La tectónica de placas en la actualidad

El modelo, relativamente sencillo, propuesto por la teoría de la Tectónica y que se basa en la transmisión de la energía interna de la Tierra hasta la superficie mediante corrientes de convección establecidas en un medio plástico (el Manto) permite explicar bien los problemas clásicos de formación de montañas, encaje continental, distribución paleontológica o paleoclimática, localización de volcanes y terremotos..., así como fenómenos descubiertos posteriormente como la expansión del fondo oceánico.

Sin embargo, como todos los modelos científicos la Tectónica ha encontrado, a lo largo de su desarrollo histórico, diferentes problemas y dificultades a las que ha tenido que adaptarse, modificando en parte sus postulados originales y haciéndose una teoría más compleja que la original. Algunos de los problemas que ha tenido que resolver la Tectónica son los siguientes:

El origen y la transmisión de la energía interna de la Tierra

La energía que poseen en la actualidad todos los planetas del Sistema Solar procede, en último término, de la que tenían en el momento de su formación. Tras su formación, los planetas liberaron calor hacia el exterior; la hipótesis más verosímil para explicar el origen de ese calor es suponer que se originó como resultado de la transformación de energía gravitatoria en energía térmica durante el proceso de acreción que dio lugar a la formación de los planetas. Para que esta hipótesis sea aceptable, es necesario suponer que la acreción se produjo en periodos muy cortos de tiempo, que no permitieron la disipación del calor. La energía acumulada se transmite hacia el exterior de forma extremadamente lenta, de modo que se supone que entre el 17% y el 55% del total de la energía interna de nuestro planeta aún procede de aquel proceso. El resto sería resultado de los procesos de desintegración radiactiva de las rocas del manto.

La transmisión de la energía interna se puede producir por medio de tres mecanismos; la radiación puede ser un fenómeno importante a gran profundidad, cuando la temperatura está próxima a la de fusión de las rocas; la conducción es el mecanismo más importante de transmisión de energía térmica en materiales sólidos, pero no permite explicar los movimientos litosféricos. Por último, la posibilidad de que se produzcan corrientes de convección en el manto ha sido uno de los temas más debatidos de la Geología durante el siglo XX.

La posibilidad de que existieran corrientes de convección en el manto fue propuesta por primera vez en los años 30' del siglo pasado para tratar de explicar la teoría de la deriva continental propuesta por Wegener. Sin embargo, las intensas críticas sufridas por esta teoría hicieron que también se abandonara la idea de la convección, que sin embargo se recuperó tras descubrirse la expansión del fondo oceánico y proponerse la teoría de la tectónica.

La teoría convectiva del manto permite explicar fenómenos observados, tales como la velocidad a la que se mueven las placas, la subsidencia, la distribución geográfica del vulcanismo, las anomalías gravimétricas... Sin embargo, presenta un grave inconveniente: la convección es un fenómeno muy importante en los fluidos, pero hay pruebas claras de que el manto se encuentra en estado sólido.

Los modelos estudiados han llegado a la conclusión de que en una escala de tiempo muy larga, las rocas del manto sometidas a presiones y temperaturas extremas se deforman lentamente, comportándose como un fluido extremadamente viscoso. Este fenómeno se conoce como convección en estado sólido, y permite explicar que si los gradientes de temperatura en el manto son lo suficientemente grandes, se producirá convección aunque se encuentre en estado sólido.

Fenómenos de intraplaca

Tradicionalmente se ha prestado más atención a los procesos que tienen lugar en los límites entre placas tectónicas. Sin embargo, en el interior de las placas se producen también fenómenos geológicos que deben ser explicados por una teoría global como la Tectónica.

Los bordes continentales pasivos son límites entre la corteza oceánica y la continental, pero no se corresponden con límites de placa, sino con transiciones laterales entre los dos tipos de litosfera. Presentan grandes fallas producidas durante la expansión oceánica, que dan lugar a terremotos importantes, pero en ellos no se crea ni se destruye litosfera.

Los aulacógenos representan la rama abortada de un rift continental. En vez de evolucionar se transforma en una fosa tectónica continental, limitada por fallas que dan lugar a importantes terremotos. En loa aulacógenos se producen importantes procesos de sedimentación intracontinental, y suelen ser ocupados por grandes valles fluviales como el Amazonas.

Los fenómenos más importantes que tienen lugar en el interior de las placas litosféricas son los puntos calientes. Se trata de lugares donde se producen afloramientos de magma no relacionados con los bordes constructivos. Normalmente se producen en los océanos, pero también hay algunos que aparecen en la litosfera continental. El magma que aflora en ellos es de carácter básico, similar al que se forma en las dorsales oceánicas.

La posición de los puntos calientes es fija, de modo que cuando la litosfera se desplaza sobre ellos se forma una línea de islas volcánicas, las más antiguas de las cuales son las más alejadas del punto caliente. Ejemplos de este tipo de estructura son, por ejemplo, los archipiélagos de las islas Marshall o de las Hawaii.

La naturaleza de los puntos calientes ha podido ser explicada con ayuda de los modelos informáticos de la convección en tres dimensiones. Los resultados obtenidos al elaborar estos modelos sugieren que el ascenso convectivo del magma se produce en columnas estrechas, llamadas "plumas" del manto, mientras que su descenso ocurre a través de láminas anchas, que reciben el nombre de "cortinas". Según este modelo los puntos calientes juegan un papel fundamental en la tectónica global, ya que son los lugares a través de los cuales se produce el ascenso del magma. Las dorsales, por su parte, no serían importantes en los movimientos convectivos, sino que serían el resultado de las fuerzas distensivas generadas en las zonas de subducción, es decir, en las cortinas.

La estructura interna del manto

La estructura del manto ha resultado ser más compleja de lo que el modelo simplificado de la Tectónica indicaba. Los primeros modelos parecían indicar la existencia de una capa muy poco rígida, debido al estado próximo a la fusión de sus materiales, que recibe el nombre de astenosfera. La existencia de esta capa estaría confirmada por una reducción brusca en la velocidad de propagación de las ondas sísmicas y permitiría el desplazamiento sobre ella de la litosfera. Sin embargo, los estudios más detallados no han conseguido demostrar sin lugar a dudas la existencia de la astenosfera: no se ha detectado la reducción de velocidad más que en los orógenos y bajo las dorsales, mientras que no se ha observado este fenómeno bajo los cratones más antiguos.

Otro problema que ha preocupado a los geólogos es la profundidad que alcanzan los materiales que subducen, que guarda relación con la extensión de las celdas de convección. Para deducir la profundidad de la subducción los geólogos se basaban en los terremotos: los más profundos nunca se producen por debajo de los 670 Km, por lo que se suponía que este límite representaba el límite inferior de la subducción. Sin embargo, los datos de tomografía sísmica indican que las corrientes de convección afectan a todo el manto. El límite de los 670 Km correspondería entonces a un cambio estructral en las rocas: el olivino se transforma en espinela. El efecto de este cambio en la convección sería una ralentización de la misma, que daría lugar a una acumulación de materiales a esa profundidad antes de "precipitarse" hacia las zonas inferiores del manto.

Un tercer problema relacionado con la estructura del manto es la existencia de la capa D'', una zona irregular de transición entre el manto inferior y el núcleo externo. Actualmente se supone que está formada por los restos "fríos" y rígidos procedentes del hundimiento de la litosfera.

La imagen actual que los geólogos se han fomado de la estructura del manto es algo más compleja que la inicial: la astenosfera no es una capa continua, ya que no existe al menos por debajo de la litosfera continental, pero su papel no parece ser necesario para el funcionamiento de las corrientes de convección. En su lugar, el manto en su conjunto posee un comportamiento plástico, suficiente para explicar la posibilidad de desplazamiento de las placas litosféricas. Los materiales que subducen se hunden hasta el fondo del manto, llegando a la capa D'', donde se acumulan hasta que son recuperados y vuelven a ascender, dando lugar a las irregularidades en la velocidad de propagación de las ondas sísmicas que caracterizan esta zona. Sin embargo, en su camino hasta esa zona atraviesan una transción de fase en los materiales rocosos, situada a unos 670 Km, que provoca una ralentización del proceso subductivo y la acumulación de los materiales que se hunden.

La tectónica y las teorías orogénicas

Uno de los fenómenos que la Geología ha tratado de explicar tradicionalmente ha sido la distribución irregular, tanto en el espacio como en el tiempo, de las cordilleras montañosas. Observando la distribución geográfica de las montañas se aprecia que no están localizadas de modo aleatorio, sino que se encuentran mayoritariamente en los bordes de placas litosféricas, tanto en el límite entre una placa continental con una oceánica como en el límite de colisión entre dos placas continentales. En cuanto a la época de su formación, en la actualidad se observan montañas que han sido formadas en tres épocas distintas y concretas de la historia de nuestro planeta:

• La orogenia caledoniana, producida durante el Silúrico y el Devónico (entre unos -444 y -416 millones de años), de la que quedan algunos restos en Escocia, Escandinavia, Canadá, Brasil, Norte de Asia y Australia.
• La orogenia herciniana o varisca, que tuvo lugar hace unos 300 millones de años, durante el periodo Carbonífero. Tuvo mucha más amplitud que la caledoniana, formando los Urales, los Apalaches, la cordillera preandina, el macizo francés, el macizo ibérico...
• La orogenia alpina se inició hace unos 70 millones deaños y originó el Himalaya, los Andes, los Alpes, el Cáucaso, los Pirineos...

Las primeras teorías orogénicas eran, en consonancia con las ideas de su época, fijistas, es decir, trataban de explicar la formación de las montañas sin recurrir a movimientos en la horizontal. Por esa razón se denominan también teorías verticalistas. A lo largo del tiempo se fueron sucediendo varias teorías de este tipo, porque ninguna de ellas conseguía explicar satisfactoriamente todos los fenómenos observados. Además, todas ellas sufrieron modificaciones que pretendían evitar sus problemas más importantes. Algunas de esas teorías fueron las siguientes:

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  Teoría de la undación: suponía que la formación de las montañas tenía lugar en dos fases: la tectogénesis primaria consiste en la formación de un abombamiento o geotumor e la Corteza, provocado por el ascenso de magma granítico. Durante la tectogénesis secundaria se producen deslizamientos, fallas inversas, mantos de corrimiento..., fenómenos que moldean la forma final de la montaña. Esta teoría se encontaba con la dificultad de explicar la naturaleza basáltica, y no granítica, de los >magmas ascendentes, y las grandes pendientes que serían necesaria para dar lugar a los procesos geológicos de ladera.


• Teoría de la oceanización: para evitar los problemas de la teoría de la undación suponía que los magmas ascendentes eran de naturaleza básica, pero que al ascender iría contaminando la corteza continental, provocando su hundimiento. Sin embargo, de acuerdo con la teoría de la isostasia es imposible que una mezcla de magma y de corteza continental se hunda en el manto, porque su densidad sigue siendo menor que la del manto.


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  Teoría del geosinclinal: un geosinclinal, según esta teoría, es un pliegue sinclinal largo y profundo, en forma de fosa submarina, que se va rellenando de sedimentos. Inicialmente es poco profundo, pero su fondo se va hundiendo progresivamente bajo el peso de los sedimentos acumulados. El hundimiento de las rocas, debido a la subsidencia, hace que las más profundas se fundan parcialmente dando lugar a magmas que ascienden y pliegan las rocas que se encuentran sobre ellos, formando las cordilleras. La teoría del geosinclinal, que persistió durante mucho tiempo como mecanismo explicativo de la orogenia, no consigue explicar por qué los plegamientos se producen solo en los pliegues geosinclinales, y no en todo el planeta, ni la asimetría que se observa en muchas cadenas montañosas.

Frente a las hipótesis fijistas, Wegener trató de explicar la formación de las montañas mediante lo que denominó un "efecto proa":  el frente de los continentes se plegaría debido al rozamiento provocado por la deriva sobre la capa inferior. La teoría no resultaba satisfactoria, en primer lugar porque las fuerzas centrífugas a las que Wegener recurría son totalmente insuficientes para explicar el movimiento de las placas, además de tener las mismas dificultades que la teoría del geosinclinal para explicar los aspectos térmicos de los procesos orogénicos.

La hipótesis actual es que las montañas solo se forman en determinados ambientes geológicos, concretamente en los bordes de placa en los que se está produciendo subducción. Los orógenos se forman a partir de una serie sedimentaria que se deposita sobre la plataforma y el talud continental. Los elementos que los forman, desde la zona oceánica a la continental son:

• Fosa oceánica: está formada por el hundimiento de una placa oceánica bajo otra placa oceánica o bajo una placa contiental. Toma el aspecto de una depresión profunda, estrecha y muy alargada. En su fondo se van acumulando sedimentos procedentes de los arcos insulares y del continente.
• El complejo subductivo o prisma de acrección es un conjunto de sedimentos depositados en la fosa y empujados y comprimidos contra el talud continental.
• El arco insular es un conjunto de islas que se forman por ascensión de magma de naturaleza básica, a una cierta distancia del continente, dejando en medio un mar poco profundo.
• La cuenca trasarco es la estructura formada por los sedimentos que se forman entre el continente y el arco insular. En los orógenos situados en el borde continetal, en lugar de cuenca trasarco se forma una cuenca antepaís, situada en suelo continental.

Los orógenos se caracterizan porque presentan la sismicidad más elevada del planeta, con focos sísmicos localizados a gran profundidad. También se dan en ellos los mayores desniveles topográficos, entre las cimas de las montañas y las fosas oceánicas, lo que guarda relación con que la corteza continental alcanza los mayores espesores detectados, hasta el doble de su valor medio. También se detectan grandes variaciones del flujo térmico, diez veces mayor en los arcos insulares que en las fosas oceánicas. En ellos se producen tanto fenómenos magmáticos, debidos al ascenso de los materiales que se calientan por rozamiento al subducir, y que dan lugar a magmas más ácidos cuanto más alejados se encuentren de la fosa oceánica, como fenómenos metamórficos, que tienen lugar en las fosas (alta temperatura y presión moderada) como en las zonas de plegamiento, dentro del continente (alta presión y baja temperatura).

Los tipos de orógenos que pueden encontrarse son los siguientes:

• Orógenos de subducción: se producen en los límites en los que una placa se hunde bajo otra.
• Orógenos de arcos insulares: dan lugar a la formación de arcos insulares y cuencas marginales. La mayor parte de las montañas que se forman en esas zonas permanecen sumergidas.
• Orógenos andinos: en ellos se forma una cuenca antepaís y una gran cordillera pericontinental.
• Orógenos de colisión: se forman cuando chocan entre sí dos fragmentos continentales, de modo que ninguno de los dos subduce. La corteza de ambas placas puede imbricarse e incrustarse en el otro continente, dando lugar a estructuras geológicas complejas.
• De tipo alpino: son resultado del choque entre continentes.
• Colisión de terrenos: choque de fragmentos litosféricos de pequeño tamaño.