Las raíces históricas de la Tectónica

A lo largo de la Historia, la Geología se ha enfrentado a diferentes problemas que actualmente son explicados mediante la tectónica de placas: el encaje entre los continentes, la distribución geográfica de ciertos fósiles o de las cadenas montañosas o el proceso de formación de las montañas son algunas de estas cuestiones, que recibían diferentes soluciones antes del desarrollo de esta teoría.

El puzle de los continentes

Desde la publicación de los primeros mapas de América llamó la atención el parecido entre la forma de las costas sudamericana y africana. En el siglo XVII Thomas Burnet propuso este hecho como una prueba del diluvio. Su explicación fue aceptada durante casi doscientos cincuenta años.

1. La corteza terrestre fue destruída, liberando al exterior grandes cantidades de agua presentes en el interior de la Tierra.
2. El agua se extendió por el exterior, cubriendo por completo la superficie del planeta.
3. El agua volvió a penetrar hacia el interior a través de grietas y fisuras, formando los continentes actuales.

Las investigaciones de Humboldt en el siglo XIX confirmaron que el encaje entre continentes es algo más que una casualidad, al demostrar que existe continuidad entre las estructuras geológicas de los dos lados del Atlántico sur.

La distribución de los fósiles

En el siglo XVIII Buffon observó que en Norteamérica y Europa se podían encontrar fósiles parecidos. Buffon propuso que esta coincidencia se debía a que, en el pasado, ambos continentes habían estado unidos mediante "puentes de tierra". Para explicar la desaparición de los puentes se supuso que la parte externa de la Tierra "flotaba" sobre un material líquido y denso, de modo que los puentes se hundirían en él. Durante el siglo XIX se utilizó la misma teoría para explicar la existencia de fósiles similares en otros continentes, como Sudamérica, Áfica y Asia.

La isostasia y el equilibrio hidrostático

En el siglo XIX se descubrió que el Himalaya presentaba lo que hoy se conoce como una "anomalía gravimétrica negativa", es decir, ejerce una atracción gravitatoria menor de la esperada en función de su volumen. Este hecho llevó a proponer la teoría de la isostasia, según la cual las masas continentales, sólidas, flotan sobre una capa de naturaleza diferente, que se comporta como un fluido de gran densidad. Se propusieron dos modelos diferentes para explicar la disposición de las masas montañosas: la hipótesis de Pratt suponía que la corteza estaba formada por bloques de diferente densidad entre sí, de modo que los menos densos ocuparían las zonas más altas de la cordillera, pero todos los bloques alcanzarían la misma profundidad. La hipótesis alternativa, propuesta por Airy, suponía que la corteza alcanzaba diferente profundidad en las zonas más elevadas, por lo que fue conocida como la hipótesis de las "raíces de las montañas".

La teoría de la isostasia permitió explicar la persistencia durante mucho tiempo de los relieves montañosos, a pesar de la intensa erosión a la que se ven sometidos. La pérdida de peso de las montañas provocada por la erosión las empujaría hacia arriba, mientras que el aumento de peso de las cuencas sedimentarias causaría su hundimiento.

La idea de una Tierra con un interior líquido llevó a proponer un mecanismo de formación de las montañas basado en el enfriamiento de las rocas. Según esa hipótesis, la Tierra se habría formado como una masa fundida que se ha ido enfriando a lo largo del tiempo, empezando por el exterior. Al hacerlo, se habría contraído, provocando que la capa externa se "arrugara" y se resquebrajara, dando lugar a las montañas y a las fallas.

El modelo de la Tierra antes de la Tectónica

El conjunto de datos disponibles en el siglo XIX llevó al geólogo noteamericano Dana a proponer un modelo geológico de la Tierra que los combinaba todos y que dominó la geología hasta los años 70' del siglo XX.

Dana consideraba que nuestro planeta era un sistema estático en el sentido de que en él no se producían movimientos laterales de los materiales que lo forman. El interior de la Tierra estaría fundido, y se iría enfriando lentamente. Como consecuencia, el planeta en su conjunto se contraería, dando lugar a la formación de las montañas.

El estado fundido de los materiales internos también explicaría la aparición y desaparición de los puentes de tierra entre continentes.

A pesar de su éxito, el modelo de Dana no conseguía explicar la distribución de las montañas, ni aportaba pruebas para demostrar la existencia de los puentes de tierra.

Las primeras hipótesis movilistas

Frente a la idea consolidada de la aparición y desaparición de los puentes de tierra, algunos científicos propusieron, ya durante el siglo XIX, la hipótesis de que los continentes se habían podido desplazar a lo largo del tiempo. Uno de los primeros en hacerlo fue Lamarck, mucho más conocido por su teoría evolutiva. Sugirió que los continentes podrían haberse "desplazado" debido a procesos de erosión y sedimentación diferencial: el mar habría ido erosionando la costa este de los continentes, mientras que el depósito de sedimentos en las costas occidentales habrían provocado su crecimiento en esa dirección.

Suess por su parte, propuso que los continentes actuales habrían crecido a partir de núcleos antiguos alrededor de los cuales se habrían ido depositando, a lo largo del tiempo, sedimentos en cuencas más jóvenes. Suess llegó a publicar un mapa que mostraba su hipótesis en el que se diferenciaban ambos tipos de terrenos.

Finalmente, Snider-Pellegrini propuso la existencia en épocas remotas la existencia de un supercontinente único, al que llamó Pangea, cuya rotura habría dado lugar a las masas actuales, lo que explicaría el encaje entre los continentes, pero sin aportar un posible mecanismo para explicar la rotura o el desplazamiento.

La hipótesis de Wegener

Alfred Wegener fue un investigador austriaco que comenzó su carrera en el campo, novedoso por aquella época, de la meteorología y la climatología, pero que pronto se orientó hacia los estudios geológicos, intrigado por las observaciones que realizó en sus viajes a Groenlandia.

Descontento con las explicaciones dominantes en su tiempo, trató de elaborar una teoría que partía de los datos que se consideraban correctos, es decir, que la capa exterior de la Tierra, sólida, reposaba sobre un conjunto de materiales que se encontraban en estado líquido, pero rechazó las explicaciones que se daban entonces a los problemas del encaje continental y a la formación de las montañas. En lugar de suponer una Tierra estática y en contracción propuso que el planeta no cambiaba de volumen, sino que su capa externa se desplaza sobre los materiales interiores.

Las razones por las que esta idea básica, modificada hasta transformarse en la actual teoría de la tectónica de placas, tardaron tanto tiempo en ser aceptadas por la comunidad científica, solo pueden ser comprendidas desde una perspectiva histórica y filosófica, que tenga en cuenta el modo en que unas ideas científicas van siendo sustituidas por otras.

El método científico y la producción de nuevo conocimiento científico

La ciencia, cuyo objetivo fundamental es explicar el funcionamiento del mundo, se enfrenta a un problema que no puede ser resuelto exclusivamente con el uso de la lógica: desarrollar un conocimiento universal a partir de conocimientos particulares. Para conseguir este propósito, dado que la inducción (la generalización de los conocimientos particulares) no es un proceso lógicamente válido, se ha desarrollado un método que combina los dos procedimientos, la inducción y la deducción, y que recibe el nombre de método hipotéticodeductivo o, simplemente, método científico.

El procedimiento consiste en partir de observaciones particulares en las que se aprecian regularidades. A partir de ellas se produce una generalización posible, derivada de esas observaciones, que se conoce como hipótesis. Para comprobar la hipótesis, de cuya validez no podemos estar seguros, se supone que es cierta, y se sigue un proceso deductivo que lleve a una conclusión observable, diferente de la inicial, que debe cumplirse. Esta conclusión no ha sido observada aún; para hacerlo es necesario diseñar una situación artificial, en la que se eliminen todos aquellos factores externos que puedan influir, de modo que si se consigue observar la conclusión deducida solo pueda deberse a que la hipótesis es cierta. Esta situación controlada es un experimento.

En la práctica, la situación es más complicada que lo que refleja este esquema. En las áreas donde el conocimiento es incompleto, las teorías hacen que los investigadores se planteen preguntas específicas de investigación que se responden mediante hipótesis no comprobadas. Estas hipótesis son explicaciones tentativas que podrían responder a las preguntas de investigación. Normalmente su desarrollo no es aleatorio, sino que las hipótesis se elaboran teniendo como guía la teoría dominante en un momento dado, lo que hace que las nuevas hipótesis, en general, no se aparten demasiado de los modelos teóricos que explican un fenómeno en una época dada.

Otro problema que puede dificultar seguir un método hipotético-deductivo "sencillo" es, por ejemplo, la complejidad de realizar experimentos que confirmen la validez de una hipótesis (porque los objetos de estudio son demasiado grandes o demasiado pequeños, están demasiado lejos o son, simplemente, inaccesibles). En estos casos las hipótesis suelen considerarse aceptables si son verosímiles y congruentes con el conocimiento previo, y cambiar una teoría requiere, entonces, demostrar la falsedad de sus resultados.

Wegener tuvo que enfrentarse a problemas de este tipo al proponer su teoría: no existían experimentos que pudieran demostrar la validez de su teoría, ni podía, técnicamente, llevarlos a cabo, de modo que era necesario que consiguiera demostrar lógicamente que las conclusiones de los partidarios de una Tierra inmóvil estaban equivocadas.

Es posible interpretar lo que ocurrió, históricamente, con la teoría de Wegener tomando como referencia la teoría de las revoluciones científicas propuesta por Thomas Khun, uno de los filósofos de la ciencia más importantes del siglo XX. Para este autor un paradigma científico es un conjunto de problemas científicos y de los métodos que los científicos usan para investigarlos. En los periodos de "ciencia normal" los científicos trabajan dentro del paradigma para resolver los problemas de investigación. En general, si los problemas se resuelven dentro del paradigma las nuevas hipótesis se incorporan al conocimiento establecido, y lo refuerzan, mientras que los problemas que no pueden ser resueltos en el seno del paradigma dominante, en la mayor parte de los casos, se posponen o simplemente se abandonan.

En opinión de Khun, los paradigmas solo pueden ser modificados mediante procesos revolucionarios, similares a las revoluciones políticas que se han producido a lo largo de la historia. Si se acumulan problemas sin resolver, o si surge una explicación "potente" fuera del paradigma dominante, puede producirse un periodo de "ciencia revolucionaria". En ese caso surge un nuevo paradigma cuyos partidarios se enfrentan a los del paradigma original. Si las nuevas ideas resuelven los problemas pendientes pueden cobrar fuerzas y ganar partidarios, hasta que finalmente pueden triunfar con lo que se instaura de nuevo un periodo de ciencia normal, aunque con el nuevo paradigma ocupando la posición dominante y sustituyendo al anterior.

Desde el punto de vista de las ideas de Khun es posible comprender por qué las ideas de Wegener sufrieron un rechazo tan contundente y por qué la teoría de placas tardó tanto en ser aceptada por la comunidad científica de la época.

Wegener partió para elaborar su teoría de un problema sin resolver, el de los mantos de corrimiento observados en algunas cordilleras, concretamente en los Alpes. Un manto de corrimiento es un desplazamiento horizontal de gran magnitud (superior a los cabalgamientos) de los materiales terrestres, de modo que unas capas de terreno se sitúan por encima de otras, alcanzando hasta cientos de kilómetros de extensión. Las ideas dominantes en su época consideraban que los mantos de corrimiento se formaban como consecuencia de la contracción de la Tierra. Sin embargo, las estimaciones hechas por Wegener le llevaron a pensar que el ritmo de contracción del planeta necesario para explicar la magnitud de estas estructuras debería haber sido mucho más rápido que el previsible.

En lugar de pasar por alto este problema, Wegener lo resolvió dando una explicación fuera del paradigma: supuso que los continentes se habían desplazado horizontalmente a lo largo de la historia, y que los mantos de corrimiento eran una consecuencia de ese desplazamiento. La respuesta a la propuesta de Wegener fue el rechazo general, a pesar de que su idea resolvía otros problemas pendientes en el paradigma original.

La naturaleza del problema hacía imposible la comprobación experimental de la nueva hipótesis, de modo que Wegener trató de suplir este problema presentando como pruebas deducciones lógicas de su teoría, que solo podrían explicarse si esta fuera cierta:

1. El análisis estadístico de la topografía terrestre muestra que hay dos niveles predominantes, que corresponden a los continentes y al fondo oceánico. Este hecho no encaja con la teoría tradicional, pero sí con un modelo de continentes móviles situados por encima de un nivel de base fijo.


2. Si la teoría de la isostasia permite el movimiento vertical de los continentes sobre una base fluida, no hay razón para que no permita el movimiento horizontal, si hay fuerzas que lo provoquen. Ahora bien, la existencia de dichas fuerzas horizontales está demostrada por la compresión horizontal de las rocas en las grandes cordilleras montañosas.


3. Wegener creyó haber encontrado pruebas comprobables de que Groenlandia se estaba separando de Europa, basándose en sus mediciones geodésicas, que más adelante demostraron estar equivocadas.



4. Pruebas geológicas: en relación con la vieja idea del encaje continental, Wegener demostró que el parecido entre las dos orillas del Atlántico sur no era solo geográfico, sino también geológico, especialmente en lo que se refiere a la situación de zonas orogénicas.

5. Pruebas paleontológicas: Hizo notar que muchos fósiles del Paleozoico Superior y del Mesozoico son comunes en todos los continentes meridionales, a pesar de estar separados entre sí. Rechazó la explicación tradicional dada a este fenómeno, basada en los puentes de tierra, considerándolos insostenibles por razones geofísicas.



6. Pruebas paleoclimáticas: Señaló que existían pruebas de que se habían dado climas polares simultáneamente en lugares tan alejados entre sí en la actualidad como Sudamérica, África del sur, la Antártida, el sur de Australia o la India.

Las primeras ediciones de la obra de Wegener no provocaron una respuesta excesivamente virulenta por parte de la comunidad científica, pero a partir de 1923 la gran mayoría de los geólogos criticaron ferozmente a Wegener, tratando de desacreditar sus pruebas, pero sin ofrecer a cambio explicaciones alternativas satisfactorias para los problemas que él señalaba. Los apoyos a su teoría fueron, en cambio, escasos y puntuales, destacando el papel de Arthur Holmes, que propuso por primera vez un mecanismo plausible para explicar el movimiento de los continentes, las corrientes de convección del manto impulsadas por procesos de desintegración radiactiva, o Alex du Toit, que complementó y perfeccionó las pruebas geológicas y paleontológicas propuestas inicialmente por Wegener.

Tras la Segunda Guerra Mundial empiezan a producirse cambios metodológicos en el ámbito de la Geología, como el uso del paleomagnetismo para estudiar el fondo marino. Este hecho se ajusta bien al concepto de paradigma científico propuesto por Khun, ya que esta idea no incluye solo las teorías, sino también los métodos de estudio. En este caso, como se ve, una nueva metodología aporta datos incompatibles con el paradigma anterior, con lo que contribuye a socavarlo.

El estudio de la orientación magnética de las rocas presentes en el fondo oceánico indicaba, sin ningún tipo de dudas, que la posición relativa de los polos magnéticos ha ido cambiando con el tiempo. En principio ese dato admite dos interpretaciones posibles: una compatible con el modelo fijista de la Tierra, y que supone que los continentes han permanecido fijos mientras que los polos magnéticos se han ido desplazando (hipótesis de los polos errantes) y otra explicación movilista, según la cual los polos magnéticos habrian permanecido fijos en su posición, mientras que los continentes se habrían ido desplazando.

En este caso, sin embargo, se dio con un argumento que hacía imposible una de las dos soluciones propuestas: se analizó cual hubiera sido la posición del polo magnético suponiendo que la posición de los continentes ha sido fija. Al hacerlo se observó que el polo norte parecía haber seguido dos trayectorias diferentes, según se observara su movimiento desde Eurasia o desde Norteamérica. Sin embargo, esta incongruencia desaparecía al considerar que ambos continentes estuvieron unidos en el pasado, tal y como proponía la teoría de Wegener.

El estudio de la polaridad magnética de las rocas oceánicas también permitió descubrir que rocas de diferentes edades indicaban posiciones de los polos magnéticos que iban invirtiéndose repetidamente, creando un patrón simétrico en el fondo marino. Con el tiempo, esta información se interpretó como consecuencia de cambios de posición de los polos (inversiones), y no en las características de las rocas. Al mismo tiempo, esta técnica aportó un método de datación absoluta que permitió observar diferencias de edad en los fondos oceánicos.

Los sondeos submarinos proporcionaron además otros tres importantes datos que posteriormente resultaron de interés en el desarrollo de la tectónica:

• La presencia de cordilleras volcánicas (dorsales oceánicas) en el centro de todos los océanos.
• La ausencia de rocas de naturaleza granítica en la corteza oceánica.
• La inexistencia de rocas oceánicas anteriores al periodo Cretácico (hace unos 180 millones de años).

En la década de los 60' del siglo XX todos estos hechos llevan a confirmar la hipótesis de que los fondos oceánicos se han expandido a partir de las dorsales, lo que entra en clara contradicción con la hipótesis de la Tierra en contracción.

La tectónica de placas

En 1965 Tuzo Wilson propone por primera vez la teoría de la tectónica de placas tal y como se conoce en la actualidad. Observó que los movimientos de la corteza se producen solo en tres tipos de estructuras geológicas, relacionadas con fenómenos volcánicos y sísmicos:

• Las cordilleras, relacionadas con los arcos insulares de naturaleza volcánica.
• Las dorsales oceánicas.
• Las grandes fallas oceánicas de salto horizontal.

Los tres tipos de estructuras parecían terminar bruscamente, y Wilson propuso que estaban relacionadas entre sí mediante un conjunto de fallas que "transforman" una estructura en otra, dividiendo la parte externa de la Tierra en fragmentos. Dichos fragmentos recibieron el nombre de placas, y las fallas propuestas por Wilson se denominan fallas transformantes.

W.J. Morgan generalizó el modelo de Wilson a una superficie esférica, y propuso que la parte más externa de la Tierra está dividida en veinte bloques de diferentes tamaños, separados entre sí por tres tipos de límites:

1. Las dorsales oceánicas, donde se genera nueva corteza.
2. Las fosas oceánicas, donde se destruye la corteza.
3. Las fallas transformantes, en las que ni se crea ni se destruye corteza.

Un aspecto importante de la hipótesis de Morgan es que el balance neto entre la creación y la destrucción de corteza es nulo, es decir, en las fosas oceánicas se destruye la misma cantidad de corteza que se ha creado en las dorsales. Esto se oponía frontalmente a todas las hipótesis fijistas, tanto a las que proponían un planeta en contracción como a las que surgieron a mediados del siglo XX y que, por el contrario proponían que la Tierra está expandiéndose.

Morgan denominó tectosfera a la parte más externa de la Tierra, de carácter rígido. Aunque esta denominación cayó en desuso, siendo sustituida por litosfera, dio lugar a la expresión "tectónica de placas". También aplicó el teorema de Euler a las placas, demostrando que un bloque situado en la superficie de una esfera puede moverse en cualquier dirección en un movimiento que, en realidad, no es más que la rotación respecto a un eje. Utilizando datos del Atlántico incluso pudo llegar a calcular el cambio en la velocidad de expansión del fondo oceánico.

El modelo de Morgan hizo inadecuada la expresión "deriva continental" que identificaba la teoría de Wegener por dos motivos: en primer lugar, los continentes se mueven, pero dentro de una placa más grande que puede incluir también una parte de litosfera oceánica; en segundo lugar, su movimiento no se puede describir como una "deriva" a través de los océanos, porque el movimiento sigue una dirección concreta, la de las corrientes de convección del manto.

A principios de los años 70' del siglo XX prácticamente todos los geólogos aceptaban la validez de la tectónica de placas. Puede justificarse el largo rechazo a las teorías de Wegener destacando las incorrecciones que incluía en su formulación primitiva, como el hecho de que no es la corteza granítica (SIAL) la que se desplaza sobre la corteza basáltica (SIMA), sino que es la litosfera la que se mueve sobre el resto del manto, o como el error de Wegener al tratar de señalar la fuerza que empuja las placas, y su intensidad. Sin embargo, lo cierto es que ambas cuestiones tampoco quedaban resueltas en el paradigma anterior, al que se enfrentó Wegener al proponer su hipótesis. En vez de esto, haciendo caso a lo que señala Khun, es posible explicar las reticencias de los geólogos educados en el paradigma de la Tierra estática y en contracción y su resistencia a cambiar las ideas en las que habían sido educado. Como uno de ellos, R. T. Chamberlin, señaló:

"Si hemos de creer en la hipótesis de Wegener, hemos de olvidar todo lo que hemos aprendido en los últimos setenta años y volver a empezar desde el comienzo".