Procesos de la corteza terrestre

Monti, A., 2004 AMBIENTE NATURAL I

SEGUNDO MÓDULO

Unidad 3: La tierra, un planeta dinámico (parte A)

I. Contenidos generales

Origen del universo y sistema solar. Forma, edad y estructura interna de la tierra. Deriva continental y Tectónica de placas. Distribución de continentes y cuencas oceánicas. Margenes de placas y bordes continentales. Movimientos relativos y estilos estructurales resultantes. Orogénesis, epirogénesis e Isostacia. Magma: génesis y composición. Plutonismo y vulcanismo. Principales materiales constituyentes de la corteza terrestre Cristales y minerales. Minerales formadores de rocas. Procesos formadores y tipos de rocas resultantes: ígneas, sedimentarias y metamórficas. Clasificación mineralógica y textural de las rocas.

II. Objetivos

Conocer la estructura interna de la Tierra y vincularla con las teorías de la deriva continental y tectónica de placas.

Analizar la dinámica y naturaleza de los distintos procesos endógenos generadores de relieve.

Conocer los principales constituyentes minerales de la corteza terrestre. Plantear las relación causal entre magma, minerales y roca. Identificar los elementos definitorios de las rocas ígneas, sedimentarias y metamórficas.

III. Introducción

En la unidad anterior vimos que el sistema geológico-geomorfológico forma parte del ecosistema tierra y que la configuración que presentan los paisajes de la superficie depende de la dinámica de las interacciones entre procesos endógenos y exógenos. Asimismo, aprendimos que la unidad fundamental del paisaje físico son los rasgos morfológicos o geoformas, que resultan de la acción de distintos procesos geomorfológicos. De ese modo, la generación y modificación de cada una de las geoformas depende de la combinación de tres factores que son: a) estructura, b) proceso y c) tiempo. Al respecto, recordemos que los paisajes son dinámicos y si estan en pleno proceso de cambio, algún componente del paisaje (estructura geológica) esta siendo alterado por algún evento (proceso) durante un intervalo de tiempo definido de modo que el sistema vaya hacia un momento determinado de su evolución (estado).

Por lo tanto, en esta segunda unidad comenzaremos a profundizar el aspecto de las estructuras (en sentido geomorfológico) que son factores de vital importancia para interpretar tanto la evolución de las geoformas como de los paisajes resultantes de la asociación de distintas geoformas. Recordemos entonces que consideramos como estructuras (en sentido geomorfológico) a un grupo de propiedades litológicas y mineralógicas (factores geológicos) que son el resultado pasivo de procesos deformacionales ó deposicionales previos al comienzo del ciclo geomorfológico propiamente dicho.

Apuntes teóricos. Segundo módulo-Unidad 3 FHyCS, UNPSJBosco26


IV. Conceptos teóricos

Forma, edad y estructura interna de la tierra

Formación del universo y del Sistema solar

Las teorías sobre el inicio del universo sostienen que este se habría formado entre 10.000 millones y 20.000 millones de años atrás. Sin embargo, la mayoría de los astrónomos ha indicado el inicio entre 15.000 y 20.000 millones de años. Intentaremos explicar del modo más sencillo posible el origen del universo y del sistema solar del cual forma parte nuestro planeta. En un inicio todo el universo estuvo comprimido en un único punto, “infinitamente” denso y pequeño. Luego esta pelota de densidad infinita explotó, produciéndose el evento catastrófico conocido como BIG BANG. Este evento habría marcado el comienzo del universo, del espacio y del tiempo tal cual lo entendemos hoy día. Luego del Big Bang la temperatura era extremadamente elevada y el universo era homogéneo, sin diferenciación de estrellas, planetas ni galaxias. A medida que el universo se iba enfriando se formaron los átomos, que luego dieron origen a la materia que formó las galaxias y finalmente nacieron las estrellas.

El sistema solar recien habría comenzado hace unos 5.000 millones de años, a partir de una nube inmensa y muy fría que rotaba lentamente en el espacio. Una de las varias teorías que intentan explicar el origen de una manera científica sostiene que la leve atracción gravitatoria entre las partículas de gas y de polvo provocó que la nube se condensara en una esfera. Una vez conformada la esfera nubosa inicial, la misma comenzó a rotar rápidamente, mientras la condensación continuaba y la esfera se deformaba a un cuerpo en forma de disco. La mayor parte de la nube gravitacionó hacia el centro y así la nube culminó colapsando hacia el adentro. La energía de dicho colapso se convirtió en calor y la temperatura de la nube de gas y polvo empezó a aumentar. Así, el centro de la nube se unió en una gran masa denominada protosol, la que luego de varios procesos de fusión nuclear originó el sol moderno. Alrededor del sol fueron giraban un gran número de corpúsculos los que por efecto de la gravedad fueron concentrándose para luego dar origen a los planetesimales. El gran calor concentrado en el sol provocó que grandes cantidades de compuestos volátiles se vaporizaran de la región interior del sistema solar. Estos compuestos fueron sin embargo retenidos en las heladas regiones exteriores. Hoy en día, los cuatro planetas más cercanos al sol (Mercurio, Venus, Tierra y Marte) son cuerpos conformados principalmente por sustancias rocosas y metálicas. Se los denomina planetas terrestres por su similitud con la Tierra. En contraposición, los planetas más alejados del Sol (Jupiter, Saturno, Urano y Neptuno) están compuestos por sustancias volátiles como hidrógeno, agua o Helio y se los denomina planetas jovianos.

¿Cuandó y cómo se formó La Tierra?

Si bien hay discusiones sobre el momento exacto en que el planeta Tierra toma forma de tal, se acepta que el mismo se formó originalmente, como un agregado de partículas muy pequeñas y la energía calórica liberada en las profundidades de nuestro planeta fue retenida por una espesa capa aisladora de rocas superficiales. Ese calor se acumuló y lentamente calentó el interior del planeta hasta que dicho interior se fundió. Al mismo tiempo la superficie del planeta se calentaba por un intenso bombardeo de meteoritos y fundía partes de dicha superficie. Por ello cuando se tiene que imaginar los comienzos del planeta suele referirse al mismo como “la gran sopa elemental” a partir de la cual surgieron la litosfera, la atmósfera, la hidrosfera y la biosfera.



Para comprender la formación de las distintas capas del planeta imaginemos una mezcla de agua y aceite, el aceite va a flotar en superficie y el agua va a ir al fondo. En la tierra ocurrió algo similar. Cuando se fundieron grandes cantidades de material, la mayoría de los elementos pesados como el hierro y níquel se depositaron hacia el centro atraidos por la fuerza de gravedad. Los materiales más livianos, compuestos por sílice y oxígeno, flotaron en sectores más superficiales para formar las rocas más livianas que componen la capa más exterior del planeta que es la corteza. Inclusive los materiales aún más livianos, como los gases originados o atrapados en el interior del planeta, escaparon y con la combinación del hidrógeno y el oxígeno formaron los primeros océanos. Los gases más livianos de todos, ascendieron y dieron lugar a la atmósfera primitiva de la Tierra. Finalmente, poco después de la fusión y separación en capas, la Tierra comenzó a enfriarse, proceso que continua hoy en día.

Estructura interna de la tierra

Desde un punto de vista físico ya mencionamos en el módulo precedente que la porción más externa del planeta tierra puede describirse como una bola rocosa (corteza) parcialmente recubierta de agua (hidrosfera) y todo ello dentro de una envoltura gaseosa (atmósfera). A estas tres componentes físicas se debe adicionar una zona biológica (biosfera).

Centraremos nuestro interés en la bola rocosa y su estructura interna. La corteza es una delgada capa rocosa situada en la posición más externa de la tierra sólida. Su espesor varía entre los 7 km que presentan algunos sectores oceánicos y los 70 km que se registran en las cadenas montañosas más elevadas en los continentes. Esta conformada principalmente por dos grandes grupos de rocas. Un grupo es el de rocas claras (rocas ácidas), de baja densidad (aproximadamente 2,7) y mayormente compuestas por sílice y alúmina, en las cuales se incluyen el “granito”, los tipos afines y las rocas sedimentarias como las “areniscas”. En general se las ha encontrado más frecuentemente en las áreas continentales. El otro grupo abarca las rocas oscuras (rocas básicas), pesadas (2,9-3) y compuestas por sílice, pero menos abundante que en el grupo anterior. Entre ellas se incluye el “basalto” y tipos afines. Este grupo de rocas se halla con más frecuencia en los fondos oceánicos. La característica notoriamente frágil que presentan las rocas de la corteza, provoca que ante la acción de fuerzas tensionales la misma se rompa, generando las fracturas y fallas que cruzan la superficie del planeta.

Sin embargo, el planeta es mucho más que los 70 kilómetros de rocas superficiales. La tierra es un cuerpo casi esférico de unos 6400 km de radio ecuatorial. Bajo la corteza y envolviendo el cuerpo central o núcleo terrestre, se desarrolla una capa espesa mayormente sólida denominada manto. La superficie que separa físicamente al manto de la base de la corteza se denomina discontinuidad de Mohorovicic.

El manto se extiende desde la base de la corteza hasta una profundidad de 2900 km. Se cree que esta compuesto mayormente por rocas ultrabásicas muy oscuras y densas (3,4) con poca sílice y abundantes óxidos de hierro y magnesio. La sección superior del manto incluye rocas relativamente frías y frágiles, las que sometidas a campos tensionales se fracturan de modo parecido a lo que ocurre con las rocas de la corteza. Por ende, la porción fría y sólida de la Tierra que abarca a la corteza y al manto superior se denomina litosfera. La misma se extiende desde la superficie de la tierra hasta una profundidad promedio de 100 km.



Bajo la litosfera y hasta una profundidad cercana a los 350 km por debajo de la superficie terrestre, se extiende otra capa denominada astenósfera. En esta porción tanto la presión como la temperatura son altas, pero menores que en las capas subyacentes. Sin embargo, tanto presión como temperatura son suficientes como para permitir la fusión de pequeñas porciones del manto, mientras el resto de las rocas se comporta de manera semiplástica. Vale decir, que ante las tensiones el material de la astenósfera puede cambiar de forma sin romperse. Es por ello que se ha comparado a la astenósfera con el alquitrán o la masilla. Si se tienen en cuenta los espesores de la astenósfera y del manto total, se ve claramente que la mayor parte del manto está por debajo de la astenósfera. La presión en esta porción del manto es tan alta que aunque el material rocoso está muy caliente, permanece aún relativamente sólido y rígido.

Finalmente, el centro del planeta está ocupado por el núcleo, asimilable a una esfera de 3500 km de radio. Esta compuesto mayoritariamente por hierro y níquel, por lo que posee una elevada densidad. Se subdivide en un núcleo interior sólido y un núcleo exterior líquido. Las temperaturas en esta porción del planeta alcanzan los 6000° C, similar a la que posee la superficie del sol.

Pero... ¿Cuál es la relevancia de conocer la estructuración interna de la Tierra para interpretar los paisajes de la superficie de la corteza? La respuesta la hallaremos en las teorías de la deriva continental y de la tectónica de placas.

Deriva continental, tectónica de placas y movimientos relativos

La tierra puede efectivamente ser caracterizada como un planeta dinámico. Es decir, un cuerpo en continuo movimiento y cambio. Los procesos internos responsables de las modificaciones que el mismo ha sufrido y sufre a lo largo del tiempo, son una serie de procesos físico-químicos que ocurren tanto en el interior como en el exterior de la litosfera. Por ende, una gran variedad de procesos geológicos contribuyen a la conformación y modelado del relieve que caracteriza las zonas más externas de la corteza.

Los procesos internos o endógenos son fenómenos que actúan en el interior de la corteza o a través de ella, como resultado de las actividades físicas y químicas de los materiales de la corteza y el manto. Éstas se manifiestan en la superficie mediante movimientos tectónicos, vulcanismo y terremotos. Por lo tanto, la dinámica interna del planeta y los procesos endógenos tiene una directa vinculación con los fenómenos que ocurren entre las capas internas del planeta, especialmente entre la litosfera y la astenosfera.

Estos fenómenos explican en parte las observaciones que realizo en el 1900 Alfred Wegener y que dieron origen a la Teoría de la deriva continental, hoy muy discutida especialmente en ambientes académicos del hemisferio norte. Este meteorólogo alemán notó que los terrenos emergidos de Sudamérica, África, India y Australia presentaban idénticas rocas y fósiles. Notó que aparecieron fósiles gemelos en lugares tan distantes como Antártida y la India. Luego, tomando en consideración además la configuración actual de los continentes, movió estas grandes masas hasta que encajarán unas con otras y así reconstruyó un megacontinente al que denomino Pangea. Allí nace la teoría de la deriva continental. No profundizaremos en ésta y sólo mencionaremos que la misma sostiene que a lo largo del tiempo geológico el gran continente Pangea, se habría separado en una primera fase en dos supercontinentes. Por una parte Laurasia (actualmente Norte América y Eurasia, excluyendo la India) y por otra parte Gondwana (el hemisferio sur, incluyendo India). Posteriormente, el desmembramiento continental se habría hecho mas evidente y menores porciones continentales, tal como las reconocemos



en la actualidad, habrían continuado su deriva a lo largo de la historia geológica hasta alcanzar su posición actual.

Hacia fines de los ‘60, como respuesta a la idea del movimiento tanto de los continentes como del piso de los océanos, nace la teoría de la Tectónica de Placas. Ella se sustenta en que la litosfera delgada y sólida flota sobre la astenósfera caliente y semiplástica del mismo modo que la madera flota en un tambor de miel muy espesa. A la vez, considera a la litosfera RÍGIDA, FRÍA y FRÁGIL segmentada en siete placas mayores y otras menores, ajustadas entre si como las piezas de un rompecabezas esférico. Si bien las placas menores serían enteramente de corteza continental, las mayores son mixtas incluyendo en su conformación también porciones de corteza oceánica. Así, resulta relativamente sencillo de ver que las placas litosféricas, independientemente de su composición continental, oceánica o ambas, se mueven unas respecto a la otras al flotar sobre la astenósfera semiplástica en distintos sentidos. Las placas no se propulsan asimismas, sino que son impulsadas por las corrientes convectivas que se producen en el interior del planeta. La parte superior de dichas corrientes se halla formada por rocas fundidas que se elevan desde la astenosfera bajo el lecho marino. Estas rocas fundidas logran traspasar la separación entre placas lo que contribuye a desplazarlas y generar nuevas rocas en el fondo del mar al llegar a la superficie del fondo de los océanos.

De ese modo, en los límites entre placas (o fronteras tectónicas) se producen tres tipos de movimientos principales: convergentes, divergentes y transformantes.

1. Las placas se acercan unas a otras en los márgenes convergentes. De acuerdo con la naturaleza de la corteza en los bordes entre placas hay tres tipos de interacciones:

a) continental-continental

En la zona de convergencia entre dos placas continentales de densidad similar, las placas colisionan y la corteza sufre una gran deformación, fracturación y replegamiento, generando cadenas montañosas jóvenes. Este es el caso del choque de la India con Asia y la consecuente generación de los Himalayas, como así también el modelo de colisión que generó las montañas Rocallosas en América del Norte.

b) continental-oceánica

Otra posibilidad es que choquen dos placas de distinta densidad y entonces la placa oceánica más densa puede hundirse por debajo de la placa continental mas liviana. Dicho proceso se denomina subducción. Como resultado de la subducción de una placa bajo la otra, la tierra se sacude generando terremotos. Este proceso también genera que parte de la astenósfera y la corteza se fundan, generando roca líquida llamada magma. Cuando el magma asciende por las fracturas de la litosfera y alcanza la superficie, se producen erupciones volcánicas y se conforma en el borde de placa lo que se denomina arco magmático y consecuentemente cadenas montañosas de importante relieve. Un ejemplo de margen convergente ó activo donde hubo subducción es la costa oeste del continente sudamericano con la consecuente generación de la cordillera de los Andes

c) oceánica-oceánica.

Por otra parte, también puede ocurrir la colisión de dos placas oceánicas. Si la densidad es suficientemente distinta, puede ocurrir un proceso de subducción, formándose vulcanismo



cuyo resultado final puede ser un arco de islas ó arco volcánico. Este es el caso de la denominada Fosa de Japón en la cual la placa del Pacífico se ve subductada por la placa Euroasiática. Aquí la actividad tectónica favorece la acumulación de magma que genera Volcanes y fuertes terremotos en el sector.

2. Las placas se separan unas de otras en los márgenes divergentes. Ello ocurre principalmente en el fondo de los océanos, donde se han formado cordilleras que presentan una hendidura central ó valle de rift. A medida que las placas se separan a ambos lados del rift, fluye hacia arriba magma del manto y genera corteza oceánica nueva. La dorsal Centro-Atlántica genera corteza y empuja a la placa Sudamericana hacia el oeste. A partir de dicho fenómeno la costa este del continente sudamericano constituye un margen pasivo y en cambio el margen occidental sudamericano es activo debido a la subducción de la placa del Pacífico bajo el continente. La zona central de la dorsal centro-Atlantica aparece señalada por una profunda grieta que forma un valle similar a los terrestres. El movimiento divergente también generó la cadena de Islas de Hawai creada a partir de un punto caliente producto de magma caliente retenido bajo la corteza. A medida que la placa del Pacífico se desplaza hacia el noroeste el magma al salir forma una serie de islas volcánicas.

3. En los márgenes transformes ó transformantes las placas se deslizan paralelamente unas respecto a las otras según un movimiento horizontal con sentido contrario. Se genera fricción de placas sin que se construya o destruya corteza. Ello se manifiesta en la superficie a partir de la generación de terremotos en zonas de la corteza con una importante zona de fracturación. Las montañas de San Gabriel se formaron por acción de la falla de San Andrés en el oeste de California, Estados Unidos. Si bien el movimiento transformante las modifica, se desarrollan pocas sierras a lo largo de las márgenes transformes.

En síntesis, el movimiento diferencial entre placas litosféricas de disimil naturaleza genera relieves y estilos estructurales diversos. Adiconalmente, parecería que siempre en los márgenes convergentes se destruye y/o transforma corteza, mientras que en los márgenes divergentes se genera corteza nueva. Por lo tanto las rocas de los fondos oceánicos parecen ser más jóvenes que las que constituyen los antiguos continentes.

Procesos geológicos generadores de relieve: orogénesis, epirogénesis e isostacia

Como ya vimos en la unidad anterior no sólo los procesos endógenos son los responsables de la generación de relieves. Como resultado de la degradación de las áreas elevadas y la agradación de las zonas deprimidas, los procesos externos o exógenos tienden a nivelar la superficie terrestre.

Ambos grupos de procesos (endógenos y exógenos) para conservar su actividad requieren de una fuente adicional de energía. Los procesos externos son mantenidos específicamente por la radiación de calor proveniente del sol. Por lo tanto, mucho tienen que ver las variaciones climáticas a lo largo de la historia terrestre. De un modo similar, los de origen interno se mantienen por la liberación de calor almacenada en el interior del planeta. Como resultado de ello, a través del tiempo la superficie de La Tierra ha cambiado su aspecto. Unas veces sus rasgos han sido lisos y monótonos y otras se han hecho empinados y vigorosos. Pero en lo que parece ser una contienda permanente entre las fuerzas externas que tienden a la destrucción y nivelación del relieve y las internas que tienden, en general, a la renovación de tierra, ninguna de ellas ha conseguido el



predominio. Por ejemplo una cordillera como la de los Andes es elevada por los procesos internos, mientras que a lo largo del tiempo geológico los procesos externos la desgastan, excavan cañones y valles y esculpen las rocas.

A lo largo del tiempo geológico la corteza terrestre ha sido combada, inclinada, elevada y sumergida como resultado de eventos de inestabilidad tectónica, muchos de los cuales tienen su origen en la dinámica de las placas litósfericas. Los movimientos tectónicos generan entonces momentos de inestabilidad los que pueden ser caracterizados por dos tipos principales de movimientos de la corteza terrestre. Estos son los movimientos orogénicos y epirogénicos.

El término orogenia se refiere al proceso de construcción de montañas, a partir del accionar de los procesos geológicos internos. Un orógeno ó faja orogénica es una región elongada y relativamente angosta cercana a un margen continental tectónicamente activo, donde muchos o todos los procesos han formado montañas. Recordemos ahora que hemos visto que hay tres tipos de márgenes de placa: divergentes, transformes y convergentes, en los que se generan distinto tipo de montañas. Como ya sabemos, la mayor actividad tectónica de la Tierra se produce en las fronteras tectónicas que coinciden con los límites de placas litosféricas donde dos placas en movimiento colisionan entre si. Por esta razón, la elevación de montañas está comúnmente acompañada por otras actividades tectónicas asociadas con márgenes de placa activa como deformación de rocas, terremotos, erupciones volcánicas e intrusión de grandes volúmenes de magmas en la corteza subsuperficial. En síntesis los movimientos orogénicos generan episodios de fuerte deformación de las rocas de la corteza, lo que en general está acompañado por una intensa actividad magmática.

En contraposición están los movimientos epirogénicos. Estos producen ascensos y descensos, en general suaves, de ciertos sectores de la corteza sin generar en estos deformaciones de las rocas. Por ende, los movimientos epirogénicos reflejan una mayor estabilidad de la corteza, en contraste con los movimientos orogénicos de compresión y tensión que afectan áreas inestables.

Cuando movimientos epirogénicos fueron negativos, generando un descenso, grandes áreas fueron sumergidas por el avance del mar sobre los continentes. Esa inundación dio la oportunidad que grandes columnas de sedimentos se depositaran sobre los rocas ígneas y metamórficas que conforman el basamento de los continentes. Con posterioridad movimientos de ascensos expusieron los depósitos sedimentarios a condiciones subaéras posicionándolos en alturas topográficas sobre el nivel del mar actual. A partir de alli han sido retrabajados por los agentes externos en tiempos geológicos recientes. Este tipo de movimientos ha generado como rasgos distintivos de paisajes actuales planicies elevadas y mesetas.

La causa de los movimientos de ascenso y descenso de los continentes se basa en un fenómeno geológico llamado ISOSTACIA. El mismo refiere al estado de balance o equilibrio que ocurre entre los bloques de la corteza rígida, flotando sobre la parte superior del manto plástico o más exactamente entre la litosfera y la astenosfera. Es obvio que este proceso depende de la componente gravitatoria que regula la altura de las masas rocosas en función de las densidades de las rocas que la componen. De igual modo que un trozo de madera puede flotar sobre agua o un material más viscoso. Bloques de madera flotando sobre agua ascienden o descienden hasta que desplazan un volumen de agua que es igual a su peso. El peso del agua desplazada mantiene a flote a los bloques.

En una manera simple es factible visualizar que una porción de corteza rocosa puede



presentar una tendencia a elevarse o descender gradualmente hasta que logre balancearse por el peso del manto desplazado. Este concepto de movimiento vertical para alcanzar el equilibrio se denomina Ajuste isostático.

El equilibrio puede verse afectado por una sobrecarga ó alivio de componentes en la corteza lo cual produce que la misma deba moverse para reajustarse a las nuevas condiciones. Por ejemplo, el desarrollo de grandes mantos glaciarios en distintos momentos del Cuaternario aportó una sobrecarga a la corteza favoreciendo su hundimiento hasta que alcanza su nueva condición de equilibrio. Luego, la desaparición de los mismos, produjo un alivio y con el mismo una elevación del continente para ajustarse el peso a la nueva condición. Esto se conoce en la bibliografía como Rebote isostático. Este es el caso de la Bahía de Hudson que esta subiendo casi a razón de un metro por siglo desde la liberación de de la carga de hielo fundida hace 11.000 a 8.000 años atrás (De Miro i Orell y Domingo i Morato, 1985)

De igual modo la erosión de una zona montañosa y la consecuente depositación de los sedimentos en una cuenca aledaña, genera un alivio en el primer sector y un hundimiento en la segundo. Cada uno de los sectores necesita ajustarse a las nuevas condiciones en un descendiendo por el nuevo sobrepeso y en el otro elevándose como resultado del alivio de peso. Obviamente este ajuste necesita que el manto plástico fluya para acomodar el movimiento.

En síntesis, a lo largo de la historia del planeta se han registrado distintos ciclos orogénicos, es decir períodos durante los cuales se formaron montañas por vulcanismo, plegamiento y fracturación de la corteza terrestre asociado a márgenes tectónicos activos. Mientras que los ciclos epirogénicos, vinculados con el fenómeno de la isostacia han sido períodos durante los cuales han ocurrido movimientos de ascensos y descensos de la corteza sin que se produzcan grandes deformaciones de la misma.

CONTINUARÁ....


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