Que papel juega el manto y el núcleo en la dinámica de los volcanes

Tema 5

¿Que es la evolución?

Los fósiles muestran el cambio

Los fósiles son restos de organismos, o de su actividad, que vivieron sobre la tierra en épocas pasadas  que han quedado preservados. El estudio de los fósiles nos permite conocer cómo eran los seres vivos que habitaban el planeta en épocas pasadas. Así, hemos podido saber que muchas de las especies que vivieron en otras épocas eran muy diferentes a las que hoy existen y que en rocas antiguas no aparecen fósiles de muchas de las especies actuales.

Parentesco evolutivo y arboles filogenéticos

Las relaciones de parentesco entre diferentes grupos de seres vivos se representan gráficamente en forma de árboles filogenéticos.A diferencia de los árboles genealógicos, en los que se utiliza información proporcionada por los familiares, para construir los árboles filogenéticos los biólogos recogen y analizan datos sobre los caracteres (genéticos, de comportamiento, etc.) e lapso organismos que quieren relacionar.

¿Cómo se interpreta un árbol evolutivo?

Tanto los árboles genealógicos como los filogenéticos tienen un tronco y ramas, pero en los segundos se muestran las relaciones entre especies, o grupos de especies, y no entre individuos. Las especies se asocian en función de los caracteres que comparten, es decir, que tienen en común. Cuantos más caracteres en común haya, se supone un mayor parentesco

La evolución es un hecho

La distribución geográfica de los seres vivos

Las grandes aves corredoras son esècíes diferentes pero muy semejantes entre sí. Su actual distribución geográfica se explica suponiendo que el antecesor común de esas aves vivía hace unos 200 años Ma en el continente que ocupaba el hemisferio sur del súper continente Pangea. Al separarse los continentes, distintos grupos de aves quedaron aislados y evolucionaron de forma independiente. El cambio en la disposición de los continentes a lo largo de la historia de la tierra nos ayuda a comprender la distribución geográfica de otros grupos de seres vivos

Anatomía comparada: homologías

El esqueleto de un gato, de un delfín y de un ser humano guardan un parecido asombroso. Esta similitud se hace muy evidente al comparar las extremidades de todos ellos y comprobar que están constituidas por las mismas piezas. La razón de esta semejanza es que los tres proceden de un lejano antecesor común. A estas similitudes estructurales heredadas por los organismos, tanto en su esqueleto como en cualquier otro órgano, se les llama homologías y a los órganos  los que afectan, órganos homólogos.

Para construir un árbol filogenético es necesario utilizar caracteres que sean indicadores fiables de una ascendencia común, es decir, homologías, pero algunos caracteres no son fiables porque no derivan de un mismo antecesor común.

Desarrollo embrionario

Los embriones de diferentes vertebrados pasan por etapas similares en las fases tempranas de su desarrollo. Estas semejanzas van desapareciendo a medida que se desarrolla el embrión, el modo en que se produce el desarrollo embrionarios ha sido heredado de un antecesor común. Dichas semejanzas son más persistentes entre los embriones de ciertas especies que entre los de otras, lo que refleja un mayor grado de parentesco evolutivo.

Células y moléculas

En los niveles molecular y celular, los seres vivos muestran semejanzas extraordinarias. Todas las manifestaciones de la vida tienen un origen común.

Comparar secuencias de ADN de dos especies, es un buen método para deducir su parentesco. Cuantas más diferencias se detecten, más lejos en el tiempo se encontrará su antecesor común

Las primeras explicaciones

Los antiguos naturalistas estaban convencidos de que las especies se habían mantenido siempre tal y como las conocemos ahora. Esta forma de pensamiento se conoce como fijismo.

El lamarckismo o transformismo

El primer científico que propuso una explicación consiste de cómo se podía producir la evolución de las especies fue caballero de Lamarck. Lamarck partía de la idea de que en los seres vivos existía una tendencia natural de cambio hacia formas cada vez más complejas, la consecuencia sería la transformación de las especies. El lamarckismo o transformismo se conoce también como teoría de los caracteres adquiridos, ya que es el mecanismo que propuso Lamarck para explicar cómo tiene lugar la transformación de las especies, se apoya:

• Las condiciones de medio ambiente varían a lo largo del tiempo

• Los cambios ambientales crean nuevas necesidades que exigirían  a los individuos la transformación de sus hábitos o conductas

• Surgen nuevos hábitos que irían acompañados del mayor o menor uso de algunos órganos, lo que provoca su desarrollo o su atrofia.

• Estas modificaciones, inducidas por el ambiente, serían transmitidas a la descendencia.

El Darwinismo o la evolución por selección natural

La segunda gran teoría evolucionista fue la de Charles Darwin y en 1859 llega a publicar “El origen de las especies” el famoso libro que recoge su teoría. El Darwinismo se conoce también como teoría de la evolución por selección natural, propuso como mecanismo para explicar la evolución de los seres vivos en la naturaleza un proceso semejante a la selección artificial que utilizan los criadores de animales en sus granjas. Se puede resumir en:

• Existen pequeñas diferencias o variaciones: se produce entre los individuos de una misma especie y estas pueden afectar al tamaño, la coloración de estas variaciones son heredadas

• Se establece una lucha por la supervivencia: los organismos tienden a producir el mayor número posible de descendientes, pero los recursos del medio son limitados y los miembros de la especie compiten entre si para conseguirlos.

• Algunas variaciones tienen más éxito que otras: en la lucha por la supervivencia, algunos individuos tendrán más éxitos que otros. Los que sobrevivan y se reproduzcan debido a que poseen algunas variaciones favorables dejarán más descendientes que los que tienen variaciones menos favorables.

• La especie cambia: si las condiciones ambientales se mantienen, la variaciones favorables irán siendo más abundantes en cada generación y las menos favorables irán desapareciendo, así la especie cambia.

El Darwinismo en la actualidad

Según Darwin, las diferencias hereditarias que existen entre los individuos de una especie constituyen la materia prima sobre la que actúa la selección natural, sin esas variaciones hereditarias no puede haber evolución. Darwin no pudo explicar cómo se originaba la variación ni tampoco se transmitía generación tras generación

El origen de la variación: las mutaciones

Las mutaciones son cambios en el material genético y, por tanto ,son heredables. La mayoría de las mutaciones son perjudiciales, algunas causan ni perjuicios ni beneficios al individuo que las posee. Si una mutación no proporciona al individuo ninguna ventaja ni desventaja en el ambiente se dice que es neutra, ante un cambio en el ambiente puede ocurrir que una mutación pase de ser neutra a ser beneficiosa o a ser perjudicial. Poseer esa mutación supondrá entonces una ventaja o una desventaja para sobrevivir y para dejar más descendientes.

La reproducción sexual aumenta la variación

En la reproducción asexual, si no se produce mutación, los descendientes llevan la misma combinación de genes que su progenitor. La reproducción sexual origina nuevas combinaciones de genes en los descendientes, aunque la reproducción sexual no produce nuevos genes, también aumenta la variación, ya que genera nuevas combinaciones de genes.

La teoría sintética de la evolución o neodarwinismo

Las variaciones sobre las que actúa la selección natural se originan por mutación y se heredan como los genes, los nuevos descubrimientos llevaron a los biólogos  revisar algunas ideas de la teoría de Darwin:

• Se rechazó el principio lamarckista de la herencia de los caracteres adquiridos

• Quedó definitivamente despachada la idea de la herencia como fenómeno de mezcla

• Se propuso una nueva teoría, la teoría sintética de la evolución o neodarwinismo

  • La unidad evolutiva no es el individuo, sino la población

  • Los individuos de cualquier población son portadores de diferentes alelos que han originado por mutación.

  • Ciertos genotipos determinados por esos alelos (proceden a la recombinación genética) dan a los individuos que los poseen mayores posibilidades de dejar descendencia

La velocidad de la evolución

Para la teoría de Darwin y para el neodarwinismo, su versión actual, la evolución es un proceso lento y gradual. Esta forma de pensamiento se conoce como gradualismo

Saltacionismo frente a gradualismo

Algunos científicos piensan que las formas intermedias que no aparecen fosilizadas nunca existieron o que, si lo hicieron, los cambios sucedieron de forma tan rápida (en el tiempo geológico) que difícilmente se pueden encontrar restos fósiles. Este tipo de pensamiento se conoce como saltacionismo. Una especie pasa por periodos en los que no experimentan ninguna transformación, que aparecen interrumpidos por cortas etapas de la evolución muy intensa. Es la teoría de los equilibrios interrumpidos o apuntados.

Continentes a la deriva

Nacimiento del movilismo

Se denomina movilistas a las teorías que defienden en los continentes se han desplazado a lo largo de la historia de la tierra. Sus antagonistas negaban la posibilidad de que los continentes se movieran horizontalmente, son las teorías fijistas. En cualquier caso, nunca anteriormente se había representado una teoría movilista con tal cantidad de datos, observaciones y explicaciones. Entre ellas, Wegener incluyó argumentos geográficos, paleoclimáticos (de paleo, “antiguo”), geológicos y paleontológicos)

Argumentos geográficos

Wegener comenzó su largo razonamiento en favor de la movilidad continental analizando la forma de los continentes, que parecían encajar como las piezas de un rompecabezas. Si consideramos los continuos cambios experimentados por el nivel del mar y los procesos de erosión litoral, lo casual habría sido que dicho encaje fuese perfecto. Ahora bien, si a los continentes geográficos se les añadía la plataforma continental, el resultado no admitía dudas. Esta va desde el litoral hasta una profundidad de unos 200m, donde se inicia el talud

Argumentos paleoclimáticos

Wegener utilizó ciertas rocas sedimentarias como indicadoras de los climas en los que se originan: yeso y halita, carbones y tillitas (clima glacial)

Argumentos geológicos

Algunas formaciones geológicas tenían continuidad a uno y otro lado del océano Atlántico.

Argumentos paleontológicos

Wegener comprobó que se encontraban fósiles de la misma especie en lugares muy distantes en la actualidad. Así el Lystrosaurus, un reptil mamífero que vivíó en África, pero, asimismo, en la India y Australia. No obstante, todo adquiría  sentido se se movían los continentes y se encajan unos con otros.

Teoría de la deriva continental

Wegener construyó la teoría de la derivada continental, cuyas ideas básica son:  

• En el pasado, todas las tierras emergidas estuvieron unidas configurando un gran continente un se denominó Pangea

• Pangea se dividíó. Los fragmentos resultantes se desplazaron sobre los fondos oceánicos y dieron lugar a los continentes actuales

• En el frente de avance de los continentes se formarían unas “arrugas” : son las cordilleras

La hipótesis imposible

Para Wegener resultaba innegable el desplazamiento de los continentes, sin embargo sugerido dos posibles causas

• La fuga polar o fuerza centrífuga debida  la rotación terrestre, que desplazaría los continentes hacia el ecuador.

• El frenado mareal provocado por la atracción del sol y la luna, que sería el responsable del movimiento de la corteza terrestre hacia el oeste.

Wegener murió sin que sus ideas fueran aceptadas, la teoría fue calificada de “hipótesis imposible”

Adoración actual

Wegener tuvo dos desaciertos básicos: considerar que los fondos oceánicos eran la superficie sobre las que se desplazan los continentes, y la causa que sugirió para estos movimientos. Cuando propuso su teoría existían dos grandes causas un sugirió para estos movimientos:

• ¿Como son los fondos oceánicos?

• ¿Como es el interior terrestre?

Esconder a estas dos cuestiones resultaba imprescindible para poder elaborar un planteamiento sobre la dinámica terrestre. Con todo había entrado ya las bases de la teoría que iba a revolucionar la geología: la tectónica de placas

¿Como son los fondos oceánicos?

Interés científico era también muy grande. Destacaban dos razones fundamentales:

• Los océanos cubren el 71 % de la superficie del planeta y nos es posible saber lo que ocurre él, desconociendo lo que hay bajo los mares.

• Se esperaba encontrar capa sobre capa depósitos de materiales desde hace 4000 Más hasta la actualidad

El océano desvela su secreto

• Existencia de la dorsal oceánica: un relieve submarino de más de 65000 km de longitud que se eleva 2 o 3 km sobre la llanura abisal

• La escasez de sedimentos y su extraña distribución: se esperaba hallar entre 17 y 20 km de espesor medio de sedimentos. Sin embargo la media era de 1,2 km y sorprendentemente sobre el dorsal no había sedimentos.

• La juventud de los fondos oceánicos: todas las rocas encontradas tenían menos de 185 Ma, en contraste con los continentes, donde hay rocas de más de 3800 Ma  

¿Cómo es el interior terrestre?

Datos sobre el interior de la tierra

• El interior de la Tierra está caliente

• El interior de la Tierra es más denso

• La Tierra parece un imán

• La Tierra está estructurada en capas de densidad creciente

Composición de la Tierra

La velocidad de propagación de las ondas sísmicas muestra tres saltos bruscos: Mohorovicic, Gutenberg y Lehmann. Las dos primeras se deben a modificaciones en la composición de los materiales y la última marca un cambio en el estado físico. Son:

• Corteza: es la delgada capa superficial. En los continentes tiene un grosor de 35 km y en su composición predominan el granito y el gneis. En los océanos su grosor de 8km y abunda el basalto.

• Manto: es una capa muy gruesa que llega hasta los 2900 km de profundidad. Está separado de la corteza por la discontinuidad de Mohorovicic. La roca predominante es la peridotita.

• Núcleo: es la esfera central. Está separado del manto por la discontinuidad de Gutenberg. Está compuesto por hierro y níquel.

Unidades geodinámica

• Litosfera: es la capa externa y rígida de la tierra sólida. Incluye toda la corteza y un poco del manto superior

• Manto sublitosférico: es la capa que está entre la litosfera y el núcleo. Las rocas se encuentran en estado sólido, aunque cercanas a su punto de fusión, distingue una capa de fusión la, se distingue una capa superior, la astenosfera, y la otra interior, la mesosfera

• Núcleo externo: situado bajo el manto, llega hasta la discontinuidad de  Lehmann, se halla en estado líquido , es la única capa del interior terrestre que está fundida

• Núcleo interno: comprende el resto del núcleo  se encuentra en estado sólido

Cómo explicar las edades de los océanos

Un fondo oceánico joven

• Los fondos oceánicos son muy jóvenes

• Las dorsales oceánicas están continuidad por rocas recién formadas

• La corteza oceánica envejece  medida que separa de la dorsal

• La potencia, o grosor, de los sedimentos está relacionada con la edad de la corteza oceánica

La litosfera oceánica se crea

La litosfera oceánica se crea en las dorsales y a partir de ellas se extiende a ambos lados. Toda la litosfera ha nacido en una dorsal

La litosfera oceánica se destruye

De acuerdo con la teoría de la tectónica de placas, las zonas de subducción son los lugares donde la litosfera oceánica se introduce de nuevo en el interior terrestre

¿Como se distribuyen los terremotos y los volcanes?

En cualquier lugar de la litosfera oceánica o continental se producen terremotos, pero no en todas las zonas son igualmente importantes ni frecuentes

• Los terremotos y los volcanes no se distribuyen homogéneamente por la superficie terrestre, sino ue se concentran especialmente en determinadas áreas. Son franjas estrechas y muy alargadas

• En muchos lugares coinciden la actividad sísmica y la volcánica. Hay zonas volcánicas sin actividad sísmica importante y zonas sísmicas sin ninguna actividad volcánica

Los terremotos se originan cuando se fracturan enormes bloques de rocas o al activarse fracturas antiguas. En consecuencia en aquellas zonas en las que existen grandes seísmos hablará fracturas importantes, tanto que pueden llegar a afectar a toda la litosfera

La litosfera dividida en placas

La litosfera es la capa más externa y rígida de la tierra sólida, algo así como el “cascarón” del planeta. La distribución de los terremotos  de los volcanes, así como el flujo térmico muestra que se trata de un cascarón partido. Cada uno de esos fragmentos recibe el nombre de placa litosférica.

Límites de las placas

Las fracturas que separan una placa de otra se denominan bordes o límites de placa y son los lugares geológicamente más activos. Hay tres

• Dorsales oceánicos: son los límites de placa en los que se genera nueva litosfera oceánica a partir  de materiales ígneos, procedentes del interior terrestre. Se identifican con facilidad por tratarse de relieves, generalmente submarinos, con una intensa actividad matemática. También hay actividad sísmica y el flujo térmico es elevado

• Zonas de subducción: límites de placa en los que se destruye la litosfera. Las fosas oceánicas marcan algunas de las zonas de subducción más importantes. Ellas se producen los mayores terremotos del planeta. En las zonas de aducción situadas junto a a las grandes fosas oceánicas hay, además una notable actividad volcánica

• Fallas transformantes: son los límites de placa en los que no se crea ni se destruye litosfera. Estas fallas cortan a las dorsales y a veces conectan zonas de subducción con dorsales. Tienen una actividad sísmica importante, pero no actividad volcánica

Las placas y sus movimiento

Los bordes de las placas delimitan siete grandes placas litosféricas: euroasiática, africana, indoaustraliana, pacífica, norteamericana, sudamericana y antártica

Las placas se mueven

Toda la litosfera se mueve y las unidades del movimiento no son los continentes sino las placas litosféricas.

Corrientes de convección

Al calentarse un fluido se dilata, reduce su densidad y asciende. Cuando llega a zonas con menor temperatura, se enfría y desciende. Se establecen así los movimientos cíclicos, denominados corrientes de convección. Los materiales del manto son sólidos sin embargo, las altas temperaturas y presiones que soportan hacen que al considerar tiempos muy largos su comportamiento sea similar al de un fluido muy viscoso sometido a corrientes de convencíón

Convección en el manto terrestre

1. Es la actual, en la base del manto hay una capa irregular ,la capa D. La alta temperatura del núcleo calienta esta capa y origina columnas de materiales muy calientes que suben lentamente y son los penachos térmicos

2. También hay corrientes descendentes, las corrientes descendentes (penachos térmicos) y las descendentes no forman celdillas cerradas

¿Cual es el motor de las placas?

El movimiento de las placas se debe a los siguientes factores:

• La energía térmica del interior terrestre: que hace que el manto se encuentre agitado por la convección. Si el interior terrestre estuviese frío, no habría tectónica de placas.

• La energía gravitatoria: que activa el movimiento de las placas con dos mecanismos complementarios:

  • El desplazamiento desde la dorsal

  • El tirón subductivo

Las placas no son arrastradas pasivamente, sino que gracias a su elevación en la dorsal y al tirón subductivo las placas litosféricas protagonizan su movimiento

Tectónica de placas: una síntesis global

La teoría de la tectónica de placas no solo permite explicar los movimientos de los continentes y lo océanos, sino también otros procesos geológicos como el origen y la distribución de los volcanes y los terremotos o la formación de las cordilleras. Relaciona todos esos fenómenos y los incluye en la dinámica global del planeta, ha sido denominada teoría de la tectónica de placas:

• La litosfera se encuentra dividida en un conjunto de fragmentos rígidos denominados placas litosféricas.

• Los bordes de las placas litosféricas o límites que separan unas de otras, pueden ser de tres tipos:

  • Dorsales: son límites en los que se genera nueva litosfera oceánica a partir de materiales procedentes del interior terrestre

  • Zonas de subducción: son límites en los que se destruye litosfera

  • Fallas transformantes: son límites en los que no se crea ni se destruye litosfera sino que una placa se desplaza lateralmente con respecto a otra.

• Las placas litosféricas se desplazan sobre los materiales dúctiles del manto sublitosférico, lo hacen a velocidades desde varios milímetros hasta algunos centímetros por año

• Los desplazamientos de las placas litosféricas son causados por la energía térmica del interior terrestre y la gravedad, la energía térmica genera corrientes de convección y permite la existencia de un manto dúctil bajo la litosfera

• La litosfera oceánica se renueva continuamente, mientras que la litosfera continental tiene un carácter más permanente

• A lo largo de la historia de la tierra ha cambiado no solo la posición de las placas litosféricas, sino también su forma y su tamaño, así como el número de ellas