Descubriendo la Geología de la Tierra: Desde Hutton hasta la Tectónica de Placas

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James Hutton y la Edad de la Tierra

James Hutton fue el primero que propuso una edad para la Tierra en millones de años y el concepto de tiempo geológico para explicar que los procesos muy lentos, como la erosión, pudieran lograr resultados de gran magnitud.

El Ciclo de las Rocas

El Ciclo de las Rocas es el conjunto de procesos que modifican las rocas, las transforman en sedimentos y las convierten de nuevo en rocas. Se divide en dos partes:

  • Superficie terrestre: Se da la meteorización de las rocas y su transformación en sedimentos, que son transportados por los agentes geológicos y acumulados en las cuencas sedimentarias.
  • Interior de la corteza terrestre: Los materiales se encuentran sometidos a altas presiones y temperaturas. Los sedimentos se transforman en rocas que pueden cambiar su aspecto, composición o fundirse. El plegamiento de las rocas y el vulcanismo forman relieves.

Procesos del Ciclo de las Rocas

  • Diagénesis: Transformación de los sedimentos en rocas sedimentarias por la presión y temperatura, que producen compactación y cementación de los componentes del sedimento.
  • Metamorfismo: Conjunto de cambios que experimentan las rocas sometidas a altas presiones y temperaturas sin llegar a fundirse.
  • Magmatismo: Fusión de las rocas formando un magma, que cuando se consolida forma las rocas magmáticas.

Estructura Interna de la Tierra

Gradiente Geotérmico

El gradiente geotérmico es el aumento de temperatura que se produce hacia el interior de la Tierra.

Causas del Calor Interno de la Tierra

  • Impactos de meteoritos: Su energía cinética se transforma en térmica.
  • Desintegración de elementos radiactivos.
  • Decantación de los materiales más densos.

Capas de la Tierra según su Composición

  • Corteza continental: Más gruesa, más antigua y menos densa que la corteza oceánica. Tiene rocas sedimentarias y forma las masas continentales.
  • Corteza oceánica: Forma los fondos de los océanos. Compuesta por rocas metamórficas y magmáticas.
  • Manto superior: Desde la base de la corteza hasta 670 km de profundidad.
  • Manto inferior: Desde 670 km hasta la superficie del núcleo.
  • Núcleo externo: Desde la base del manto hasta 5150 km. Se encuentra en estado líquido.
  • Núcleo interno: En estado sólido.

Discontinuidades Sísmicas

  • Discontinuidad de Mohorovičić: Separa la corteza y el manto.
  • Discontinuidad de Repetti: Separa el manto superior del inferior.
  • Discontinuidad de Gutenberg: Separa el manto del núcleo.
  • Discontinuidad de Lehmann: Separa el núcleo externo del núcleo interno.

Capas de la Tierra según su Comportamiento Mecánico

  • Litosfera: Parte de la corteza más el trozo superior del manto.
  • Astenosfera: Parte del manto superior más parte del inferior (capa débil).
  • Mesosfera: Parte del manto inferior.
  • Endosfera: Núcleo.

Tipos de Ondas Sísmicas

  • Ondas "P": Atraviesan líquidos y sólidos.
  • Ondas "S": Atraviesan solo sólidos.

La Litosfera

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

  • Litosfera continental: Formada por la corteza continental y parte del manto superior.
  • Litosfera oceánica: Constituida por la corteza oceánica y parte del manto superior.

La Deriva Continental de Wegener

Alfred Wegener propuso que los continentes podían desplazarse y que hace 300 millones de años habían estado unidos formando una masa continental, la Pangea. Aportó pruebas, pero la idea de que los continentes pudieran desplazarse no fue bien recibida. Pensaba que se movían resbalando sobre los fondos oceánicos, pero no podía explicar qué fuerza era capaz de empujarlos, aunque pensó que podía ser la rotación terrestre. Se encontraron fósiles iguales en continentes diferentes, huellas de la erosión del hielo y se observó el encaje de perfiles de los continentes.

Isostasia

La isostasia es el proceso por el cual la astenosfera permitía, en el fondo de las cuencas, que se hundieran por el peso de los sedimentos que se acumulaban y que los relieves se levantaran a medida que la erosión les iba quitando peso.

Expansión del Fondo Oceánico

En 1960 se sabía que la composición del fondo oceánico era basáltica y que la dorsal oceánica era una cadena de volcanes activos que tenían un elevado flujo térmico y una alta sismicidad. En 1962, Harry Hess propuso que las dorsales eran zonas donde se creaba nueva corteza oceánica y que esta era empujada hacia los lados por el nuevo material, así el océano iba aumentando su extensión. Los basaltos del fondo oceánico eran más antiguos cuanto más alejados estaban de la dorsal (más viejos cerca de los continentes, más jóvenes cerca de la dorsal). La velocidad de expansión de los océanos es de unos pocos milímetros al año. Los estudios sísmicos mostraban que no era la corteza, sino la litosfera entera la que se deslizaba, arrastrada por las corrientes de convección.

Bandeado Magnético del Fondo Oceánico

Desde principios del siglo XX se sabía que el campo magnético de la Tierra es inestable y que la polaridad se invierte cada cierto tiempo. En la lava se forman cristales de magnetita. Mientras la lava está muy caliente, los cristales están desordenados. Al enfriarse, los cristales se orientan con el campo magnético terrestre y adquieren un magnetismo remanente. Una roca que se haya formado en una época en la que el campo magnético estaba en posición invertida tendrá su magnetismo remanente invertido. Estas inversiones ocurren con un ritmo muy irregular. Las inversiones del campo magnético quedan registradas en las rocas volcánicas. Cuando la lava se consolida, los cristales de magnetita quedan orientados en la dirección en que se encuentre el campo magnético en esa época. Vine y Matthews terminaron de desprestigiar las teorías fijistas.

Mecanismo de Movimiento de los Continentes

Deriva Continental

Los continentes se deslizan sobre el fondo oceánico. Los fondos oceánicos permanecen inmóviles.

Tectónica de Placas

Junto con el manto, las placas litosféricas se deslizan sobre el manto sublitosférico. Se desplazan los continentes y los fondos oceánicos.

Fuerza que Impulsa el Movimiento de los Continentes

Deriva Continental

No hay un mecanismo claro. Se sugiere la rotación de la Tierra.

Tectónica de Placas

Corrientes de convección del manto sublitosférico. La expansión del fondo oceánico en las dorsales empuja a los continentes.

Causas de los Relieves

Deriva Continental

Arrugas producidas en el frente de avance de los continentes.

Tectónica de Placas

Colisiones entre placas litosféricas.

La convección en el manto es la causante del movimiento de las placas litosféricas.

Pruebas de la Tectónica de Placas

  • La distribución de volcanes y terremotos coincide con los bordes de las placas litosféricas.
  • La litosfera oceánica se hunde bajo los continentes que lo rodean.
  • Se forman cadenas montañosas e islas de origen volcánico.
  • Las dorsales oceánicas tienen una intensa actividad volcánica y sísmica.
  • La simetría en las bandas de magnetismo remanente de las rocas es una prueba de que en las dorsales se crea litosfera que es empujada hacia los lados a medida que va surgiendo más material por la dorsal.

Tipos de Litosfera

Litosfera Oceánica

Más del 90% de su masa son rocas volcánicas y rocas metamórficas pobres en cuarzo. El basalto es una roca densa. La litosfera oceánica puede hundirse en el manto. Se desplaza activamente al formar parte de las corrientes de convección del manto.

Litosfera Continental

Más del 85% de su masa son rocas plutónicas, rocas metamórficas y volcánicas ricas en cuarzo, y rocas sedimentarias. El granito y las rocas ricas en cuarzo son poco densas. La baja densidad de la corteza continental impide que pueda hundirse en el manto. Se desplaza pasivamente, empujada por la litosfera oceánica o arrastrada por las corrientes de convección.

Tipos de Placas

  • Placas oceánicas: Compuestas por litosfera oceánica (Placa Pacífica, placa de Cocos, placa de Nazca).
  • Placas continentales: Compuestas por litosfera continental (placa Arábiga).
  • Placas mixtas: Litosfera continental y oceánica (Euroasiática, Africana, etc.). Las placas litosféricas de mayor tamaño son mixtas, tienen litosfera continental y oceánica.

Movimientos de las Placas Litosféricas

  • Movimiento divergente (se separan): Borde constructivo. Se produce una dorsal oceánica (dorsal centroatlántica). Sismicidad moderada. Intenso vulcanismo. Expansión del fondo oceánico.
  • Movimiento convergente (se chocan): Borde de fosa. Se produce una zona de subducción (costa del Pacífico en Sudamérica). Sismicidad intensa. Vulcanismo. Formación de relieves volcánicos.
  • Movimiento de cizalla (deslizamiento): Borde resultante de falla. Se produce una falla transformante (falla de San Andrés, California). Sismicidad intensa.

Tipos de Bordes de Placa

  • Dorsales oceánicas: Son zonas de fractura con intensa actividad volcánica fisural. Originan nueva corteza oceánica. Corrientes de convección divergentes. La presión del magma levanta dos bordes de fractura que forman el relieve de la dorsal. Entre ambos bordes queda la depresión ocupada por la fractura (rift).
  • Fallas transformantes: Fracturas discontinuas y zigzagueantes. Movimiento de cizalla muy activo que produce una fuerte sismicidad.
  • Zona de subducción: En estas zonas la litosfera oceánica se dobla y se sumerge en el manto. Son zonas de destrucción de litosfera oceánica. La placa subducente siempre es oceánica, pero la placa cabalgante (la de la superficie) puede ser oceánica o continental. Se destruye litosfera oceánica. Intensa sismicidad. Se produce magmatismo. Se produce metamorfismo por el incremento de la presión y temperatura.
  • Obducción: Cuando se produce una colisión entre dos placas continentales, una queda cabalgada sobre la otra y el movimiento convergente se detiene. El grosor de la litosfera continental se incrementa 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 (orógeno de colisión). La compresión debida al choque y rozamiento entre ambas placas producen metamorfismo y magmatismo. La colisión provoca en ambas placas grandes fracturas que causan una fuerte sismicidad.

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