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Silfra, Islandia
Estructura de la Geosfera
Dinámica litosférica
Procesos asociados a los bordes de placa (límites
divergentes, convergentes y transformantes)
Actividad intraplaca
El sistema tectónico de placas litosféricas y el
Ciclo de Wilson
Cambios en el nivel del mar y cambios climáticos
Relación de la tectónica global con la evolución de
la biodiversidad
Tema 1 4
z H^ e d GEOLOGIA
M a n u e^ l F e r n n á e d r n á n e z
Estructura de la Geosfera km Manto Anguita (2002) Adiós a la Astenosfera. Enseñanza de las Ciencias de la Tierra , 10: 134-
Las diferentes capas del interior de la Tierra son:
- corteza: es la capa más externa, con un espesor de 6-40 km,
mayoritariamente formada por silicatos. Se pueden diferenciar:
- corteza oceánica (5-10 km): compuesta mayoritariamente por
basalto, tiene una densidad de 3,0 g/cm
3
- corteza continental (20-90 km): con un elevado contenido de Si y
Al, es de menor densidad que la corteza oceánica o el manto
(2,7 g/cm
3
- manto: con unos 2.800 km de grosor, está formado por silicatos. La
parte superior del manto es rígida y, junto con la corteza, constituye la
litosfera, dividida en múltiples placas. El resto del manto es altamente
viscoso, con una densidad que varía de 3,5 a 5,6 g/cm
3
, y en él se
producen importantes corrientes de convección que transfieren el
calor interno terrestre hacia la superficie.
- núcleo: de unos 3.500 km de radio y densidades de 10 g/cm 3
. Se
diferencian:
- núcleo externo: el hecho de que las ondas S no lo atraviesen indica
que se encuentra en estado líquido. Está formado por hierro y
níquel como elementos mayoritarios, acompañados (15 %) por
otros elementos más ligeros que favorecen la fusión del hierro (S,
O, Si, H).
- núcleo interno: una esfera de hierro sólido con cantidades
residuales de otros elementos. Su formación se inició al enfriarse
la Tierra y comenzar a cristalizarse el hierro del núcleo.
Estructura de la Geosfera
En el núcleo externo se produce un flujo convectivo por dos factores diferenciados:
- convección térmica: al enfriarse las capas más externas del núcleo se vuelven más densas y se
hunden, siendo sustituidas por materiales del interior.
- convección química: la cristalización del hierro en las capas más profundas del núcleo deja
atrás fluidos sin hierro que resultan más ligeros y ascienden.
Estos movimientos de convección siguen una trayectoria en espiral, debido a a la rotación de la
Tierra, generando columnas que se alinean con el eje de rotación. Dado que el fluido rico en
hierro tiene una carga eléctrica se genera un campo magnético (electroimán).
El campo magnético terrestre protege al planeta de la influencia de las partículas
ionizadas de alta energía procedentes del Sol (viento solar), reconduciéndolas
hacia los polos del campo magnético, donde dan lugar a las auroras boreales
(o australes). A medida que las capas profundas del núcleo externo van cristalizando,
la magnetosfera pierde potencia. Se piensa que la fuerte magnetosfera de la Tierra
primigenia pudo ser responsable del desarrollo y mantenimiento de la atmósfera
(en contraposición a Marte).
Conduction Radiation 5500 ºC 10 ºC Conduction 1000 ºC Dinámica litosférica
Dentro de la Tierra existe un
flujo térmico constante desde las
zonas interiores del planeta (a unos
5.500 ºC) hacia el exterior del mismo.
La transmisión del calor se realiza
mediante diferentes procesos
dependiendo de la estructura interna
del planeta.
Este flujo térmico da lugar a un
gradiente térmico (geoterma), que
combinado con la curva de fusión de
los materiales constituyentes de cada
capa del planeta (dependiente de la
presión), permite entender el estado
en que se encuentran y el grado de
viscosidad de los materiales sólidos.
Las variaciones de viscosidad dentro
del manto muestran que el
desplazamiento de sus materiales es
muy lento en sus partes intermedias,
mientras que se acelera en los
contactos con la corteza y el núcleo.
sólido sólido líquido
Dinámica litosférica zona de subducción (la litosfera oceánica, más densa, se hunde en el manto) litosfera continental (menos densa) avalancha de restos de litosfera oceánica dorsal oceánica (origen de la corteza oceánica) punto caliente material ascendente Tackley, P.J. (2000). Mantle convection and plate tectonics: toward an integrated physical and chemical theory. Science , 288, 2002-
mW/m
2
El calor no abandona la superficie
terrestre a la misma velocidad en
toda ella, siendo el flujo de calor
mayor cerca de las dorsales
oceánicas. Esto es consecuencia del
continuo ascenso de magma hacia la
superficie en estas regiones.
La convección en estado sólido del
manto terrestre es el mecanismo
motor de la tectónica de placas
y de toda la actividad geológica
asociada a ésta en la superficie de
nuestro planeta (deriva continental,
orogenias, sismicidad, vulcanismo).
La convección en el manto y la
tectónica de placas constituyen
un solo sistema, en el que las placas
oceánicas son la cubierta térmica
superior, enfriada en la convección.
El motor del lento movimiento de
las placas y del manto es el
calor radiactivo y el enfriamiento
residual del planeta a través de sus
4.500 millones de años de historia.
Procesos asociados a los bordes de placa Strahler (1992) Geología física. Omega, Barcelona Murck & Skinner (1999) Geology Today: Understanding our Planet. John Wiley & Sons, New York Monroe et al. (2008) Geología: Dinámica y Evolución de la Tierra física. Paraninfo, Madrid Marshak (2009) Essentials of Geology , 3 rd ed. W.W. Norton & Co., New York
Los bordes divergentes son las zonas de formación de nueva litosfera oceánica.
Pueden darse tanto en una placa oceánica como en el interior de una continental, a
lo largo de un rift.
La aparición de estos bordes divergentes está asociado con zonas de distensión de
la corteza, donde se produce una disminución de la presión que favorece la fusión
de la roca, transformándose en magma y emergiendo (vulcanismo). Esta distensión
viene dada por el efecto de tracción de placa (desde las zonas de subducción). Por
otro lado, la formación de nueva corteza en estos bordes, que da lugar a la
formación de cordilleras, genera un empuje que aleja progresivamente la litosfera de
estos bordes.
Cuando estos bordes divergentes se sitúan en la corteza oceánica, están asociados a
las dorsales centro-oceánicas, y el magmatismo es de tipo basáltico (muy básico).
Si se desarrolla un nuevo borde divergente en el centro de una placa continental, da
lugar a la aparición de un rift, asociado a un magmatismo mayoritariamente basáltico
(en ocasiones, riolítico). La formación de estas zonas de fractura continental se
conoce como rifting y constituyen la fase inicial del proceso de formación de una
nueva cuenca oceánica.
Procesos asociados a los bordes de placa Strahler (1992) Geología física. Omega, Barcelona Murck & Skinner (1999) Geology Today: Understanding our Planet. John Wiley & Sons, New York Monroe et al. (2008) Geología: Dinámica y Evolución de la Tierra física. Paraninfo, Madrid Marshak (2009) Essentials of Geology , 3 rd ed. W.W. Norton & Co., New York
- Desarrollo de la cuenca marina: la continua separación de
las placas continentales genera una vía de conexión con las
cuencas oceánicas circundantes.
- Distensión cortical: causa un estrechamiento de la corteza
que da lugar a un valle de rift, con gran aporte de magma
basáltico en el fondo de valle.
- Expansión de la cuenca oceánica: la
separación permite la formación de un
sistema de dorsal oceánica.
tiempo
- Abombamiento cortical: el
magma en ascensión,
generado en una pluma del
manto (especialmente
relevantes bajo grandes
continentes), empuja la
corteza continental hacia
arriba produciendo
numerosas grietas y
fracturas, asociadas al
desarrollo de volcanismo.
Procesos asociados a los bordes de placa Strahler (1992) Geología física. Omega, Barcelona Murck & Skinner (1999) Geology Today: Understanding our Planet. John Wiley & Sons, New York Monroe et al. (2008) Geología: Dinámica y Evolución de la Tierra física. Paraninfo, Madrid Marshak (2009) Essentials of Geology , 3 rd ed. W.W. Norton & Co., New York
- Expansión de la cuenca oceánica: la
separación permite la formación de un
sistema de dorsal oceánica.
tiempo
- Desarrollo de la cuenca marina: la continua separación de
las placas continentales genera una vía de conexión con las
cuencas oceánicas circundantes.
- Distensión cortical: causa un estrechamiento de la corteza
que da lugar a un valle de rift, con gran aporte de magma
basáltico en el fondo de valle.
- Abombamiento cortical: el
magma en ascensión,
generado en una pluma del
manto (especialmente
relevantes bajo grandes
continentes), empuja la
corteza continental hacia
arriba produciendo
numerosas grietas y
fracturas, asociadas al
desarrollo de volcanismo.
Procesos asociados a los bordes de placa Strahler (1992) Geología física. Omega, Barcelona Murck & Skinner (1999) Geology Today: Understanding our Planet. John Wiley & Sons, New York Monroe et al. (2008) Geología: Dinámica y Evolución de la Tierra física. Paraninfo, Madrid Marshak (2009) Essentials of Geology , 3 rd ed. W.W. Norton & Co., New York
- Desarrollo de la cuenca marina: la continua separación de
las placas continentales genera una vía de conexión con las
cuencas oceánicas circundantes.
- Distensión cortical: causa un estrechamiento de la corteza
que da lugar a un valle de rift, con gran aporte de magma
basáltico en el fondo de valle.
- Expansión de la cuenca oceánica: la
separación permite la formación de un
sistema de dorsal oceánica.
tiempo
- Abombamiento cortical: el
magma en ascensión,
generado en una pluma del
manto (especialmente
relevantes bajo grandes
continentes), empuja la
corteza continental hacia
arriba produciendo
numerosas grietas y
fracturas, asociadas al
desarrollo de volcanismo.
Procesos asociados a los bordes de placa Strahler (1992) Geología física. Omega, Barcelona Murck & Skinner (1999) Geology Today: Understanding our Planet. John Wiley & Sons, New York Monroe et al. (2008) Geología: Dinámica y Evolución de la Tierra física. Paraninfo, Madrid Marshak (2009) Essentials of Geology , 3 rd ed. W.W. Norton & Co., New York Los bordes convergentes son las zonas de destrucción de la litosfera oceánica (el área de la superficie planetaria se mantiene constante). La aparición de estos bordes convergentes está asociado con zonas de colisión entre placas litosféricas, en los cuales una de las dos placas se desliza por debajo de la otra, dando lugar a terremotos de gran intensidad (por la fricción entre ambas placas) y a vulcanismo muy explosivo (fusión de la corteza debida a la fricción y al enterramiento). La placa que subduce es la de mayor densidad, generalmente asociado a los materiales constituyentes (la litosfera oceánica, más densa que la continental) o a su edad (la placa oceánica más antigua es más fría y más densa -relacionado con la distancia a su dorsal de origen-). La colisión entre diferentes tipos de placas da lugar a distintas formaciones geológicas:
- oceánica-oceánica: fosa oceánica, arco de islas volcánicas
- oceánica-continental: fosa oceánica, cinturón montañoso volcánico costero
- continental-continental: cinturón montañoso intracontinental Los cinturones montañosos generados en las placas continentales se conocen también como orógenos, y su proceso de formación es una orogenia.
Procesos asociados a los bordes de placa Strahler (1992) Geología física. Omega, Barcelona Murck & Skinner (1999) Geology Today: Understanding our Planet. John Wiley & Sons, New York Monroe et al. (2008) Geología: Dinámica y Evolución de la Tierra física. Paraninfo, Madrid Marshak (2009) Essentials of Geology , 3 rd ed. W.W. Norton & Co., New York En las zonas de subducción se pueden diferenciar una serie de estructuras generales, que permiten comprender su evolución:
- fosa oceánica: zona de descenso de la litosfera oceánica hacia el manto.
- arcos volcánicos: sobre la placa suprayacente, pudiendo ser: - insular: sobre corteza oceánica - continental: sobre corteza continental
- región de antearco:entre la fosa oceánica y el arco volcánico
- región de retroarco (trasarco): lado contrario del arco volcánico
Procesos asociados a los bordes de placa Strahler (1992) Geología física. Omega, Barcelona Murck & Skinner (1999) Geology Today: Understanding our Planet. John Wiley & Sons, New York Monroe et al. (2008) Geología: Dinámica y Evolución de la Tierra física. Paraninfo, Madrid Marshak (2009) Essentials of Geology , 3 rd ed. W.W. Norton & Co., New York Cuando la subducción es muy intensa (la placa que subduce está muy fría y se hunde rápidamente en el manto) se puede producir un proceso de extensión en la región de retroarco, lo cual adelgaza la corteza continental y genera una zona de debilidad. Esta puede ser aprovechada por una pluma del manto para aflorar, generando un centro de expansión que podría evolucionar para convertirse en una dorsal oceánica.
Procesos asociados a los bordes de placa Strahler (1992) Geología física. Omega, Barcelona Murck & Skinner (1999) Geology Today: Understanding our Planet. John Wiley & Sons, New York Monroe et al. (2008) Geología: Dinámica y Evolución de la Tierra física. Paraninfo, Madrid Marshak (2009) Essentials of Geology , 3 rd ed. W.W. Norton & Co., New York tiempo
Si la subducción es suficientemente prolongada, el prisma de acreción
puede crecer lo suficiente como para elevarse por encima del nivel
del mar. De esta manera constituye una barrera para nuevos
sedimentos procedentes del arco volcánico, que a partir de ese
momento se depositarán en la cuenca de antearco.
Las zonas de subducción bajo una placa de litosfera continental
también generan una importante actividad volcánica. Esta deriva de los
magmas generados por la bajada de la temperatura de fusión de la
roca a causa de los fluidos liberados por el aumento de la presión.
Estos magmas primarios son basálticos, pero al ascender a través de la
corteza continental sufren diferenciación magmática y
enriquecimiento en sílice (andesíticos). El alto contenido en fluidos
(gases) hace que su erupción sea muy explosiva.
No obstante una parte considerable de estos magmas nunca llega a la
superficie, dando lugar a la formación de grandes plutones batolíticos.
Esto genera un engrosamiento de la corteza.
Los sedimentos transportados en la placa en subducción se adosan a
la superficie de la placa suprayacente generado un prisma de acreción,
caracterizados por sus deformaciones (pliegues) y fracturas (fallas).
En los margenes continentales pasivos (sin zona de subducción) se
produce una gran acumulación de sedimentos. El peso de estos puede
dar lugar a la formación de una zona de subducción (transformación
en margen continental activo).