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  • 1. CTM Marta García Toledano TEMA 17. ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN DE LA TIERRA. TECTÓNICA DE PLACAS. 1) LA GEOSFERA COMO SISTEMA. Además de la atmósfera, hidrosfera y biosfera, la geosfera es otro de los subsistemas naturales del planeta Tierra. Sobre este sistema actúan dos tipos de energía: 1-Energía del interior de la Tierra, conocida como energía geotérmica. Esta energía proviene de dos fuentes diferentes: • Calor residual o remanente que se desprendió en los procesos de formación de la Tierra, y que conserva la Tierra desde su formación. • Desintegración de los materiales que poseen elementos radiactivos (uranio, radio, talio,...). Gracias a esta energía, se producen los procesos geológicos internos (bruscos como los seísmos y volcanes, o lentos como los orogénicos responsables de la formación de las grandes cordilleras). Estos procesos crean relieve. 2- Energía procedente del Sol, gracias a al cual se producen en la superficie terrestre los procesos geológicos externos, procesos destructores del relieve. Estos son: meteorización, erosión, transporte y sedimentación. Los procesos geológicos externos e internos se suceden de forma continua dando lugar a lo que en geología se conoce como el Ciclo Geológico (conjunto de procesos geológicos que se suceden de forma cíclica, modelando el relieve de la superficie terrestre). Durante este ciclo se produce un intercambio de materia y energía de la geosfera con los demás subsistemas. La geosfera es por tanto un sistema abierto. 2) MÉTODOS DE ESTUDIO DEL INTERIOR TERRESTRE. Podemos llegar a conocer los materiales que existen en el interior de nuestro planeta a través de métodos de observación directa y métodos indirectos, que permiten deducir la composición y propiedades de los materiales profundos a partir de otros datos. a) Métodos Directos: a.1. Prospección y sondeos: Los sondeos son perforaciones taladradas en el subsuelo que se utilizan con muy diversos fines (extracción de petróleo, prospección minera, investigación…). El más profundo se encuentra en Siberia (Rusia) y llega hasta unos 12 Km. Estos métodos aportan datos directos muy importantes para varios campos de investigación, pero son poco significativos para el estudio del interior de la Tierra, pues si comparamos las profundidades que alcanzan con el radio medio de la Tierra (6.370 Km) se comprende que apenas suponen un rasguño sobre su superficie. a.2. Estudio de los materiales arrojados por los volcanes: Los materiales que expulsan los volcanes pueden haberse formado a una cierta profundidad del subsuelo, del orden de decenas de kilómetros. El análisis de estas rocas nos puede dar una idea de la composición química de las regiones más profundas en donde se han formado estos magmas. Pero existen dos limitaciones que hacen que estos datos sean poco significativos: 1
  • 2. CTM Marta García Toledano -Procesos de diferenciación magmática: que hacen que la composición de la lava arrojada no sea representativa de la del magma original. -Inclusiones y contaminación de magmas: pueden aportar datos más importantes para el estudio del interior, pues son fragmentos de rocas profundas que han sido arrancadas e incorporadas por el magma que circula en su ascensión. También pueden alterar la composición del magma original por reacción química con los componentes del propio magma. b) Métodos Indirectos: b.1. Estudio de la densidad: El volumen de la Tierra se puede conocer por métodos geodésicos y la masa se calcula matemáticamente a partir del valor de la gravedad. Mediciones muy exactas llevadas a cabo modernamente arrojan un valor de densidad media de la Tierra de 5´5 gr/cm3. Esta densidad resulta más alta que la de las rocas superficiales a las que tenemos acceso de modo directo (granito, basalto…), por lo que podemos deducir que en el interior de la Tierra debe de haber materiales y rocas de mayor densidad para subir la media. b.2. Ensayos en laboratorio: con las condiciones que presumimos del interior terrestre. b.3. Estudio de meteoritos. Puesto que también derivan de la materia a partir de la que se formó el Sistema Solar. De su estudio se deduce que todos los planetas, como la Tierra, tienen una estructura en capas, siendo reconocidas en los meteoritos las capas más profundas que son las que más resisten la desintegración. Por similitud, los aerolitos corresponderían a la composición de la corteza y el manto, los sideritos al núcleo y los siderolitos al límite del núcleo y el manto. De todo esto no hay nada totalmente confirmado. b.4. Métodos Sísmicos. El estudio de la velocidad de propagación de las ondas que se producen en terremotos o en explosiones controladas sirve para el conocimiento del interior de la Tierra. - La velocidad de las ondas depende de las características elásticas del medio por el que se propagan, por lo tanto, de su composición química, estado físico y densidad, entre otras variables. - Con estos datos se pueden realizar perfiles sísmicos profundos u otras técnicas como la reflexión sísmica vertical o la tomografía sísmica. - Estudiando como varían las velocidades de las ondas sísmicas P y S en su propagación por el interior terrestre, diversos científicos fueron identificando un serie de discontinuidades que venían a confirmar la esperada heterogeneidad de la parte interna de nuestro planeta. 3) MODELO GEOQUÍMICO Y MODELO GEODINÁMICO. La Tierra tiene un radio de 6.378 Km, y está constituida internamente por una serie de capas concéntricas, que podemos dividir según sus características químicas (composición) o bien sus características mecánicas (comportamiento dinámico). 2
  • 3. CTM Marta García Toledano Según su composición (Modelo Geoquímico), las capas en las que podemos dividir el planeta son: 1. Corteza: capa más externa y menos densa, formada fundamentalmente por Si, Al, Mg, Fe y O. Podemos distinguir corteza continental (se encuentra formando los continentes y tiene más espesor, hasta 70 Km de profundidad) y corteza oceánica (se encuentra sumergida por el mar, y es más estrecha, hasta 15 Km de profundidad). 2. Manto: capa intermedia, con densidad intermedia también, y con una composición similar a la corteza pero sin Al. Mide unos 2850 Km de espesor, y se divide en manto superior y manto inferior. 3. Núcleo: capa interna y de mayor densidad, formada por Fe y Ni. Tiene un espesor de 3.400 Km aproximadamente. Estas capas se encuentran separadas (de forma imaginaria, claro) por zonas que denominamos “Discontinuidades Sísmicas”, ya que es en torno a ellas donde se producen los cambios de velocidad de las ondas sísmicas, lo que demuestra que pasamos de un medio a otro de composición diferente. Según el comportamiento dinámico (Modelo Geodinámico) de las capas, la división es distinta: 1. Litosfera: capa sólida externa del planeta, que incluye la corteza y parte del manto superior. Tiene unos 100 Km de espesor y puede dividirse en litosfera oceánica (más densa) y continental (más ligera). 2. Astenosfera: capa de materiales plásticos, semifundidos, de unos 200 Km de espesor. 3. Mesosfera: llega desde el límite inferior de la astenosfera hasta el límite superior del núcleo terrestre, aproximadamente unos 2.500 Km de espesor. En su parte más inferior (en contacto con el núcleo externo fundido) existe una franja llamada “Zona D” donde se cree que los materiales están fundidos también. 4. Endosfera: hasta el centro de la Tierra, comprende el núcleo externo y el interno (3.400 Km aproximadamente). 3
  • 4. CTM Marta García Toledano Hay que destacar en la litosfera las diferencias entre la de las regiones oceánicas y la de las regiones continentales: - - Distinta composición, siendo la oceánica fundamentalmente formada por rocas volcánicas, y la continental por otros tipos de rocas. Distinta edad, siendo la oceánica más joven y la continental más antigua. Distinto espesor, siendo la oceánica más estrecha y la continental más ancha. Distinta densidad, siendo más densa la oceánica que la continental. 4) DINÁMICA DE PLACAS. La Teoría de la Tectónica de Placas ha sido elaborada gracias a los estudios de numerosos científicos desde el s.XIX, pero fue en 1.968 cuando todas las ideas se unieron y tomaron sentido, constituyendo la teoría que vino a revolucionar los conocimientos geológicos y sobre la historia de la Tierra que existían hasta el momento. Desde entonces, se ha convertido en el paradigma de la geología moderna, y todos los fenómenos relacionados con la geodinámica interna encuentran explicación gracias a esta teoría. Se basa en una serie de principios: 1. La litosfera no es continua, sino que está fragmentada en unidades que llamamos Placas Litosféricas. 2. La litosfera es una capa sólida flotando sobre la astenosfera de material fundido. 3. Existen movimientos en la astenosfera (corrientes de convección) que provocan el movimiento de las placas litosféricas, movimiento de unos 2 hasta 10 cm al año, dependiendo de cada placa. 4. Los movimientos de las placas generan zonas en las que se fabrica litosfera, y zonas donde esta es destruida, de modo que el volumen total de litosfera permanece constante, aunque los tamaños de cada placa varían con el tiempo en función de sus límites. Las placas litosféricas pueden ser de tres tipos: 1. Continentales: si están formadas por litosfera continental. Ej. Placa Arábiga. 2. Oceánicas: si están formadas por litosfera oceánica. Ej. Placa Pacífica. 3. Mixtas: formadas por ambos tipos de litosfera. La mayoría de las placas son de este tipo. Ej. Placa Euroasiática. Respecto a las causas del movimiento de las placas, a lo largo de la historia se barajaron varias hipótesis, pero la que actualmente se acepta es la Teoría de las Corrientes de Convección: Se basa en la existencia de corrientes ascendentes y descendentes de materiales en la astenosfera. Dado que los materiales se funden en la zona baja de la astenosfera, se hacen menos densos y ascienden hacia la zona superior. Allí entran en contacto con la litosfera (fría y sólida) y se enfrían, aumentando de densidad y volviendo a descender. Estas corrientes provocarían el arrastre de las placas litosféricas que flotan sobre la astenosfera, de modo que se moverían en distintos sentidos según la dirección de las corrientes convectivas. 4
  • 5. CTM Marta García Toledano Tipos de Límites entre Placas: Unas placas limitan con otras, y los tipos de límites presentan diferentes comportamientos y consecuencias en función de las direcciones en las que se muevan las placas: a) Límites Divergentes: son límites en los que las dos placas se separan, dado que las corrientes de convección que hay bajo ellas y que las arrastran son divergentes. En principio las corrientes empujan hacia arriba a la litosfera, la abomban, consiguen romperla y se forma una grieta elevada por la que se produce salida del material fundido de la astenosfera. A esta grieta la llamamos Dorsal Oceánica, porque aparecen en los océanos, siendo la más larga del mundo la dorsal atlántica, que cruza el Océano Atlántico de norte a sur. Las Dorsales son zonas donde se crea litosfera oceánica, ya que el material que sale desde la astenosfera solidifica a ambos lados de la dorsal, y al solidificar aumenta de volumen, empujando a los materiales preexistentes hacia los lados. Así, el fondo oceánico crece simétricamente (se origina) a ambos lados de una dorsal, lo cual encaja con el hecho de que los materiales del fondo oceánico son más jóvenes cerca de la dorsal y más antiguos conforme nos alejamos de ellas en ambos sentidos. Otra prueba de la expansión del fondo oceánico en las dorsales son las anomalías magnéticas en los sedimentos del fondo oceánico, simétricos a ambos lados de la dorsal, se explican con la formación de fondo oceánico en las dorsales. A veces aparecen límites divergentes en placas continentales, por la existencia de un Punto Caliente bajo ellas, en la astenosfera. Son zonas donde la temperatura es más elevada de lo normal, de modo que el material fundido asciende, rompe la litosfera continental y emana materiales fundidos. Se forma una depresión que llamamos Rift Valley, y el material que sale por la grieta (rift) se deposita a ambos lados (al igual que en una dorsal). De este modo, se forma litosfera nueva que se cubrirá con agua (es una depresión, a un nivel más bajo que el resto del continente) formándose lagos y posteriormente un mar. Es el proceso de formación de un nuevo océano, como es actualmente el caso del Mar Rojo. Si el punto caliente se encuentra bajo litosfera oceánica, termina formando una Cadena de Islas Volcánicas, ya que el punto tiene una posición fija pero la placa que hay sobre él se desplaza. Así, las islas formadas a partir de ese punto aparecen en línea, siendo las más antiguas las más alejadas de él. Es el caso de las islas Hawaii. 5
  • 6. CTM Marta García Toledano b) Límites Convergentes: si la litosfera se forma en los límites divergentes, se destruye en los convergentes. El proceso es distinto dependiendo del tipo de placas que colisionan: b.1. Colisión de una Placa Continental y otra Oceánica: Dado que la placa oceánica es más densa, se produce su hundimiento (subducción) bajo la placa continental. El material que subduce se funde por el rozamiento y el contacto con la astenosfera, de modo que asciende empujando hacia arriba a la litosfera oceánica. La consecuencia es la formación de cordilleras (orógenos) en el borde continental (por ejemplo los Andes, por subducción de la placa de Nazca bajo la Sudamericana) y procesos volcánicos asociados. b.2. Colisión de dos Placas Oceánicas: Una de las placas subduce bajo la otra, sus materiales se funde, ascienden, y generan la aparición en la otra placa de islas volcánicas. b.3. Colisión de dos Placas Continentales: Son dos placas de baja densidad, de modo que no se produce subducción (hundimiento de una placa bajo otra) sino plegamiento y deformación de los materiales rocosos de la corteza (fenómeno que llamamos obducción) con lo que se forman cordilleras (orógenos) intracontinentales. Ej. El Himalaya, como consecuencia de la colisión de la placa índica y la euroasiática. c) Límites Transformantes: Son límites en los que las placas no se alejan ni separan, sino que se mueven en paralelo. Están asociados a fallas transformantes. Ej. Falla de San Andrés en EEUU. 6