Tema 3: La Teoria de la Tectónica de Placas Características generales del planeta Tierra.

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1 Tema 3: La Teoria de la Tectónica de Placas Características generales del planeta Tierra

2 Contenido Estructura interna de la Tierra La hipótesis de la Deriva Continental Premisas básicas de la Teoria de la Tectónica de Placas Movimientos y límites de placas Procesos geológicos asociados a la Teoria de la Tectónica de Placas

3 ¿Cómo conocemos la estructura interna de la Tierra? Mundus Subterraneous A. Kircher, 1678

4 ESTRUCTURA INTERNA DE LA TIERRA Composición química diferente y densidad CORTEZA: 0.5% masa de la Tierra Continental espesor muy variable (~25-80 km) edad muy variable (máx ~4000 Ma) minerales de Si-Al rocas félsicas (2.7 g/cm 3 ) NÚCLEO radio ~3400 km 32.5% masa de la Tierra aleación de Fe-Ni 11 g/cm 3 MANTO radio ~3000 km 66% masa de la Tierra minerales de Fe-Mg rocas ultramáficas 3.3 g/cm 3 Oceánica espesor 6-10 km edad <200 Ma minerales de Si-Al y minerales de Mg-Fe rocas máficas (3 g/cm 3 )

5 ESTRUCTURA INTERNA DE LA TIERRA Reología diferente Núcleo interno sólido (P demasiado alta como para permitir la fusión) Núcleo externo líquido: las corrientes convectivas generan el campo magnético terrestre ASTENOSFERA: manto superior. Capa blanda, comportamiento dúctil. Las rocas son capaces de fluir a través del TIEMPO MESOSFERA: manto inferior. Rocas más resistentes (P mayor), pero aún capaces de fluir. LITOSFERA: corteza+porción más superficial del manto. Capa rígida, comportamiento frágil.

6 ¿Cómo conocemos la estructura de la Tierra? - geofísica: ondas sísmicas na turales y artificiales. Las propiedades básicas de la propagación de las ondas sísmicas… - la velocidad de las ondas incrementa al incrementar la elasticidad y densidad del material atravesado; - las ondas P se propagan en sólidos y líquidos, mientras que las S sólo viajan a través de sólidos; - en cualquier material, las ondas P son más veloces que las ondas S; - cuando las ondas sísmicas pasan de un material a otro, su trayectoria es desviada. Estos cambios en la trayectoria y en la velocidad de propagación de las ondas sísmicas nos permiten sondear el interior de la Tierra y conocer su estructura.

7 Cuando las ondas P y S pasan de una capa a otra con diferente densidad y/o rigidez, sufren bruscas variaciones de velocidad: - variaciones de composición (ej: corteza- manto); - variaciones del estado físico (ej: manto- núcleo); - incremento de densidad con la profundidad a composición constante (ej: manto). las superficies que separan dos zonas con propiedades diferentes se denominan superficies de discontinuidad ¿Cómo conocemos la estructura de la Tierra?

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9 Capas definidas por su composición Oceánica: homogénea Basalto Continental: heterogénea Granodiorita -basalto Manto : ̴ 80 % del volumen Peridotita Núcleo : Aleación de Fe y Ni

10 Propiedades físicas Temperatura Densidad Comportamien- to mecánico

11 Estructura de la Tierra El estudio del comportamiento de las ondas sismicas nos proporciona información acerca de la forma y composición del interior de la Tierra: CortezaCorteza: ~10–70 km, espesor, composición intermedia mantomanto: ~2800 km, espesor, composición máfica Núcleo externoNúcleo externo: ~2200 km, espesor, fierro líquido Núcleo InternoNúcleo Interno: ~1500 km, espesor, fierro sólido

12 Cuando las ondas P y S pasan de una capa a otra con diferente densidad y/o rigidez, sufren bruscas variaciones de velocidad: - variaciones de composición (ej: corteza- manto); - variaciones del estado físico (ej: manto- núcleo); - incremento de densidad con la profundidad a composición constante (ej: manto). las superficies que separan dos zonas con propiedades diferentes se denominan superficies de discontinuidad ¿Cómo conocemos la estructura de la Tierra?

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14 Composición de la Tierra La sismología también nos proporciona información sobre la densidad de las rocas: Corteza continentalCorteza continental: ~2.8 g/cm 3 Corteza oceánicaCorteza oceánica: ~3.2 g/cm 3 AstenosferaAstenosfera: ~3.3 g/cm 3

15 ¿La estructura interna es más compleja?

16 ¿Cómo conocemos la composición de la Tierra? - muestreo de afloramientos; - minas y perforaciones; - xenolitos; - petrogénesis ígnea; información sobre los primeros 120 km

17 Composición de la Tierra La sismología también nos proporciona información sobre la densidad de las rocas: Corteza continentalCorteza continental: ~2.8 g/cm 3 Corteza oceánicaCorteza oceánica: ~3.2 g/cm 3 AstenosferaAstenosfera: ~3.3 g/cm 3

18 ¿Cómo conocemos la composición de la Tierra? - meteoritos. Meteorito Allende (Chihuahua, 1969) 4.567 Ga condritas carbonaceas (composición primordial de la Tierra)

19 Tectónica de Placas Una Teoría unificadora de las ciencias de la Tierra Premisas generales: La porción externa de la Tierra está compuesta de 20 “placas” (~ 100 km de espesor) que se mueven en forma relativa las unas con respecto a las otras. Esos movimientos explican varios procesos: la formación de cadenas montañosas, la deriva continental, la actividad sísmica y magmática.

20 Placas tectonicas litosferalitosfera: la capa rígida más externa de la Tierra (~ 100 km). Las placas están constituídas de éste material. astenosferaastenosfera: porción del manto superior que se ubica bajo la litósfera. La litósfera se desplaza sobre la parte superior de la astenosfera.

21 Corteza de la Tierra, Litosfera, y Astenosfera ** Observar que la litósfera incluye la corteza y la porción superior del manto

22 La teoría de la tectónica de placas - la litosfera, rígida, flota sobre la astenosfera, una capa de rocas con comportamiento plástico; - la litosfera está subdividida en placas de espesor y dimensiones variables, que encajan como las piezas de un rompecabezas; - las placas litosféricas se mueven por efecto de la convección activa en el manto astenosférico; - los movimientos de las placas causan inestabilidad a lo largo de sus márgenes, donde se desarrolla la mayor parte de la actividad magmática y sísmica del planeta.

23 Tectónica de Placas: Proceso que requiere convección: La convección es una de las tres formas de transferencia de calor y se caracteriza porque se produce por medio de un “fluido” que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La Tierra esta disipando calor La astenósfera es SOLIDA, pero a través del TIEMPO se comporta en forma plástica

24 La teoría de la tectónica de placas

25 Placas actuales Pete W. Sloss, NOAA-NESDIS-NGDC Fig. 1.12

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28 Tipos de límites de placas 1. Divergentes 2. Convergentes 3. Transformes (desplazamiento lateral, conservativos)

29 Los tres tipos de límites de Placas Fig. 1.14

30 Fig. 1.14a

31 Fig. 1.14b

32 Fig. 1.16

33 La teoría de la tectónica de placas tuvo una historia como todos los conocimientos científicos -¿Cómo se desarrolló? -Ideas fijistas vs movilistas

34 Deriva continental ¿qué es? -Hipótesis que fue planteada en 1912 por Wegener que establece el desplazamiento de las masas continentales una con respecto a otras -Esta hipótesis se revaloró posteriormente y fue «la base» para el desarrollo de la Tectónica de Placas

35 Deriva Continental (Continental Drift) Propuesta por Alfred Wegener in 1912. Fue rechazada por la mayor parte de los geólogos «las masas continentales pueden estar sujetas a movimientos verticales y laterales»

36 Deriva continental ¿evidencias? -Geomorfológicas (ensamble de bordes continentales) -Paleontológicas -Paleoclimáticas

37 Evidencias establecidas para formular la deriva continental (Wegener, 1912) - Geomorfológicas: -Similitud de la morfología de los continentes, importante considerar la erosión y sedimentación cambian la morfología de las costas; - Al acercar los continentes a lo largo de sus límites reales (plataforma continental-llanura abisal), el encaje es más evidente; - Cinturones montañosos terminan en la línea de costa y reaparecen en las masas continentales ubicadas al otro lado del océano.

38 - Paleontológicas: Mesosaurus - reptil de agua dulce; - en lutitas de hace ~260 Ma; - ¿puentes continentales? Glossopteris - helecho fósil; - grandes semillas de difícil distribución; - típica de climas subpolares.

39 -Paleoclimáticas: - Depósitos glaciales de hace 300 Ma expuestos en Sudamérica, Sudáfrica, India, Australia; - ¿periodo de frío suficiente como para generar glaciares en zonas que hoy son tropicales? -Explicación: -Los continentes estaban unidos, y ubicados más al sur con respecto a su posición actual. - En el mismo periodo, en los continentes del hemisferio norte existieron grandes pantanos tropicales con abundante vegetación, y depósitos de evaporitas típicos de climas desérticos;

40 La principal debilidad de la Deriva Continental era que NO EXPLICABA el mecanismo para el movimiento horizontal de los continentes Tuvieron que pasar varias décadas para que la ciencia pudiera confirmar la teoría

41 Deriva Polar Aparente Inversiones del campo magnético Esparcimiento del piso oceánico Descubrimientos que contribuyeron a reconsiderar la hipótesis de la Deriva Continental

42 Los años ´50 y el descubrimiento del paleomagnetismo La deriva polar aparente En el estudio del magnetismo de las rocas llevado a cabo en Europa en los años ´50, se observó que el alineamiento magnético en los minerales ricos en Fe de rocas de edades diferentes variaba mucho indicando que los polos se han desplazado en el «tiempo»; - Europa se ha desplazado con respecto a los polos. Aunque los polos magnéticos se mueven de manera errática en torno a los polos geográficos, se mantienen relativamente estacionarios. Esto indica que su movimiento aparente es producido más bien por la deriva de los continentes. ¡Las pruebas paleomagnéticas restituyeron la deriva continental como un tema respetable de la investigación científica!

43 Los años ´50 y el descubrimiento del paleomagnetismo Las inversiones de polaridad del CMT En el curso de la historia de la Tierra la posición de los polos magnéticos se ha «invertido» muchas veces. En secuencias de lavas máficas apiladas en orden de edad, polo norte magnético y polo sur magnético se alternan periódicamente. - polaridad normal (igual a la actual); - polaridad invertida (opuesta a la actual). Se ha establecido una escala temporal para las inversiones magnéticas. - crones, durante los cuales prevalece una orientación específica; - dentro de cada cron ocurren breves inversiones (acontecimientos).

44 La hipótesis de la expansión del fondo oceánico (Hess, 1962) - las dorsales oceánicas están ubicadas en regiones sujetas a fuerzas extensionales, y sobre zonas de ascenso convectivo del manto; - a medida que el manto asciende, se funde y genera magmas; - el magma emitido se solidifica generando nueva corteza oceánica; - a medida que se genera nueva corteza, el suelo oceánico se aleja de la dorsal; - la rama de convección descendente del manto tiene lugar en correspondencia de las fosas submarinas: aquí, la corteza oceánica es empujada hacia el interior de la tierra. ¡Esta teoría explica todas las observaciones! Idea central: la convección del manto produce movimientos horizontales de la corteza terrestre.

45 H. Hess se convierte en teoría científica: los descubrimientos de Vine y Matthews (1963) Estudios magnéticos en la costa oeste de Norteamérica evidenciaron la existencia de bandas alternas de magnetismo de alta y baja intensidad. - franjas de magnetismo de alta intensidad: regiones donde el paleomagnetismo de la corteza oceánica tiene polaridad normal (estas rocas potencian el CMT); - franjas de magnetismo de baja intensidad: la corteza tiene polarización inversa (CMT debilitado).

46 ¿cómo se forman estas franjas? - conforme el magma solidifica a lo largo del rift, se magnetiza con la polaridad del CM existente en ese momento; - La expansión del piso oceánico provoca que la anchura de esta franja de corteza magnetizada aumenta gradualmente; - cuando ocurre una inversión de polaridad del CMT, nueva corteza con polaridad inversa se formará en medio de la antigua franja; - las dos partes de la franja antigua son transportadas en direcciones opuestas lejos de la dorsal;

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49 De las Anomalías a la Edad del piso Oceánico

50 La última pieza del rompecabezas (Wilson, 1965) Un sistema de grandes fallas divide la capa externa de la Tierra en “placas rígidas”, en movimiento relativo una respecto a otra sobre una capa más plástica: - movimiento convergente: fosas submarinas, montañas; - movimiento divergente: dorsales medio-oceánicas; - movimiento transforme. Esta teoría proporcionó una explicación unificada a las numerosas observaciones que no parecían estar relacionadas.

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52 Recordemos: La geología: Ʃ = MPT Donde: M= Materiales (ROCAS) P= Procesos T= Tiempo Recordar que además los procesos requieren algún tipo de ENERGÍA

53 Tectónica de Placas: Proceso que requiere convección: La convección es una de las tres formas de transferencia de calor y se caracteriza porque se produce por medio de un “fluido” que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La Tierra esta disipando calor La astenósfera es SOLIDA, pero a través del TIEMPO se comporta en forma plástica

54 La fábrica de la subducción Materia prima ■ Material Oceánico ■ Material del manto Productos ■ Magma/Volcanes ■ Volátiles ■ Corteza Continental Residuos ■ Placas químicamente modificada ■ Delaminación de la corteza inferior