Estructura Interna de la Terra i Tectònica de Plaques: Des de Wegener fins a l'Actualitat

Estructura i Formació de la Terra

Quan la Terra es va formar, era una bola de materials fosos. Els materials més densos van formar el nucli. Durant la seva creació, els materials es van separar per densitat:

1. El ferro va formar el nucli.
2. El mantell i l’escorça van estar formats per materials rocosos.
3. Els gasos es van elevar per formar l’atmosfera.

A l'interior de la Terra, les capes també es divideixen en funció de les característiques dels àtoms que les formen.

L’Interior de la Terra: Els Models de Capes

Es distingeixen dos models principals per separar les capes terrestres:

• Model estàtic: Separa les capes en funció dels materials que les componen.
• Model dinàmic: Considera el comportament mecànic dels materials.

1a Capa: L’Escorça (Sòlida)

Existeixen dos tipus d'escorça: la continental i l'oceànica.

Escorça Continental: Té composicions totalment diferents i gruixos que van des dels 20 als 70 km. Té menys densitat que l’escorça oceànica i flota sobre el mantell fos; no pot ser substituïda fàcilment.

Escorça Oceànica: Té un gruix mitjà de 7 km i es forma a les dorsals oceàniques. La seva composició és molt semblant a la del mantell.

L'escorça continental i l’oceànica són molt diferents entre elles pel que fa a composició i característiques.

2a Capa: Discontinuïtat de Moho

Entre l’escorça i el mantell trobem la discontinuïtat de Moho, descoberta el 1909 per Andrija Mohorovičić. Aquí es produeix un canvi en la composició química.

A la base dels continents, les ones P viatgen a 6 km/s i de cop incrementen la seva velocitat a 8 km/s. Aquesta discontinuïtat reflexa les ones sísmiques.

Això provoca que els sismògrafs propers a l'epicentre rebin primer les ones superficials directes i després les refractades. Com més lluny estigui l'epicentre, abans arriben les refractades. El punt d'arribada permet determinar la profunditat de Moho.

3a Capa: Mantell

El mantell comprèn el 82% del volum terrestre. Va des de la discontinuïtat de Moho fins al nucli extern líquid. És una capa sòlida composta per silicats rics en ferro i magnesi. A causa de la temperatura, la roca és capaç de fluir a velocitats lentes.

Mantell Superior (Des de Moho fins a 660 km)

• Part superior: Juntament amb l’escorça forma la litosfera rígida (mantell litosfèric).
• Part mitja: Astenosfera (increment de temperatura, Ta).
• Part inferior: Zona de transició.

Zona de Transició (Entre 410 i 660 km)

La part superior d'aquesta zona reflexa les ones sísmiques a causa d'un canvi en la fase mineral (Oliví → B espinel·la → Ringwoodita). Reté fins un 2% d’aigua que entra amb la subducció de la litosfera oceànica i puja a través de les plomes del mantell. Està delimitada per la discontinuïtat de Repetti a la seva part inferior.

Mantell Inferior (De 660 km fins a 2900 km)

Per sota dels 660 km, l'oliví i el piroxè adopten la forma de perovskita (minerals silicats). Com que aquesta capa comprèn el 56% del volum de la Terra, la perovskita és el mineral més abundant de tots.

Discontinuïtat d’ (Guttenberg)

Capa molt variable que delimita el mantell rocós i el nucli extern. És semblant a la variabilitat de la litosfera: és el cementiri d’aquesta i el naixement d’algunes plomes.

4a Capa: Nucli Extern

Al límit mantell inferior-nucli extern, la velocitat de les ones P disminueix i les ones S no passen, cosa que indica que el nucli extern és líquid. Està format per ferro i níquel. Representa 1/6 del volum de la Terra, però 1/3 del pes degut a la seva composició densa. El ferro és l'element més abundant si es mesura en massa.

5a Capa: Nucli Intern

Representa 1/142 del volum de la Terra. Inicialment no existia, però degut al refredament de la Terra, el Fe ha començat a cristal·litzar. És sòlid i gira lliurement. Està separat del nucli extern per la discontinuïtat de Lehman.

Teoria de la Deriva Continental i Tectònica de Plaques

Origen de la Deriva Continental

Com va sorgir la idea de la deriva continental? Alfred Wegener (1880-1930) va publicar el 1915 “El origen de los continentes y los océanos”, on qüestionava el posicionament fix dels continents i oceans. Proposava que en algun moment havia existit un continent únic anomenat Pangaea.

Teoria de la Deriva Continental: Durant el Mesozoic, el gran continent Pangea va començar a fragmentar-se.

Evidències de Wegener

En què es basava Wegener per defensar la seva hipòtesi?

1. Proves geogràfiques: Similitud entre les formes dels diferents continents.
   • Crítica: Les formes no coincideixen perfectament.
   • Solució de Wegener: Es deu a l'erosió contínua. S'havia d'agafar com a referència el límit de la plataforma continental.
2. Proves paleontològiques: La distribució dels fòssils coincideix entre continents que en algun moment van estar units.
3. Proves geològiques i tectòniques: Si els continents van estar junts, el tipus i les característiques de les roques han de coincidir.
   • Ex: Roques ígnies de fa 2200 Ma de Brasil coincideixen amb Àfrica.
   • Ex: Apalatxes i muntanyes d’Escandinàvia.
4. Proves paleoclimàtiques: S'observaven zones càlides amb proves de glaciacions passades, deduint un moviment dels continents.
   • Ex: Àfrica, Sud-amèrica, Índia i Austràlia presenten proves de glaciació durant el Paleozoic.

Comprovació del Model Post-Wegener: Tectònica de Plaques

Paleomagnetisme

La Terra té pols magnètics (nord i sud) alineats amb els pols geogràfics.

Deriva polar aparent: El pol nord ha migrat en els últims 500 milions d'anys. Això implica que o els pols migraven o els continents es movien. Els estudis suggereixen una forta relació entre la posició dels pols geogràfic i magnètic.

Prova definitiva: La comparació de la deriva polar aparent entre EUA i Europa difereix en 5000 km, l'amplitud de l'Atlàntic, donant suport a la hipòtesi de l'EXPANSIÓ DEL FONS OCEÀNIC.

Inversió Magnètica

Simetria a banda i banda de la dorsal oceànica de capes de basalt:

A mesura que s'afegeix nou basalt a les dorsals oceàniques, es magnetitza segons el camp magnètic existent a la Terra. Això actua com una gravadora que registra cada inversió del camp magnètic del planeta.

Sondejos Oceànics

El Deep Sea Drilling Project va perforar el fons marí i va observar que la quantitat de sediments era molt més alta a l'escorça oceànica allunyada de la dorsal que al costat. Això suggeria que la dorsal era el punt de creixement de l'escorça.

Els resultats van demostrar que el fons oceànic és més jove a l'eix de la dorsal. Aquesta va ser la primera evidència directa que donava suport a l'expansió del fons oceànic i a la teoria de la tectònica de plaques.

Punts Calents i Plomes del Mantell

La cartografia de les illes volcàniques del Pacífic va revelar cadenes lineals. La més representativa és la cadena Hawaii-Monte submarino Emperador, amb 129 illes que augmenten d'edat a mesura que s'allunyen d'Hawaii.

Aquestes illes estan formades per un punt calent provocat per la ploma del mantell sota Hawaii. A mesura que la placa del Pacífic es mou, deixa una petjada de punt calent. Els punts calents s'originen des de diferents profunditats; una dotzena dels 40 existents estan associats a punts d'expansió.

Ex: La cadena Hawaii-Monte Submarino Emperador (6000 km formats en 65 Ma) indica que la placa es mou a 9 cm/any.

Ratificació de la Teoria

Teoria de la Deriva Continental: Tots aquests fets ratifiquen la teoria de la tectònica de plaques i la deriva continental proposada per Wegener, demostrant que la seva hipòtesi era, en gran part, correcta.

Moviment de les Plaques Tectòniques: Actualment, el moviment de les plaques tectòniques ja no es mesura amb paleomagnetisme, sinó amb senyals de Geolocalització mitjançant el sistema GPS, que utilitza satèl·lits per determinar la posició a la Terra.

Forces del Moviment de les Plaques

Hi ha dues forces principals que generen el moviment de les plaques tectòniques:

• Força d’arrossegament de placa (Slab Pull): Les plaques antigues de la litosfera oceànica són més denses que l’astenosfera i per tant s’enfonsen com una roca.
• Força d’empenta de la dorsal (Ridge Push): Degut a la gravetat i a la posició elevada de les dorsals oceàniques (menys important).

Models de Convecció del Mantell

Existeixen dos models de convecció del mantell:

• Estratificació a 660 km.
• Convecció de tot el mantell.

Escales per Mesurar Terratrèmols

• Escala de Richter: Calcula la magnitud d’un terratrèmol basant-se en la longitud de les ones i comparant diversos esdeveniments. Els seus punts febles són que ja no s'utilitzen els sismògrafs originals per a la seva creació. Com que és logarítmica, era difícil calcular terratrèmols de magnitud superior a 7 o més llunyans de 700 km. És la més coneguda, per la qual cosa es fan extrapolacions.
• Escala de Magnitud Moment (Mw): Calcula la magnitud d’un terratrèmol en valors absoluts i pot ser mesurada amb qualsevol sismògraf modern.
• Escala de Mercalli (I a XII): És una escala de 12 punts desenvolupada per avaluar la intensitat dels terratrèmols a partir dels danys causats en diferents estructures. És una escala subjectiva d'intensitat, ja que avalua la percepció humana del sisme; s'expressa en nombres romans per diferenciar-la de l'escala de Richter (escala local de magnitud). En l'actualitat, l'escala de Mercalli ha caigut en desús, i per mesurar la magnitud d'un terratrèmol es fa servir l'escala sismològica de magnitud de moment.