Geologia: Estructura Interna, Cicle de les Roques i Tectònica de Plaques

El Cicle de les Roques i la Dinàmica Terrestre

A la superfície terrestre, hi té lloc la meteorització i la transformació de materials en sediments. A l'interior de l'escorça terrestre, els materials són sotmesos a pressions i temperatures altes. Els sediments es transformen en roques que es poden plegar, canviar d'aspecte i de composició, i fondre's.

Factors que Modifiquen els Materials a l'Escorça

• Pressió: Augmenta ràpidament amb la profunditat a causa del pes de les roques.
• Temperatura: Augmenta amb la profunditat; a l'escorça s'arriba a temperatures de 1.000 graus.
• Esforços de compressió i distensió: Produïts pels moviments del mantell.

Processos de Transformació de les Roques

• Diagènesi: Compactació i cimentació dels sediments (formació de roques sedimentàries).
• Metamorfisme: Canvis en la textura i en els minerals de les roques sense que hi hagi fusió (formació de roques metamòrfiques).
• Magmatisme: Fusió de les roques i formació de magmes (formació de roques ígnies).

El Gradient Geotèrmic i la Calor Interna de la Terra

La calor interna de la Terra prové de diverses fonts:

• Impactes de meteorits: L'energia cinètica es transforma en energia tèrmica.
• Desintegració d'elements radioactius: Produeixen partícules subatòmiques (electrons i neutrons) a altes velocitats. Quan aquestes partícules topen amb els àtoms, augmenten la seva energia tèrmica.
• Decantació dels materials més densos: El moviment del ferro cap al nucli terrestre va començar quan el planeta ja s'havia començat a fondre, però un cop iniciat va generar molta més calor.

Formació de les Capes Terrestres

Quan la Terra gairebé es va fondre, els materials es van ordenar per densitat. El ferro va formar el nucli. Surant sobre el nucli van quedar els materials del mantell, i sobre aquest es va començar a formar l'escorça, com una capa fina de roques. Els gasos que es van desprendre de les roques foses es van anar acumulant sobre la superfície del planeta, formant l'atmosfera.

Composició i Estructura de la Terra

Escorça

És una capa rocosa prima i sòlida.

• Escorça continental: El seu gruix és d'entre 30 i 70 km. Està composta principalment de granit. En moltes zones, la superfície està coberta d'una espessor de roques sedimentàries i de sediments.
• Escorça oceànica: El seu gruix és d'uns 10 km. Està composta de basalt i gabre, roques d'una densitat una mica més gran que la del granit.

Mantell

És una capa rocosa situada sota l'escorça que arriba fins a la superfície del nucli (2.900 km). Està compost per peridotita, una roca que conté el mineral d'olivina.

• Mantell superior: Comprèn des de la base de l'escorça fins als 670 km de profunditat.
• Mantell inferior: Abasta des dels 670 km fins a la superfície del nucli, situada a 2.900 km de profunditat.

Nucli

La composició és metàl·lica, amb un 85% de ferro, un 5% de níquel i un 10% d'elements no metàl·lics.

• Nucli extern: Comprèn des dels 2.900 km de profunditat (des de la base del mantell) fins als 5.150 km. Es troba en estat líquid.
• Nucli intern: És una esfera d'uns 1.220 km de radi i es troba en estat sòlid.

Les Discontinuïtats Sísmiques

Les discontinuïtats sísmiques són zones on les ones sísmiques produïdes en un terratrèmol canvien bruscament de velocitat en recórrer l'interior de la Terra, i es perceben en els sismògrafs de tot el món.

• Discontinuïtat de Mohorovicic: Se situa entre l'escorça i el mantell, a una profunditat variable (entre 30 i 70 km).
• Discontinuïtat de Repetti: Separa el mantell superior i el mantell inferior. Es localitza a 670 km de profunditat.
• Discontinuïtat de Gutemberg: Separa el mantell del nucli extern. Es troba a 2.900 km de profunditat.
• Discontinuïtat de Lehman: Separa el nucli extern del nucli intern. Es troba a 5.150 km de profunditat.

La Litosfera: Capes i Tipus

La litosfera és la part més externa del mantell superior, fermament unida amb l'escorça, formant un conjunt compacte.

• Litosfera continental: Formada per escorça continental i part del mantell superior. El seu gruix és de 300 km sota les cadenes muntanyoses i d'uns 100 km a les zones planes continentals.
• Litosfera oceànica: Constituïda per escorça oceànica i part del mantell superior. El seu gruix és de 100 km a les zones més antigues dels oceans, i de menys de 20 km a les zones més joves.

L'Origen dels Relleus: Fixisme vs. Mobilisme

Les teories inicials (fixistes) suggerien que la causa dels relleus terrestres era la calor interna. Això es va confirmar amb les erupcions volcàniques, que alcen cons de centenars de metres d'altura. Hutton ja pensava en un procés capaç de plegar les capes de sediments i d'apilar-les sobre elles mateixes fins a alçar-les a milers de metres sobre el nivell del mar.

Algunes teories es remetien als relats bíblics, atribuint l'origen al diluvi universal. Altres teories suposaven que la Terra s'havia anat contraent a mesura que es refredava.

Alfred Wegener i l'Inici del Mobilisme

Alfred Wegener afirmava que els continents es podien desplaçar i que feia 300 milions d'anys havien estat units formant una massa continental única que va anomenar Pangea.

Wegener va aportar proves molt sòlides per defensar la seva teoria, però la idea que els continents es desplacin era massa increïble per a l'època. Pensava que els continents es movien lliscant sobre els fons oceànics, però no podia explicar quina força els empenyia. Tot i que va citar la rotació terrestre com una causa possible, la seva teoria de la deriva continental va ser desacreditada inicialment.

Els Moviments Verticals i la Isostàsia

Les teories fixistes estaven en ple desenvolupament i el moviment dels continents no semblava en absolut necessari per explicar l'origen de les muntanyes. Molts continuaven atribuint al diluvi universal l'origen d'algunes formacions geològiques de sorra i conglomerats.

Cada vegada era més evident que els fòssils que hi havia a les muntanyes procedien de les profunditats marines, i l'enorme espessor de les sèries d'estrats a les serralades indicava que s'havien dipositat en una conca el fons de la qual s'enfonsava a mesura que s'hi acumulaven sediments.

L'Astenosfera: Una Nova Capa Plàstica

El geòleg Joseph Barell va suggerir que a l'interior del mantell, a uns 100 km de profunditat, hi havia una zona en què les altes temperatures devien provocar que els materials perdessin gran part de la rigidesa i es comportessin plàsticament.

L'astenosfera permetia que les conques s'enfonsessin a causa del pes dels sediments que s'hi acumulaven i que els relleus s'alcessin a mesura que l'erosió els anava alleugerint de pes. Aquest procés correspon a la isostàsia.

El Desenvolupament de la Teoria Mobilista

Durant la Segona Guerra Mundial, la tecnologia va permetre fer mapes detallats dels fons oceànics. Els fons eren molt diferents del que se suposava, i al llarg de la dècada del 1950, es van fer diverses campanyes per recollir informació. Després, els arguments de Wegener van agafar protagonisme. Entre el 1945 i el 1950, l’abundant informació recopilada sobre els fons oceànics va generar molts dubtes sobre la certesa de les teories fixistes i va fer que es comencés a acceptar la mobilitat dels continents.

L'Expansió del Fons Oceànic

La velocitat d’expansió actual era difícil de calcular. Els estudis sísmics mostraven que no era l’escorça sinó la litosfera sencera la que lliscava, arrossegada pels corrents de convecció.

El Bandat Magnètic dels Fons Oceànics

Se sabia que els camps magnètics eren inestables i que la seva polaritat s’inverteix cada cert temps. Les inversions es produeixen a un ritme molt irregular. Les inversions dels camps magnètics queden enregistrades a les roques volcàniques que contenen minerals com la magnetita, ja que actuen com a brúixoles.

Les Plaques Litosfèriques

La litosfera és una capa mixta formada per l’escorça i part del mantell superior, i és d’un gruix variable. Les plaques es classifiquen segons la seva composició:

• Plaques oceàniques: Estan compostes únicament per litosfera oceànica.
• Plaques continentals: Estan compostes únicament per litosfera continental.
• Plaques mixtes: Contenen litosfera continental i oceànica.

Les més grans són les mixtes (Exemples: Nord-americana, Africana, Eurasiàtica...). Les Illes Balears serien microplaques o litosferoclasts, és a dir, fragments de litosfera.

Moviments Relatius a les Vores de les Plaques

Les vores de les plaques són zones en què dues o més plaques entren en contacte i interactuen entre elles, la qual cosa origina una activitat geològica intensa: vulcanisme, sismicitat, etc. Aquests processos són resultat del tipus de moviment relatiu.

Processos Geològics a les Vores de les Plaques

Vores Constructives: Les Dorsals Oceàniques

Són zones de fractura de quilòmetres de longitud que originen una intensa activitat volcànica fissural. El vulcanisme produeix grans volums de basalt, que origina nova escorça. Els corrents de convecció divergents produeixen esforços distensius. La pressió que fa el magma aixeca les dues vores i formen el relleu de la dorsal. L’aigua és expulsada a alta temperatura i forma sortidors hidrotermals.

Vores Passives: Les Falles de Transformació

Les dorsals són fractures discontínues, i és freqüent que una dorsal s’interrompi i continuï uns quants quilòmetres més a l’esquerra o a la dreta. Això rep el nom de falla de transformació. La característica principal és un moviment de cisallament molt actiu que genera una forta sismicitat.

Vores Destructives: Les Zones de Subducció

La litosfera oceànica es doblega i s’enfonsa en el mantell. Per això són zones de destrucció de litosfera oceànica.

Procés de Subducció

• Es destrueix litosfera oceànica.
• La fricció de la placa subduent origina una sismicitat intensa.
• Es produeix magmatisme. El basalt fos és més lleuger i genera orògens tèrmics tant als marges continentals com a l’oceà.
• Es produeix metamorfisme.

Vores de Col·lisió: Els Orògens de Col·lisió

Quan col·lideixen dues plaques continentals, una queda encavalcada sobre l’altra i el moviment convergent s’atura.

Procés de Col·lisió

• El gruix de la litosfera continental augmenta.
• Els sediments acumulats queden deformats, fracturats i apilats sobre la zona de sutura i formen un relleu que rep el nom d’orogen de col·lisió.
• Té lloc un ascens isostàtic.
• La compressió origina metamorfisme i magmatisme.
• La col·lisió provoca en totes dues plaques grans fractures que causen una forta sismicitat.