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22 octubre-diciembre 1998CIENCIAS 52
E
n las fotografías tomadas desde el espacio, la Tierra se ve como una apacible esfera azul. Sin embargo, esa imagen del planeta esconde un sistema muy dinámico y en constante transforma- ción, en respuesta a la energía producida en su interior y a la energía proveniente del Sol que se esparcen en los océanos, la atmósfera y los continentes, modelando su superficie. La Tierra es un planeta fascinante, for- mado por una compleja red de procesos naturales que lo hacen único en el sistema solar. Sus orígenes e historia han desperta- do la curiosidad de muchas generaciones de estudiosos de las ciencias naturales. ¿Cómo se formaron las montañas?, ¿por qué encontramos restos de organismos marinos en rocas que hoy se encuentran a más de 3 000 metros de elevación?, ¿por qué existen plantas y animales con un pa- sado común en continentes actualmente separados por grandes océanos? Éstas son algunas de las preguntas que la humani- dad se ha planteado desde los tiempos de las civilizaciones más antiguas y que du- rante muchos siglos permanecieron sin una explicación razonable. A raíz de di- chos cuestionamientos surge la geología, ciencia que estudia el origen y la evolu- ción de la Tierra. Esta ciencia se dedicó durante muchos siglos a clasificar las ro- cas y minerales, sin entender a fondo los procesos que los forman. No fue sino hasta el siglo presente, con la teoría de la tec- tónica de placas, que se produjo un cam- bio radical en la forma de explicar la evo- lución del planeta y se revolucionó el conocimiento de las ciencias naturales en general. Esta historia comenzó en el siglo pa- sado, con la elaboración de los primeros mapas geográficos que mostraban con mayor precisión la forma y distribución de los continentes. Uno de los primeros científicos que observó que las costas de África y Sudamérica coincidían como dos piezas de rompecabezas fue el francés Antonio Snider-Pelligrini en 1858. En su época esta idea pareció tan descabellada que fue abandonada en la oscuridad del olvido. Sin embargo, a principios del si-
glo XX el alemán Alfred Wegener encon- tró las primeras evidencias geológicas de que los continentes estuvieron unidos en el pasado formando un solo superconti- nente, al que llamó Pangea, con lo que sentó las bases de la teoría de la deriva de los continentes. Aunque no ha sido muy
difundido, el trabajo de Wegener fue tan importante y tuvo impacto en la comuni- dad científica como en su tiempo Darwin con la teoría del origen de las especies o Galileo cuando propuso que la Tierra gi- raba alrededor del Sol. A pesar de la ardua labor de muchos científicos que trabajaron a favor o en
contra de la teoría de la deriva de los con- tinentes, no fue sino hasta los últimos cin- cuenta años de este siglo que los avances tecnológicos y la creación de instrumen- tal científico complejo (sonares, magne- tómetros, espectrómetros, etc.) desembo- caron en una gran explosión de descubri-
mientos sobre los procesos que moldean la superficie de la Tierra y los mecanis- mos internos que los controlan. T. Wil- son, A. Cox, D. Tarling, T. Atwater, P. Allegre, P. Molnar, J. Dewey y muchos geocientíficos más construyeron las ba- ses teóricas de lo que hoy se conoce como tectónica de placas.
Ansel Adams. Consejo de Chelly National Monument, Arizona, 1942.
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S U ESTRUCTURA
Nuestra Tierra nació del colapso de una nube interestelar hace más de 4 500 mi- llones de años. Durante los primeros mi- llones de años de su formación, la Tierra sufrió un intenso bombardeo de meteori- tos, lo que, aunado a la energía emitida por la radiación de algunos elementos, provocó un aumento en la temperatura hasta producir una gran masa fundida. Aunque la composición química total de la Tierra se ha mantenido casi constante a lo largo de sus 4 500 millones de años, los procesos químicos y físicos han cam- biado a través del tiempo la naturaleza y el espesor de las diferentes capas que la
forman. Algunos elementos como los me- tales, por ser más pesados, se han ido con- centrando en las capas más profundas. En cambio, otros elementos más ligeros se han desplazado a las capas externas. Este proceso de diferenciación química junto con el enfriamiento paulatino de la super- ficie, originaron los primeros compues- tos minerales y las primeras rocas de una corteza primitiva. Se desconoce cuánto tiempo tardó en formarse la primera costra sólida del pla- neta, aunque las rocas más antiguas des- cubiertas hasta la fecha en la superficie de la Tierra tienen alrededor de 4 000 mi- llones de años de edad. La mayoría de la información que se posee sobre la estruc-
tura y la composición actual del interior del planeta proviene de la recopilación de datos indirectos, obtenidos a través de me- diciones de los fenómenos físicos de la Tierra que son efectuadas desde la super- ficie. Un ejemplo de ello son los estudios de las ondas generadas por los terremo- tos, incluyendo métodos como la tomo- grafía sísmica, el estudio del campo gra- vimétrico y magnético de la Tierra, las va- riaciones en el flujo de calor, etc. Los estudios geológicos superficiales propor- cionan muy pocos datos directos sobre la constitución de las capas profundas del planeta, ya que de los 6 371 km que tiene el radio de la Tierra, el hombre solamente ha perforado 11 km con maquinaria mo-
derna en la región de Siberia. De los me- teoritos se obtienen datos geológicos in- directos acerca de la probable composi- ción del planeta antes de su diferencia- ción química en capas; otro medio de obtener información acerca del interior de la Tierra es el estudio de los materiales que llegan a la superficie por las erupcio- nes volcánicas. Así, con los datos que hoy se conocen, se considera que existen tres capas principales que forman nuestro pla- neta: núcleo, manto y corteza. El núcleo representa 14% del volumen de la Tierra y 32% de su masa (si se con- sidera que la Tierra tiene un volumen de 1 083 x 109 km^3 y una masa de 5 975 x 1 024 kg). Está compuesto de hierro y ní-
quel, y en menores cantidades por silicio, azufre, carbono, oxígeno e hidrógeno. Es la parte más profunda de la Tierra y está sometida a temperaturas que van de 3 500° a 4 500° C, y a una presión de 3. millones de atmósferas en su centro. El núcleo interno, que comprende de 5 100 a los 6 371 km de profundidad, es sólido, y aunque fluye lentamente a velocidades de centímetros por año, tiene una rota- ción más rápida que la superficie por 1 a 3 grados más por año. En cambio, el nú- cleo externo, que abarca de 2 900 a 5 100 km de profundidad, es líquido y tiene fuertes corrientes que se mueven a va- rios kilómetros por hora, las cuales pa- recen originar el campo magnético de la Tierra. El manto forma 83% del volumen del planeta y 65% de su masa, y está consti- tuido por óxidos de hierro, magnesio y sí- lice. Su temperatura varía de 500° C en el manto superior a 3 500° en el manto infe- rior y las presiones van de 30 900 a 1. millones de veces la presión de la atmós- fera. Es la capa más fascinante de la Tie- rra, ya que aparentemente en ella se gene- ran las fuerzas que provocan los cambios más importantes en la corteza terrestre. El manto se extiende de 40-70 km a los 2 900 km de profundidad, y su materia incandes- cente está en continuo movimiento, for- mando celdas parecidas a las observadas en la atmósfera. A estas celdas de movi- miento se les llama corrientes de convec- ción. Estas corrientes se generan aparen- temente por las diferencias en temperatura que hacen que el material más caliente de las partes más profundas del manto suba a los niveles más altos, a profundidades me- nores, donde su temperatura disminuye y aumenta su densidad, provocando que cai- ga nuevamente hacia las partes bajas del manto. La distribución y la geometría de las corrientes de convección no han sido de- terminadas con precisión, sin embargo, los últimos resultados obtenidos por medio de tomografía sísmica sugieren que estas cel- das de convección abarcan desde la zona de contacto manto–corteza hasta la zona de transición entre el núcleo y el manto a 2 700 km de profundidad.
LAS MÚLTIPLES CARAS
DE LA TIERRA
E l e n a C e n t e n o G a r c í a
S a r a A. Q u i r o z B a r r o s o
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¿Q UÉ SON LAS PLACAS TECTÓNICAS?
Son fragmentos independientes de litós- fera (material sólido que incluye a la corteza y parte del manto superior) que se mueven unos con respecto a otros y que están separados ya sea por dorsa- les, zonas de subducción o fallas de transformación. Las placas se mueven, se rompen o chocan principalmente por el efecto del arrastre que producen las corrientes de convección del manto en la litósfera. La configuración de las placas, su movimiento y otros procesos asociados a éste han sido bien documen- tados por medio del estudio de la distri- bución y naturaleza de volcanes y terre- motos, las formas de los fondos oceáni- cos, y los movimientos de las masas continentales, calculados por mediciones vía satélite. Como se mencionó anteriormente, en los fondos oceánicos hay zonas de ascen- so de materiales del manto que rompen la corteza, lo que permite el paso de los mis- mos en forma de lava incandescente que se derrama a ambos lados, formando una banda de corteza nueva. Las regiones don- de la corteza se calienta y se rompe se lla- man zonas de apertura o zonas de rift. En el caso de los fondos oceánicos, las zonas de rift han evolucionado formando gran- des cadenas montañosas sumergidas, de- nominadas dorsales oceánicas. Como la creación de nueva corteza oceánica es continua, y la superficie de la Tierra no presenta un aumento en su área, es necesario que exista un mecanismo de destrucción de la corteza oceánica, que permita la reintegración de sus rocas al manto. Este proceso, contrario a los pro- cesos de apertura o rift, ocurre en el bor- de de ciertos continentes donde la corte- za oceánica, fría y pesada, se hunde bajo la corteza continental o bajo una corteza oceánica más ligera. A éstas se les cono- ce como zonas de subducción y coinci- den aproximadamente con la parte des- cendente de las corrientes de convección. Las zonas de subducción son sitios de in- tensa actividad sísmica y volcánica. La expansión y crecimiento de los fondos
oceánicos y la subducción o reciclado de la corteza constituyen una de las fuerzas que originan el desplazamiento o deriva de los continentes —proceso que ha ocu- rrido por millones de años. A veces los continentes chocan porque la corteza oceánica que había entre ellos desaparece por los procesos de subduc- ción, entonces la fuerza que los mueve hace que parte de la corteza de uno de los
continentes sea empujada por debajo del otro, lo que ocasiona que la corteza se de- forme y aumente su espesor dando ori- gen a grandes cadenas montañosas como Los Himalayas, formados por el choque de la India que se está desplazando por
debajo de Asia. A estas zonas se les cono- ce como zonas de colisión. En ocasiones las fallas de transformación pueden formar el límite entre placas. En este caso representan zonas donde las placas se deslizan lateralmente, una con respecto a la otra, y en ellas no se genera ni se destruye corteza. Un ejemplo conocido es la Falla de San Andrés, en California, que nace en el golfo de California en México.
En los últimos tres años se ha descu- bierto un nuevo tipo de límite de placas. Aunque no ha sido bien definido, parece que en los fondos oceánicos hay zonas an- chas donde la roca ha sido fuertemente deformada, y que separan fragmentos rí-
Ansel Adams. Death Valley, National Monument, California, 1942.
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gidos de corteza oceánica con movimiento diferente. Las placas litosféricas se pueden con- siderar como las piezas del rompecabe- zas más grande del planeta. Estas pueden contener diversos tipos de corteza. En la actualidad existen ocho placas formadas, en parte, por la corteza de los cinco conti- nentes del mundo y en parte por corteza oceánica, y siete placas formadas exclu- sivamente por corteza oceánica. Las ocho placas formadas por conti- nentes y océanos son: 1. Placa norteame- ricana (México pertenece a esta placa); 2. Placa de Sudamérica; 3. Placa del Cari- be; 4. Placa eurasiática; 5. Placa indo-aus- traliana; 6. Placa africana; 7. Placa antár- tica; 8. Placa arábica.
Las siete placas formadas casi totalmen- te por corteza oceánica son: 1. Placa Pací- fica; 2. Placa de Cocos; 3. Placa de Nazca;
- Placa Filipina; 5. Placa Fidji; 6. Placa de Escocia; 7. Placa de Juan de Fuca (fi- gura 1). Las placas litosféricas están en conti- nuo movimiento unas con respecto de las otras, a diferentes velocidades y en dife- rentes direcciones. Algunas placas son lentas y se mueven un centímetro por año, en cambio otras se desplazan hasta 20 centímetros al año. Sin embargo, en pro- medio se mueven ¡a la misma velocidad que crecen las uñas! Además de las grandes placas tectóni- cas, existen pequeños bloques o fragmen- tos de litosfera cuyas rocas son muy dis-
tintas de aquellas que forman otros bloques adyacentes o de aquellas que se encuen- tran en las grandes masas continentales denominadas cratones. A estos bloques de litosfera se les denomina Terrenos Tecto- noestratigráficos. Éstos pueden haber sido antiguos arcos de islas volcánicas o frag- mentos de corteza continental antigua. Si éstos se formaron cerca de su posición ac- tual se denominan terrenos autóctonos, en cambio aquellos que se formaron en una posición distinta a la que tienen actual- mente se denominan terrenos alóctonos. Aquellos cuya posición original es incierta son conocidos como terrenos sospecho- sos. Por ejemplo, en nuestro país hay por lo menos diez fragmentos de litosfera o terrenos tectonoestratigráficos, de los cua-
Ansel Adams. Glacier National Park, Montana, 1942.
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lumen, dando lugar a pliegues y fallas. El estudio de estas estructuras permite re- construir la dirección y la magnitud de las fuerzas que actuaron en la roca en el pa- sado. También ayuda a determinar la po- sición antigua de los diferentes tipos de límites de placas, así como la localización y la edad de los choques entre continen- tes que ocurrieron en el pasado. Las de- formaciones que afectan grandes zonas geográficas se llaman orogenias y forman algunas de las grandes cadenas montaño- sas u orógenos. A veces el océano que existe entre dos continentes desaparece por efecto de la subducción, en otras ocasiones hay frag- mentos de corteza oceánica que se des- plazan sobre la corteza continental, preser- vándose como testigos de la existencia de mares antiguos. A estos fragmentos se les
conoce como ofiolitas. Si un nuevo océa- no se forma, y rompe en partes las mon- tañas originadas por el choque, las estruc- turas se preservan como cicatrices del pasado, lo cual nos ayuda a reconstruir la posición de los antiguos límites de placas y la colisión entre continentes.
P RESENTE Y FUTURO
Debido a los procesos que involucran la tectónica de placas, la forma y distribu- ción de los continentes ha cambiado a tra- vés del tiempo. En otros artículos que apa- recen en este mismo número de Ciencias , se describen los principales cambios que se dieron en la configuración de las ma- sas terrestres y la posible ubicación de México a lo largo de este desplazamien- to. Hace 225 millones de años aproxima-
damente, se formó el supercontinente lla- mado Pangea, que agrupó a todos los con- tinentes actuales. En su parte central se encontraba África, al noroeste Norteamé- rica, al noreste Eurasia, al oeste América del Sur, al sureste la Antártida y Australia y al este la India, Madagascar y la penín- sula Arábiga. Durante la transición del Triásico al Jurásico (hace 190-205 millo- nes de años), Pangea se dividió en dos grandes continentes, Laurasia, al norte, agrupando a Norteamérica y Eurasia, y Gondwana al sur, constituida por el resto de las masas continentales. Más tarde, a lo largo del resto del Jurásico, el Cretáci- co y el Terciario, cada uno de esos dos grandes continentes se fraccionó lenta- mente, hasta establecerse la distribución actual de continentes y océanos. Entre los eventos más llamativos se encuentra el desprendimiento de la India de África durante el Jurásico, su viaje hacia el no- reste a lo largo del Cretácico y su cho- que con Asia en el Eoceno (hace aproxi- madamente 40 millones de años), even- to que aún continúa y que hace que los Himalayas sigan elevándose más de dos centímetros por año. Durante el proceso de rompimiento de Gondwana, Austra- lia, la Antártida y Sudamérica se mantu- vieron unidas, en un puente terrestre has- ta hace cerca de 50 millones de años. Antes del rompimiento de este puente, la fauna de estos continentes era muy semejante. Después, la Antártida se diri- gió a su posición actual y se cubrió con su casquete polar. Australia se aisló casi totalmente y por ello su flora y fauna es tan especial. En la actualidad, la superficie está for- mada por cinco continentes. La Tierra, sin embargo, es un sistema en constante mo- vimiento y su cara cambiará en el futuro. Dentro de 50 millones de años, el océano Atlántico será casi 2 000 kilómetros más ancho que hoy. La península de Baja Ca- lifornia, junto con la parte oeste del esta- do de California se desplazarán hacia el norte hasta chocar con Alaska. El mar Mediterráneo se comunicará con el océa- no Índico a través del Mar Rojo. Austra- lia chocará con Nueva Guinea y Las Fili-
Figura 2. Esquema que muestra las diferentes placas tectónicas sobre las que se encuentra el territorio de México y el corte del Eje Neovolcánico en el que se aprecia el desplazamiento de la placa de Cocos bajo la de Norteamérica y la actividad volcánica que esto genera.
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Elena Centeno García Departamento de Geoquímica, Instituto de Geología, UNAM.
Sara A. Quiroz Barroso Museo de Paleontología, Facultad de Ciencias, UNAM.
Lecturas recomendadas:
- Robert D. Ballard,1987. Exploring our Living Planet , Ed. National Geographic.
- Ota Kulhánek,1990. Anatomy of Seismograms , Develop- ments in Solid Earth Geophysics, Elsevier, n.18.
- Edward Tarbuck y Frederick Lutgens, 1978. The Earth, an introduction to Physical Geology , Mc.Millan Co.
- Readings from Scientific American, 1976. Continents Adrift and Continents Aground. Freeman and Co.
- Eldridge M. Moores y Robert J. Iwiss, 1995. Tectonics , Freeman and Co.
pinas. La India disminuirá de tamaño por el choque con Asia. El occidente de Áfri- ca formará un nuevo continente pequeño y Centroamérica se deformará por el em- puje de Sudamérica. Los procesos dinámicos de la Tierra, objetivo de estudio de la tectónica, origi- nan las grandes montañas, la distribución de los volcanes, los terremotos, y la for- mación de las grandes cuencas oceánicas, entre otros rasgos geológicos. El ciclo de las rocas, los cambios en el nivel del mar y, en cierta forma, las condiciones climá- ticas de las áreas emergidas de los conti- nentes, también dependen de la dinámica y el movimiento de las placas. Muchos otros procesos, como el metamorfismo,
la formación del relieve topográfico, la ge- neración de yacimientos minerales y de petróleo también tienen una relación di- recta con los procesos de la tectónica de placas. Aún hay muchos misterios por re- solver, por ejemplo ¿qué mueve realmen- te a las placas?, ¿cuál es la composición y
TABLA GEOLÓGICA
Millones de años antes del presente ERAS
CENOZOICO
MESOZOICO
PALEOZOICO
PERIODOS ÉPOCAS
Cuaternario
Terciario
Cretásico Jurásico Triásico Pérmico Pensilvánico Misisípico Devónico Silúrico Ordovícico Cámbrico
Duración de las eras en millones de años
. 01
- 65 5 23 35
65 145 208 245 290 323 362 408 439 510 570
4 550
Reciente Pleistoceno Plioceno Mioceno Oligoceno Eoceno Paleoceno
PRECÁMBRICO
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180
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3 990
Carbonífero
configuración real del interior de la Tie- rra?, además de saber con mayor preci- sión la configuración de los continentes y otras muchas preguntas, para las que las futuras generaciones de estudiosos de la Tierra probablemente encontrarán res- puestas.
