La deriva continental i la tectònica de plaques

En el post relacionat amb les plaques tectòniques i les vores de plaques, vam estar parlant de què eren les plaques litosfèriques, on estaven situades, com eren les seves vores i com es desplaçaven entre sí. També vam arribar a la conclusió de que si l'escorça oceànica era la que es creava i es destruïa, ja que l'escorça continental en general restava força immutable en el temps, aquesta havia de ser la més jove. Observem un altre cop on es troba a la Terra l'escorça més jove:

Els colors més vermells indiquen les zones a la terra on l'escorça té una edat inferior als 35 Ma, mentre que els colors blaus indiquen que l'escorça te una antiguitat superior als 150 Ma. Així mateix, les zones on l'escorça és més jove estan més properes a les dorsals oceàniques mentre que les zones més antigues estan situades al costat dels continents i fins i tot, al costat de les zones de subducció. Això fa pensar que l'escorça oceànica, en créixer, ha separat els continents que abans devien estar situats d'una altre forma, és a dir, els continents no sempre han estat situats en el mateix lloc.
La deriva continental és la teoria que ens parla de com els continents s'han anat desplaçant al llarg del temps a causa dels moviments de les plaques tectòniques.
La idea de que els continents es desplaçaven per la superfície del planeta va ser introduïda a principis del segle XX i contrastava completament amb la opinió generalitzada dels investigadors d'aquella època que creien en un mantell sòlid. Les mesures sísmiques que s'havien pres fins a aquell moment recolzaven aquesta teoria, a més, si a això sumem que les proves aportades provenien de continents meridionals poc coneguts, la majoria la van descartar. Tot i així, Alfred Wegener es va enfrontar a la comunitat científica formulant una teoria que ara se sap encertada.
Wegener es va adonar de certes correlacions que es donaven entre continents diferents que sols tenien explicació si aquests havien estat units en alguna època anterior. Aquest supercontinent va rebre el nom de Pangea, del grec pan: tot i gea: terra. Va postular que fa 200Ma la Pangea es va fragmentar originant-se els diferents continents que "derivaren" fins a les posicions actuals. A l'oceà primigeni que envoltava la Pangea, el va anomenar Panthalassa (del grec pan: tot i thalassa: mar).

Algunes de les proves i correlacions que Wegener va proposar per a sostenir la seva teoria es basaven en l'encaix dels continents, la distribució geogràfica dels fòssils i els paleoclimes:

Encaix dels continents:
Wegener es va adonar que les costes del continent sud-americà i del continent africà encaixaven gairebé a la perfecció. Però els geòlegs de la època van rebatre la prova doncs consideraven, encertadament, que les costes es modificaven contínuament a causa dels agents geològics externs. Tot i així, Wegener no anava tant errat. Actualment s'utilitza la plataforma continental per a establir l'encaix, doncs aquesta no es veu tant agredida per l'acció erosiva. Si observem la imatge veiem com el límit de la plataforma continental, situat a uns 900m de profunditat encaixa amb força exactitud donant-se això sí, zones de superposició i zones amb forats que poden ser degudes d'una banda a l'acció tectònica o d'una altre a l'acció dels agents geològics externs.

Proves paleontològiques
La paleontologia és l'estudi de les restes fossilitzades d'organismes que van viure en altres èpoques. A principis del s.XX aquesta era una ciència força desenvolupada i ben assentada en la comunitat científica, per tant, les seves descobertes sobre on i com havien viscuts determinats organismes no eren qüestionades. Per tant quan Wegener es va assabentar de l'existència d'organismes fòssils d'una sèrie d'espècies amb una distribució geogràfica reduïda i pertanyent a uns períodes geològics molt concrets tant al continent africà com al continent sud-americà només va trobar una explicació: aquests continents durant l'època en la que aquells organismes eren vius estaven units.
Aquest és el cas del Mesosaurus, un rèptil aquàtic que va viure durant el Pèrmic (fa uns 260Ma) al sud del continent sud-americà i al sud del continent africà. Aquest animal s'alimentava de peixos i les seves restes fòssils s'han trobat molt delimitades, tant a nivell geogràfic com temporal. Si aquest animal hagués creuat l'oceà per tal de viure en les zones on hem trobat les seves restes, hauria d'haver tingut una distribució més amplia per tot el món.
Els geòlegs de la època van intentar trobar altres explicacions, com que potser hi havia hagut un corredor terrestre, degut a la baixada del nivell del mar, que unís ambdós continents. Aquesta idea no donava explicació a la distribució geogràfica tant específica d'altres especies com el Cygnonathus o el Glossopteris que també van ser trobats en ambdós continents. Si aquest corredor hagués existit, els organismes fòssils haguessin tingut una altre distribució molt més amplia. Actualment, amb els mapes dels fons oceànics ens hem adonat que no és així.
Organismes actuals
Una altre de les proves aportades per Wegener va ser la distribució dels organismes actuals. El científic es va adonar que hi havia una gran diferència entre els organismes propis dels continents del nord amb els dels continents del sud i que a la vegada tenien grans similituds si els comparàvem a nivell d'hemisferi, és a dir, comparant els organismes propis dels continents del sud entre ells i comparant els organismes dels continents del nord entre ells.
Aquesta revisió de la taxonomia va donar lloc a revelar que els marsupials, organismes propis d'Austràlia, estan emparentats amb les sarigues de sud-Amèrica i això només és possible si en el passat hagués existit un enllaç, un corredor, entre les dues regions que ara sabem va ser el continent antàrtic que durant un temps va unir aquestes dues terres.

Correlacions entre tipus de roques i semblances estructurals
Per a que aquesta teoria tingués validesa, s'havien de trobar les mateixes roques i estructures tectòniques en els diferents continents que permetés donar una imatge de continuïtat un cop reconstruïda la Pangea. Wegener va trobar serralades que finalitzaven de forma brusca a la costa per tornar a aparèixer a l'altre banda de l'oceà. És el cas de les muntanyes Apalatxes, de la costa est nord-americana que tenen continuïtat a l'oest d'Àfrica i al nord de les illes britàniques.




Evidències paleoclimàtiques
 Wegener era meteoròleg, per tant tenia un especial interès per l'estudi dels paleoclimes, és a dir, de l'evolució del clima al llarg del temps. Per recolzar la seva idea de la deriva continental, s'havien de trobar evidències d'una evolució climàtica global comuna en zones actualment molt distanciades. El visionari va trobar antics dipòsits glacials a sud-Amèrica, Africa, Austràlia i la Índia, que provaven que en el passat aquelles zones havien estat situades en zones polars. Cal considerar que és impossible que la Terra hagués passat per una glaciació que portés el gel fins a zones tropicals que actualment estan a l'equador, i que al mateix temps, en el nord, hi hagués grans extensions de pantans generadors de carbó. L'explicació d'un super-continent, Pangea, desplaçat cap al pol sud, on es donaven els glacials i que a la vegada situava l'actual Amèrica del nord, Europa i Àsia cap als tròpics, on es donava el clima perfecte per als pantans, és molt plausible.

Però tot i així, la teoria de Wegener no va ser acceptada. Els motius d'aquesta controvèrsia es poden trobar en els termes en els que el visionari va establir la seva teoria. Ell defensava que els continents s'obrien pas a través de l'oceà i que la causa d'aquest moviment estava en les marees. Evidentment la força de les marees és massa dèbil per a produir aquest efecte que avui se sap improbable. El problema segurament va estar en la falta de consens entre les diferents disciplines que treballant juntes podrien haver trobat els fonaments necessaris per tal de donar validesa a la teoria.
Actualment es coneixen proves alternatives, desconegudes a principis del s. XX i desenvolupades a mitjans de segle que van impulsar la teoria de Wegener.

Paleomagnetisme
Vam comentar que el camp magnètic de la Terra partia del nucli terrestre i s'estenia per tot el planeta envoltant-nos i protegint-nos de les accions nocives de la radiació solar. Les aurores boreals i australs són proves d'aquesta existència. Val a dir que els pols magnètics no es corresponen exactament amb els pols geogràfics, que són els punts per on passa l'eix de la Terra i per tant, l'eix de rotació.

Els minerals magnètics, com la magnetita, actuen com a "bruixules fòssils" ja que durant la seva formació tenen tendència a al·linear-se amb el camp magnètic de la Terra al igual que ho fa l'agulla d'una bruixula. La idea és que els magmes, rics en magnetita, en solidificar-se al sortir de la dorsal i per tant crear nova escorça oceànica, s'alineen segons el camp magnètic vigent en aquest moment. Això deixa una petjada fòssil molt precisa de les variacions que ha sofert aquest camp al llarg del temps. Se sap, que el camp magnètic de la Terra no ha restat immutable durant tota la historia sinó que ha anat canviant a mesura que les corrents de convecció del nucli variaven de posició. Aquestes variacions han quedat enregistrades en forma d'inversions de la direcció del camp magnètic en les roques basàltiques de l'escorça oceànica en creixement. Podem veure una animació relacionada amb aquest fet en aquest enllaç.

Com podem veure a la imatge, la petjada paleomagnètica es veu simètrica a la dorsal, fet que demostra el creixement de l'escorça oceànica.

Estudis dels fons oceànics

Però el lloc on podem veure amb més claredat les proves d'aquest moviment continental és en el fons oceànic.

Sondeigs oceànics
Durant la dècada dels seixanta i setanta es van realitzar una serie de sondeigs per tal d'estudiar l'edat de les roques a diferents distàncies de la dorsal. Després de múltiples mesures els científics es van adonar que l'edat d'aquestes roques augmentava a mesura que ens allunyàvem de la dorsal i a més de forma simètrica tal i com hem comentat al principi del post. Això sumat a l'extraordinària joventut de l'escorça oceànica, recordem que la més antiga només té 180Ma, recolzen la teoria de l'expansió oceànica i per tant la tectònica de plaques.

Cadenes volcàniques
Els últims estudis relacionats amb la dinàmica del mantell i el nucli han determinat que les plomes de calor que donen lloc als volcans de punt calent són estàtiques en el temps, és a dir, aquests punts que reben calor procedent de l'interior de la Terra resten en el mateix lloc a mesura que la litosfera es desplaça per sobre seu. Podem veure aquest fet en la imatge següent.

Existeixen múltiples cadenes volcàniques que es poden veure en observar un mapa dels fons oceànics i que ens indiquen la direcció i el sentit del moviment de les plaques litosfèriques.

Mesures directes
Existeixen diferents mètodes per avaluar la direcció i velocitat dels moviments de les plaques tectòniques al llarg del temps. D'una banda es pot determinar l'edat dels volcans de punt calent i la seva distància respecte al punt d'origen, això ens pot donar una idea de quin ha estat el seu desplaçament i el temps que ha trigat a efectuar-lo. D'una altre es pot mesurar l'antiguitat de les roques dels oceans i mesurar la distància a la que estan respecte a la dorsal. Aquestes dues mesures en donaran unes dades que depenen en gran mesura de la estabilitat tant del punt calent com de la dorsal. Un fet que no podem assegurar completament. No obstant això, els avenços en la investigació espacial i l'enlairament dels satèl·lits, ens han ajudat a mesurar directament el moviment relatiu entre plaques, aconseguint uns valors força exactes i estables. Les tècniques utilitzades pel GPS ens han permet establir que Hawaii s'aproxima a Japó a raó d'uns 8.3cm a l'any i que l'oceà atlàntic s'obre a raó de 1.7cm a l'any.

Gràcies a aquestes evidències i a tots els descobriments relacionats amb l'estructura interna de la Terra i les vores de plaques es va poder establir la teoria de la tectònica de plaques, vigent actualment.

Plaques tectòniques i vores de plaques

Amb el post anterior, vam arribar a la conclusió que una part del nostre planeta es mou per sota dels nostres peus. Aquesta part l'hem anomenat Litosfera, que està constituïda per l'escorça i la part més superior del mantell, l'anomenat mantell litosfèric. Com el nostre planeta és rodó, és de suposar que la litosfera no es mourà tota a la vegada en la mateixa direcció, sinó que hi haurà parts que es moguin en una direcció i d'altres en un altre. Seguint aquest raonament, i sabent que hi ha una sèrie de zones al món on l'abundància de terratrèmols, volcans i muntanyes fa pensar que alguna cosa succeeix allà baix, podem arribar a la conclusió que la litosfera es troba trencada en una sèrie de grans peces de puzle que anomenem plaques litosfèriques o plaques tectòniques.
Mirant la distribució dels terratrèmols de la següent imatge podem identificar sense equivocar-nos quins serien els límits d'aquestes plaques:

La següent imatge es correspon a la distribució mundial dels volcans:

Si us fixeu es dóna una correlació molt clara entre els llocs con succeïxen terratrèmols i els volcans. Aquest fet, junt a la situació de les muntanyes més joves va ajudar als científics a delimitar la posició de les plaques tectòniques:

Com podem observar al mapa, algunes plaques es mouen separant-se de les altres d'una banda i a l'altra banda, estan literalment xocant amb altres plaques. Per exemple, la placa pacífica se separa de la placa de Nazca i de la placa Antàrtica, però xoca amb la placa australiana i euroasiàtica. Llavors la pregunta que ens ve al cap és: que succeeix a les zones on se separen les plaques i que succeeix a les zones on xoquen?
Zones de separació: En aquestes zones les plaques es separen una respecte de l'altre ja que la calor que puja des de l'Astenosfera arrossega la litosfera en direccions oposades. A aquesta vora de placa se li anomena vora divergent o zona d'adducció, perquè les dos escorces se separen i a més tot el magma que surt de la "cicatriu"o dorsal s'afegeix formant nova escorça. És a dir, en aquestes zones es crea escorça oceànica. Si a pareix una vora divergent en una zona continental, el resultat és la creació d'un nou oceà tal i com ho podem veure a la successió d'imatges següents:

Zones de xoc: En aquestes zones les plaques xoquen entre sí. Les corrents de convecció han arrossegat el material de manera que dos plaques s'estan apropant una respecte de l'altre. En aquestes zones de xoc és on la presencia de terratrèmols i volcans és més alta, doncs la pressió a la que es sotmesa la litosfera és molt més gran. A aquesta vora de placa se li anomena vora convergent o zona de subducció, perquè és el lloc del planeta on una escorça es submergeix a l'astenosfera per sota de l'altra, és a dir, en aquesta zona es dóna la destrucció de l'escorça oceànica. El resultat d'aquestes zones on dos escorces xoquen és l'aixecament de muntanyes a causa de l'elevació dels sediments que arrossega la litosfera i que en ser més lleuger que l'escorça no subdueix, és a dir, no s'enfonsa.

Així doncs, si només es crea i es destrueix escorça oceànica voldrà dir que l'escorça continental serà sempre la mateixa no? Bé, això no es completament cert, ja que a partir de l'escorça oceànica, si aquesta pateix determinats processos es pot crear escorça continental, és el cas de l'arc d'illes del Japó. Però el que si es cert, es que la destrucció de l'escorça continental és molt més difícil i lenta que no pas la de l'escorça oceànica i això fa que si mirem l'antiguitat de les dues escorces arribem a la conclusió que l'escorça oceànica és molt més jove que l'escorça continental, tal i com ho podem veure al mapa següent.

Però encara ens falta parlar d'una última vora entre plaques: les falles transformants. són les vores on no es dóna ni destrucció ni creació de nova escorça sinó que apareixen a causa de la naturalesa rodona de la superfície del planeta. En aquestes zones les plaques llisquen lateralment una respecte de l'altre donant-se una falla de tipus vertical. Són zones d'alta sismicitat, ja que la pressió a la que està sotmesa l'escorça és molt alta i contínuament ha d'estar trencant. Un exemple d'aquest tipus de vora és la falla de Sant Andrés que separa la península de Baixa Califòrnia de l'oest dels Estats Units. Sant Francisco, la ciutat que va ser construida a prop d'aquesta falla és una de les ciutats amb risc sísmic més elevat del planeta. A principis del segle passat, al 1906, va sofrir un terratrèmol de 7.8 graus en l'escala de Ritcher que va produir la mort de prop de 500 persones i un incendi que va destruir mitja ciutat.
Les falles transformants són falles associades a zones d'adducció, o vores divergents tal i com ho podem veure a la imatge següent:

Així doncs, si fem una ullada global a un tall de la superfície del nostre planeta, trobem que en unes zones l'escorça s'està destruint mentre que en altres està creixent.

De manera que es dóna un cicle de destrucció i agregació constant, aixecant muntanyes i creant oceans. És l'anomenat cicle de Wilson:

I amb això finalitzem les plaques tectòniques. En el pròxim post: plecs i fractures.

La dinàmica interna del planeta

Després d'uns quants dies de descans tornem a treballar. Per ara tot el que hem treballat ha fet referència a com els agents geològics externs modificaven el relleu, però ara ens ve una pregunta: Cóm es forma aquest relleu? Es evident que si no hi ha una força que aixequi la terra, els agents geològics externs fa molt de temps que haurien transformat totes les terres emergides en planes. Però no és així, existeixen turons i muntanyes més aviat baixes, però també hi han muntanyes molt altes com és la serralada de l'Himalaya. Així doncs quina és la força que aixeca el terreny? Aquesta és la pregunta que intentarem resoldre al llarg dels pròxims post. Per ara fem un cop d'ull a l'interior del nostre planeta:

El nostre planeta és un esferoide, és a dir una massa esfèrica amb els pols lleugerament aixafats amb un diàmetre aproximat de 6300km. I lluny de ser una massa rocosa, sense energia, al seu interior es desencadenen una sèrie de forces que alteren profundament tot el planeta. Fa 5000Ma, una massa de gas incandescent plena de materials pesants va formar el nostre planeta. El calor residual de la seva formació, va quedar empresonat sota la superfície. A aquesta energia cal afegir l'energia de fissió que es produeix en la desintegració dels nuclis radioactius que es troben al seu interior i l'augment gradual de la temperatura deguda a l'augment de la pressió. Normalment es diu que la temperatura a l'interior del planeta augmenta 30º per cada quilometre que profunditzem. Així a 10km de la superfície la temperatura anirà pels volts dels 300º.

Els científics amb l'estudi de les ones sísmiques produïdes amb els terratrèmols han estat capaços de delimitar una sèrie de parts a l'interior de la terra:

• Escorça: L'escorça és la part sòlida més externa de la terra. Representa un 1% de tot el volum terrestre, és per tant la part més prima. Té una composició variable en funció de si es tracta d'escorça continental i oceànica. Així mateix el seu gruix també depèn de quin tipus d'escorça es tracti.
• Escorça oceànica: Està composada principalment de basalts i gabres, roques fosques i molt denses plenes de magnesi i ferro. El seu gruix oscil·la entre els 5 i els 10km. Es situa principalment sota els oceans.
• Escorça continental: És l'escorça que forma els continents i les plataformes continentals. Està formada per granits i riolites, roques composades de minerals àcids com el quars. El mineral més abundant és el Silici, fet que fa que l'escorça continental sigui molt més lleugera que l'escorça oceànica. El seu gruix oscil·la entre els 70km a zones d'alta muntanya com l'Himalaya fins als 20km en zones més deprimides. El seu gruix mitjà és de 35km.

• Mantell:  Aquesta capa suposa més del 87% del volum del nostre planeta. Està situada entre l'escorça i el nucli i té un gruix mitjà de 2890 a 2830km. Els elements més abundants són el silici, l'oxigen i el magnesi.
• Mantell litosfèric: És la part superior del mantell, té una textura més aviat sòlida i junt amb l'escorça forma la litosfera. Té un gruix que oscil·la entre 100 i 150km. Està composat principalment de peridotites. La seva temperatura mitjana és superior als 300ºC.
• Mantell superior: S'estén des del mantell litosfèric fins als 650-700km de profunditat. La seva textura és més aviat fluida-viscosa, això afavoreix al moviment que fan les plaques litosfèriques que treballarem al pròxim post. La seva composició és més rica en oliví. A aquesta part del mantell també se li anomena Astenosfera.
• Mantell inferior: S'estén des dels 700km de profunditat fins als 2900km, on trobem el límit amb el nucli. La seva textura és sòlida. Les temperatures poden arribar fins als 3500ºC.
• Nucli: El nucli de la terra té un radi de 3500km, és una esfera composada principalment de ferro i níquel. La seva temperatura pot arribar als 6700ºC.
• Nucli extern: Es creu que és líquid i que pateix corrents de convecció. 
• Nucli intern: Es creu que és tracta d'un gran cristall sòlid de ferro i níquel que sura dins el nucli extern. A causa de la rotació de la terra, aquesta esfera de 1220km de radi rota sobre si mateixa generant així el camp magnètic de la terra.

Bé, un cop coneixem detalladament les diferents parts de l'interior de la terra i d'on prové el calor que conté, ens preguntem: com pot influir aquest calor en l'aixecament del relleu? i la resposta està en els corrents de convecció.

Els corrents de convecció és un fenomen que es dóna en una massa fluida quan aquesta està sotmesa a diferents temperatures. La calor tendeix a dilatar el material i per tant en disminueix la seva densitat. La massa més càlida ascendeix lentament mentre que la part més freda, que pesa més, descendeix. Així doncs es dóna un moviment circular que permet l'ascensió del material a causa de la calor.

 Per tant, com a l'interior de la terra hi ha capes més aviat fluides i sotmeses a diferents temperatures, en aquestes capes es donen corrents de convecció. Aquests corrents, tenen la força suficient com per arrossegar el material que tenen per sobre, així, l'astenosfera, part del mantell fluida, en moure's mou també tota la litosfera. Hem de considerar que el planeta és esfèric i que no augmenta de mida, sinó que la seva mida és estàtica, per tant aquest moviment s'ha de traduir d'alguna manera que mantingui la mida de l'esfera terrestre constant. Com ho fa? Doncs en algunes zones de la terra, la litosfera s'obre i s'amplia mentre que en altres, la litosfera es fa més petita. En el següent vídeo ho podem veure molt clarament:

A partir de tot això, hem arribat a la conclusió que l'escorça, junt amb part del mantell es mou sota els nostres peus i que això és una manifestació de l'energia interna de la terra.

En el pròxim post, descobrirem que són les plaques tectòniques i quina influeixen tenen sobre el relleu.