del fondo de los océanos están estratificados de forma que los más antiguos están en zonas más profundas (como corresponde), pero las capas profundas con organismos muy antiguos solo aparecen en zonas próximas al continente. Y a medida que nos aproximamos a la dorsal, solo encontramos los sedimentos más jóvenes. Los fósiles de los sedimentos más antiguos encontrados en zonas cercanas a la dorsal tienen a lo sumo unos 250 millones de años. Sedimentos más antiguos a estos solo aparecerán en zonas próximas a los continentes.

Todo esto llevó a Hess a formular la teoría de la extensión del fondo del oceánico (sea-floor spreading). Según esta, las dorsales son zonas en las que está surgiendo material del manto superior, fundido o semifundido y que al consolidar en la superficie, forma nueva corteza o corteza oceánica de composición basal. Como el proceso es continuo, el océano se está ensanchando y los continentes se están separando.

Depósitos en la dorsal y expansión del fondo oceánico

Por lo tanto, las dorsales son un conjunto de fallas que producen una distensión del fondo del océano. La lava se consolida y va haciendo el efecto de una cuña, separando las partes antiguas. Estas fallas, además, explican los terremotos, la sismicidad de la zona. Que los focos sean someros queda explicado porque los materiales del manto están en estado plástico hasta y que alcanzan la superficie no consolidan.

Las emisiones volcánicas también se explican con facilidad, pues corresponden a la lava expulsada. Y la forma de la dorsal también, pues por su propia génesis, tiende a levantar los bloques y al consolidarse los materiales nuevos y hacerse más pesados tienden a disminuir el relieve.

La corteza próxima al continente es la más antigua y por esa razón tiene mayor cantidad de sedimentos acumulados.

Cuando la hipótesis se presentó, supuso un boom, pues entonces se partía de la idea de que el mundo era estático. El mismo Hess, cuando presentó su primer trabajo, lo denominó geopoesía.

Vine y Mattews, en 1963, estudiaron la polaridad magnética de la corteza oceánica, que guarda relación con la dirección magnética de la tierra en el momento de formación de la roca. Se observa un bandeado que se repite a uno y otro lado de la dorsal, con anchuras de bandas que se corresponden y apareciendo una correlación entre bandas estrechas y bandas anchas, así como sucesión de polaridades magnéticas a uno y otro lado de la dorsal.

Cada banda se formó en su momento, cuando la polaridad de la Tierra era la actual o la invertida. Los intervalos de polaridad no son siempre iguales y de ahí que las bandas tampoco tengan siempre la misma anchura.

 

Simetría en la polaridad del fondo oceánico

Una ventaja de la medición de polaridad es que no requiere ser sondeada directamente. Puede realizarse desde un barco mediante un magnetómetro. Este medirá anomalías positivas y negativas, que sumará o restará a la medición actual de magnetismo.

Para explicar los flujos ascendentes de materiales por la dorsal, Hess recurrió a la idea de las corrientes de convección, propuestas anteriormente por Holmes. Según esto, en el manto existen corrientes convectivas, zonas en las que hay un ascenso de materiales y zonas en las que hay un descenso de materiales. El material del manto, aun estando sólido, puede llegar a fundir por las presiones y temperaturas elevadas. En zonas de temperaturas altas, hay corrientes ascendentes. Al ascender, los materiales se enfrían y aumentan su densidad. Esto provoca que vuelvan a hundirse. Las zonas de las dorsales corresponderían a zonas de corrientes térmicas ascendentes.

Corrientes ascendentes del manto en la zona de la dorsal.