TEMA 4: TECTÓNICA DE PLACAS

   Gracias a esta teoría es posible explicar el mecanismo de formación los océanos y de las cordilleras montañosas, su distribución geográfica, la distribución geográfica de los fósiles... Desde un punto de vista más aplicado, la Tectónica también permite identificar las zonas donde existe riesgo de que ocurran erupciones volcánicas o terremotos, lo que hace posible la ordenación del territorio y la adopción de medidas preventivas para reducir sus daños...

Los elementos básicos a partir de los que se elabora la teoría de la Tectónica de Placas son la diferenciación dinámica de los materiales terrestres (es decir, según su respuesta a los esfuerzos), la existencia de una fuente de calor en la Mesosfera profunda y la capacidad de los materiales de la Mesosfera de transmitir ese calor mediante convección hacia las capas más superficiales del planeta.

En cuanto al primer aspecto, en nuestro planeta pueden distinguirse tres capas que se caracterizan por responder de modo diferente ante los esfuerzos: la Litosfera, la más superficial, presenta un comportamiento rígido, es decir, los materiales que la constituyen se rompen cuando se les aplica una fuerza. Por el contrario la Mesosfera, la capa intermedia, tiene un comportamiento típicamente plástico, lo que significa que al aplicarles fuerzas se deforman permanentemente, pero sin romperse. Por último, la parte externa de la Endosfera es líquida.

La energía térmica de la Mesosfera se debe a las desintegraciones radiactivas que sufren los materiales pesados presentes en él. El núcleo también está caliente, pero su temperatura no es suficiente para explicar el flujo de calor que llega hasta la superficie. Por último, el comportamiento plástico de la Mesosfera permite que este calor se transmita hasta la superficie mediante un mecanismo de convección: los materiales  calientes, menos densos, pueden fluir hacia el exterior de la Mesosfera, empujando desde abajo la litosfera. Este es el detalle más delicado de la Tectónica, ya que supone que materiales que se encuentran en estado sólido tengan capacidad de fluir.

Modelo químico	Modelo dinámico
Corteza	Litosfera
Manto superior
Manto inferior	Mesosfera
Núcleo externo	Endosfera
Núcleo interno

La energía térmica que llega a la Litosfera, de comportamiento rígido, hace que ésta se rompa en las zonas donde se produce el ascenso de materiales calientes. Las fracturas hacen que la superficie del planeta quede dividida en fragmentos de gran extensión llamados placas litosféricas. Las líneas de fractura, llamadas bordes de placa, coinciden con las zonas en las que el material caliente sube hasta la superficie de la Tierra, o con las zonas en las que se cierra la corriente de convección, donde el material ya frío vuelve a hundirse hacia las profundidades del Manto. El movimiento horizontal del material de la Mesosfera por debajo de las placas litosféricas posee la suficiente energía como para arrastrar la placa con él, de modo que las placas son móviles. Su desplazamiento alcanza velocidades de hasta algunos centímetros por siglo, muy elevadas para fenómenos geológicos.

El material que asciende desde la Mesosfera llega a aflorar a la superficie, dando lugar a procesos volcánicos. Estas rocas fundidas que alcanzan la superficie desplaza las rocas más antiguas, dando lugar a la expansión de la superficie. Se sabe que la Tierra no ha cambiado significativamente de tamaño a lo largo de su historia geológica, lo que supone que este material emitido por el Manto debe regresar a él, lo que ocurre a lo largo de las zonas de descenso de las corrientes de convección.

Así pues, la Tectónica postula que la Litosfera está dividida en un conjunto de fragmentos de gran tamaño, llamados placas, cuyos límites se sitúan en los tramos verticales, ascendentes o descendentes, de las corrientes de convección de la Mesosfera. Los límites o bordes de placa son, debido a esto, zonas de intensa actividad geológica.

Según los procesos que ocurren en los límites de placa, se pueden distinguir varios tipos de bordes de placa:

• En las zonas donde asciende el material de la Mesosfera, las placas se separan entre sí. El borde de placas se denomina, por lo tanto, divergente. Asimismo, la llegada de materiales procedentes de la Mesosfera da lugar a la creación de nueva Corteza, por lo que también reciben el nombre de bordes constructivos.
• En las zonas donde el material regresa a la Mesosfera, a lo largo de las ramas descendentes de las corrientes de convección, las placas se aproximan entre sí, lo que explica el nombre de bordes convergentes para estos límites. Asimismo, en estas zonas se produce la destrucción de una parte de la Corteza, por lo que se habla también de bordes destructivos.
• Por último, hay zonas en las que las placas se mueven siguiendo direcciones paralelas entre sí. Estos límites se denominan bordes transformantes o, como en ellos no se crea ni se destruye Corteza, bordes pasivos.

Los movimientos de ascenso y descenso de los materiales que forman parte de la Mesosfera están estrechamente relacionados con el vulcanismo. Sin embargo, es necesario recordar que la Mesosfera se encuentra en estado sólido, mientras que el magma arrojado por los volcanes es una mezcla de rocas sólidas, materiales líquidos (lava) y gases. Existen dos mecanismos que dan lugar a la formación de magmas que, además, explican la diferencia entre las características de los volcanes que los arrojan.

Los materiales que ascienden de la Mesosfera están a temperaturas muy elevadas, pero se mantienen en estado sólido debido a la presión de las rocas que se encuentran sobre ellos. Cuando llegan hasta el exterior, esa presión desaparece por lo que estos materiales pueden llegar a fundirse. Por otra parte, los materiales que se hunden en las partes descendientes de las celdas de convección están inicialmente fríos, pero van aumentando su temperatura por rozamiento con el resto de las rocas.

También hay una diferencia en la composición de los materiales: los procedentes de la Mesosfera tienen carácter básico, dando lugar, sobre todo, a rocas basálticas. Los magmas procedentes de este tipo de rocas son poco viscosos y provocan erupciones volcánicas poco explosivas. Son típicos, por tanto, de bordes constructivos o divergentes. Los materiales de la litosfera que se hunden son, por el contrario, de naturaleza ácida, formados por rocas sobre todo graníticas, y provocan erupciones volcánicas explosivas, típicas de bordes destructivos o convergentes.

La tectónica de placas: los fenómenos en los bordes de placa

Los bordes constructivos

Se habla de bordes constructivos o divergentes cuando las placas litosféricas que los forman se separan entre sí, debido a la llegada desde el interior de la Tierra de materiales calientes.

El ascenso de los materiales del manto provoca que la litosfera se fracture, formando una falla alargada y deprimida en el terreno, que toma el aspecto topográfico de un enorme valle alargado y más o menos estrecho cuyo fondo es ocupado por ríos o lagos. En la actualidad, la zona del planeta que más claramente muestra esta estructura geológica es el Rift Valley, situado en el Este de África. En el fondo de esta depresión se sitúan, formando una cadena, los Grandes Lagos africanos. La formación es tan típica que su nombre se utiliza con carácter general para referirse a todas las estructuras similares.

Si el proceso de llegada de materiales de la Mesosfera continúa, se produce el afloramiento de estos materiales en el fondo del valle, dando lugar a fenómenos volcánicos. Primero de baja intensidad, lo que explica la elevada concentración de sosa en algunos lagos africanos: la sosa es uno de los productos emitidos en procesos volcánicos hidrotermales. Luego, más adelante, se producen erupciones volcánicas que dan lugar a montañas aisladas y a cadenas montañosas. Los principales volcanes africanos (Monte Kenya, Kilimanjaro y Montes Virunga) se encuentran próximos a, y están relacionados con el Valle del Rift.

Más adelante, el valle se va ensanchando y hundiendo, lo que provoca que termine siendo inundado. De este modo se forma un brazo de mar estrecho y alargado que separa dos masas continentales. La zona geográfica que mejor refleja esta fase del proceso geológico es el Mar Rojo.

Si la llegada de materiales mesosféricos prosigue, las rocas antiguas van siendo remplazadas por materiales nuevos, haciendo que el fondo de este nuevo mar se haga cada vez más ancho. El mar crece desde el centro, de modo que las rocas más antiguas se sitúan junto a los continentes.

En el centro de este mar, donde se produce el ascenso de rocas, se forma una cadena montañosa de carácter volcánico con una falla longitudinal en su centro. Tales estructuras reciben el nombre de dorsales, y la más representativa ocupa el centro del Océano Atlántico. Sus cumbres más altas llegan a sobresalir por encima del nivel del mar, formando Islandia y otras islas distribuidas en mitad de dicho océano.

Los volcanes que forman la dorsal emiten magmas básicos, poco viscosos y por tanto poco explosivos, de modo que la actividad volcánica es poco peligrosa. Ejemplos de este tipo de volcanes son los que forman el archipiélago de las Hawaii. Por otra parte, como las placas se están separando, apenas existe rozamiento entre ellas, de modo que en los bordes divergentes casi no se producen terremotos.

En resumen, en los bordes divergentes entre placas oceánicas se produce la formación de nueva corteza oceánica, lo que da lugar a la formación y expansión de los océanos. En el proceso se distinguen tres fases:

1. Fase de rift, en la que se forma un valle dentro de un continente que se está partiendo.
2. Fase de Mar Rojo, en la que se desarrolla un mar estrecho y alargado, y
3. Fase de Océano Atlántico.

La mayor parte de las 

rocas que se forman en estas regiones es de naturaleza magmática, resultado del ascenso de magmas procedentes del Manto. Las rocas de esta capa son de naturaleza máfica y ultramáfica (muy ricas en hierro y magnesio). Su ascenso convectivo origina magmas que se forman cerca de la superficie (magmas toleíticos) y que dan lugar fundamentalmente a basaltos y gabros. El enfriamiento en el agua de estos magmas da lugar a la aparición de unas formaciones características que reciben el nombre de basaltos almohadillados. Por otra parte, el aumento de la temperatura también provoca algunos fenómenos metamórficos.

Los bordes transformantes 

Si dos plazas litosféricas se desplazan siguiendo direcciones paralelas, como consecuencia del empuje horizontal ejercido por las corrientes de convección, en sus bordes no se crea ni se destruye litosfera, por lo que el borde entre ambas se denomina pasivo o transformante. En cualquier caso, el hecho de que no existan movimientos verticales no implica que no ocurran fenómenos geológicos importantes. El límite entre las placas se reconoce, en la superficie, como una falla uno de cuyos bordes se mueve respecto al otro a lo largo del eje de la propia falla. Esto hace que los materiales rocen entre sí, acumulándose entre ellos energía elástica que, de cuando en cuando, se descarga en forma de terremotos.

La región geográfica donde mejor se aprecian estos procesos geológicos en la actualidad es la Falla de San Andrés, que se extiende a lo largo de California. En esta zona la Placa del Pacífico se desplaza hacia el noroeste, al tiempo que la Placa Americana lo hace hacia el sureste. La falla marca el límite entre ambas placas, y su actividad tiene como resultado que la zona sea una de las de mayor actividad sísmica del planeta. Sin embargo, no se producen fenómenos volcánicos reseñables, ya que no hay movimientos verticales de materiales.

Los bordes destructivos

Las ramas descendientes de las corrientes de convección provocan que las placas litosféricas choquen entre sí. Evidentemente, la inercia de semejantes masas de terreno es enorme, y da lugar a fenómenos geológicos de gran intensidad. Sin embargo, los fenómenos que tienen lugar dependen, en gran medida, de la naturaleza de los materiales que forman las placas que chocan entre sí.

Básicamente, se pueden distinguir dos tipos de placas litosféricas: las oceánicas, que están formadas sobre todo por la corteza del fondo marino, y las continentales, constituidas por terrenos emergidos. Hay una diferencia fundamental entre ellas. La corteza que forma las placas oceánicas está formada por rocas basálticas, procedentes del Manto, por lo que presenta una densidad elevada. En las placas continentales, por encima de esa corteza basáltica aparecen materiales graníticos mucho menos densos. Esto hace que, en su conjunto, las placas litosféricas oceánicas sean más densas que las placas continentales. Esta diferencia de densidad tiene importancia cuando dos placas litosféricas chocan entre sí:

• Choque entre dos placas oceánicas: las dos placas son muy densas, lo que hace que la convección las arrastre a ambas hacia el interior de la Tierra. De este modo se forman surcos extremadamente profundos en el límite entre ambas placas, que reciben el nombre de fosas oceánicas. El hundimiento de los materiales rocosos hace que estos se calienten, llegando a fundirse, de modo que se producen erupciones volcánicas, dando lugar a archipiélagos volcánicos dispuestos, típicamente, en forma de arco, ya que siguen la posición del límite de las placas. Ocasionalmente se producen maremotos en estas zonas. La estructura más representativa de este fenómeno se localiza en las islas Marianas. Se trata de un archipiélago de origen volcánico, en forma de arco, junto al cual aparece la fosa oceánica del mismo nombre, donde se encuentra el punto más profundo de la superficie de la Tierra. El proceso de hundimiento de los materiales hacia el interior de la Tierra recibe el nombre de subducción.

• Choque entre una placa oceánica y una placa continental: en este caso la placa oceánica es más densa que la continental, por lo que ésta tiende a quedarse en la superficie mientras que la placa oceánica se hunde bajo ella. Se trata, de nuevo, de un proceso de subducción que da origen a la formación de una fosa oceánica y de un arco de islas, siendo Japón el ejemplo más paradigmático de este tipo de estructuras.

Sin embargo, existen diferencias importantes con el caso anterior. Al estar cerca de un continente, la fosa oceánica recibe grandes cantidades de materiales erosionados que se acumulan en ella, formando un geosinclinal. La cantidad total de sedimentos es enorme, llegando a alcanzar profundidades de varios kilómetros, y dando lugar a la formación de rocas sedimentarias y, en su fondo, metamórficas. Estos sedimentos son empujados por la placa oceánica y pueden llegar a plegarse, formando grandes cadenas montañosas dispuestas a lo largo de la costa de un continente. El mejor ejemplo que se puede citar de estas estructuras es la cadena montañosa que se extiende, de forma prácticamente continua, desde Alaska hasta el extremo sur del continente americano, a lo largo de toda su costa occidental.

Otra diferencia importante entre la subducción que ocurre entre dos placas oceánicas o entre una placa oceánica y una continental es que los materiales que subducen en este caso son sobre todo sedimentos, de carácter ácido y muy viscosos. Esto hace que en estas zonas se produzcan tanto terremotos de gran intensidad como erupciones volcánicas explosivas

Este tipo de procesos permite explicar el origen y la distribución de la mayoría de las cordilleras montañosas de nuestro planeta.

En las zonas donde se produce subducción se observa una clara relación entre la profundidad de los focos sísmicos y la distancia de los mismos hasta la fosa oceánica: los terremotos más superficiales son los que se producen más cerca de la fosa, mientras que a medida que nos alejamos de ese lugar los hipocentros van siendo cada vez más profundos, situándose en un plano inclinado denominado zona de Benioff, y que representa la inclinación y la situación de la placa que subduce.

Los terremotos más profundos detectados en esta zona se sitúan en torno a los 670 Km. Por debajo de esa profundidad se supone que el aumento de temperatura provoca que los materiales se comporten de un modo plástico, deformándose sin romperse, por lo que ya no pueden dar lugar a terremotos.

• Choque entre dos placas continentales: en este caso las dos placas son poco densas, y ninguna de las dos tiende a hundirse. En vez de que ocurra eso, las dos chocan entre sí y se pliegan, dando lugar a una cordillera que queda ubicada entre dos zonas continentales. Como no hay hundimiento de materiales este proceso recibe un nombre diferente: obducción. En general, antes de que dos fragmentos de corteza continental lleguen a chocar directamente, se ha producido en su margen la subducción de un fragmento de corteza oceánica, por lo que ya existen en ellos cadenas montañosas litorales, entre las cuales se eleva una nueva cordillera, más elevada aún que la anterior.
El ejemplo más claro de obducción es la formación del Himalaya, uqe se produjo como resultado del choque del subcontinente indio con el continente asiático.

   Este mismo proceso se producirá en el futuro en la Cuenca Mediterránea. El continente africano se está desplazando hacia el norte, chocando con el sur del continente europeo, lo que provocará el cierre del Mediterráneo. Los sedimentos que se están acumulando en su fondo se plegarán y formarán una cordillera entre los Alpes y el Atlas.

    La Tectónica de placas permite explicar, por lo tanto, los principales acontecimientos geológicos que han ocurrido en nuestro planeta a lo largo de su historia, así como los principales fenómenos geológicos internos que ocurren en él en la actualidad. En particular, los límites de placa son las zonas donde se producen la práctica totalidad de volcanes y terremotos. Conocer a fondo la dinámica de las placas tectónicas tiene, por tanto, utilidad en la previsión y prevención de los efectos de este tipo de fenómenos

La formación de rocas en los bordes destructivos es bastante más compleja que la que ocurre en los límites constructivos. En las cuencas sedimentarias ante arco y tras arco, situadas a ambos lados de los arcos insulares, y en la propia fosa oceánica, se depositan grandes cantidades de sedimentos procedentes del propio arco de islas y del continente, lo que da lugar a la formación de rocas sedimentarias. De hecho, este es el entorno en el que se generan la mayor parte de las rocas sedimentarias del planeta.

El segundo proceso petrogenético que se produce en las zonas de subducción es la formación de magmas, que se debe al calentamiento de las rocas que se van hundiendo hacia el interior. Los magmas que se forman tienen diferente composición química, según la profundidad a la que se van fundiendo los materiales:

• Los magmas toleíticos son los que se forman a una menor profundidad, por debajo de los 50 Km, y dan lugar a los arcos insulares.
• Los magmas calcoalcalinos se forman entre los 80 y los 160 Km, aproximadamente.
• Los magmas potásicos tienen su origen a partir de los 300 Km.

Los magmas más ácidos, calcoalcalinos y potásicos, dan lugar a fenómenos volcánicos en el continente, y provocan la formación de rocas como andesitas y riolitas.

El aumento de presión y de temperatura en estas zonas también produce un doble cinturón de metamorfismo: en la zona de subducción se producen fenómenos metamórficos de alta temperatura y presión moderada que da lugar a la formación de esquistos azules, y en la zona de plegamiento, bajo la cordillera, donde tiene lugar un metamorfismo de alta presión y baja temperatura que permite la formación de esquistos verdes.



El ciclo de Wilson


   El conjunto de procesos que tienen lugar en los bordes entre placas fueron reunidos y ordenados en un modelo teórico que recibe el nombre de ciclo de Wilson, en honor de Tuzo Wilson, aunque no fuera él quien lo propuso. Se trata de un modelo teórico, que puede no producirse íntegramente, ya que los procesos que describen pueden detenerse en cualquier momento, pero que permite explicar de forma global el comportamiento tectónico de nuestro planeta.

El modelo se inicia con un cratón continental estable, bajo el cual se establece, en un momento dado, una corriente de convección ascendente. La llegada de magma a la zona provoca la apertura de una fosa tectónica (valle de rift) donde se producen fenómenos volcánicos.

A medida que continúa el ascenso del magma el valle se va ensanchando, dando lugar primero a un mar alargado y estrecho (como el Mar Rojo) y después a un océano en expansión, similar al océano Atlántico.

El empuje de esta placa oceánica en crecimiento da lugar a la apertura de una zona de subducción. En una primera fase el contacto destructivo puede producirse entre dos fragmentos de litosfera oceánica, pero esta se va destruyendo, hasta que se produce un límite entre una placa oceánica y una contiental.

Si cesa el ascenso del magma en la dorsal esta se agota, y el océano se va cerrando progresivamente, dando lugar a procesos orogénicos pericontinentales. Cuando el océano se cierra por completo se produce obducción, como consecuencia del encuentro entre dos fragmentos de litosfera continental. Se forma, entre ambas, una cordillera intercontinental que sufre procesos erosivos hasta generar un relieve aplanado, similar al del cratón original.

Métodos de predicción

   El estudio de la historia eruptiva de un volcán es uno de los principales métodos de predicción. A partir de ahí se puede establecer el tiempo de retorno de la actividad volcánica.
El estudio de los efectos químicos y físicos anómalos que se producen en el terreno como consecuencia del ascenso de un magma constituyen los precursores volcánicos.
· Movimientos sísmicos de origen tectónico, volcánico y explosivo, como consecuencia del ascenso del magma y su actividad.
· Elevación del terreno causada por la deformación que sufre el edificio volcánico debido a la ascenso del magma.
· Aumento del potencial eléctrico y las alteraciones del campo magnético local, consecuencia de la desmagnetización de las rocas encajantes por efecto del calor.
· Emisión de gases que escapan de la cámara magmática por el cráter o por grietas y microfracturas.
· Los cambios de temperatura del agua en los lagos del cráter.



Medidas preventivas

  Se pueden citar: la evacuación de la población, el cambio de curso de las coladas mediante zanjas, la solidificación y paralización de las lavas mediante agua fría, la distribución de mascarillas entre la población, el drenaje de los lagos del cráter para evitar las coladas de barro, y la construccion de refugios semiesféricos contra la lluvia de cenizas y piroclastos en caso de erupción y de refugios incombustibles contra las nubes ardientes.