1. Introducción al Estudio de la Geosfera

1.1. Métodos de estudio del interior terrestre

Los métodos para estudiar la geosfera son de dos tipos: directos e indirectos.

Métodos de estudio directos

Estos métodos se realizan sobre muestras de roca y mediciones tomadas in situ. Sobre todo, se analizan las rocas superficiales magmáticas y metamórficas, que aportan datos sobre las condiciones físicas de la parte del interior terrestre en la que se originaron. También se toman muestras profundas mediante sondeos y excavaciones mineras, pero, hasta la fecha, solo se ha conseguido alcanzar unos 12 km de profundidad.

Métodos de estudio indirectos

Estos métodos consisten en tomar mediciones de algunas características físicas del planeta y realizar cálculos y deducciones a partir de ellas. Algunos de estos métodos son el gravimétrico, el magnético, el del estudio de la densidad terrestre, el del gradiente geotérmico, el de los meteoritos, etc.

Pero quizás el que más información ha aportado sobre el interior terrestre es el método sísmico.

El método sísmico

Consiste en medir, con sismógrafos situados en diversas zonas del mundo, la velocidad de propagación de las ondas sísmicas desde el foco de un terremoto y en todas las direcciones, a través del interior de nuestro planeta. Estudia dos tipos de ondas:

• Las ondas P: más rápidas y capaces de atravesar sólidos y líquidos.
• Las ondas S: más lentas e incapaces de atravesar líquidos.

La velocidad de propagación de las ondas sísmicas varía en función de la naturaleza de los materiales que atraviesan. Por esa razón, si las ondas llegan a la frontera entre dos zonas de diferente naturaleza, se produce una variación brusca en su velocidad de propagación, que se denomina discontinuidad.

Las discontinuidades que se han detectado indican que el interior terrestre está formado por capas concéntricas de materiales de distinto tipo y estado.

1.2. La estructura interna de la Tierra

Teniendo en cuenta los datos procedentes de los métodos de estudio del interior de la geosfera, sobre todo el método sísmico, se ha podido deducir cómo es la estructura interna de nuestro planeta.

El modelo del interior terrestre, que es de capas concéntricas, tiene en cuenta dos aspectos:

• Las diferencias en la composición geoquímica de las capas, es decir, el tipo de materiales que las componen y su estado físico.
• Las diferencias en el comportamiento dinámico de las capas, es decir, si son rígidas, plásticas o fluidas, si experimentan movimientos en su seno o no, etc.

Según todo esto, el interior terrestre sería como se muestra en la imagen siguiente, que aúna las divisiones geoquímicas y las dinámicas:

2. La Teoría de la Tectónica de Placas: Un Paradigma Global

2.1. Origen y alcance de la teoría

Las abrumadoras pruebas de que la geosfera es una capa dinámica llevaron a la geología a precisar aún más las hipótesis movilistas y a transformarlas en una teoría compatible con todos esos datos. Así, en 1968, surge la Teoría de la Tectónica de Placas.

La Teoría de la Tectónica de Placas da un paso de gigante en la geología. Además de explicar los cambios en la distribución de los continentes y los océanos a lo largo de la historia de la Tierra, también determina las causas de los procesos geológicos responsables de la formación de las cordilleras, de la actividad volcánica, de los terremotos y de la formación y modelado de las rocas del terreno.

2.2. Principios fundamentales de la Tectónica de Placas

Las principales propuestas de la Teoría de la Tectónica de Placas son las siguientes:

• La litosfera es rígida y se encuentra fragmentada en una serie de piezas llamadas placas litosféricas o placas tectónicas, que encajan entre sí como lo hacen las piezas de un puzle.
• Las placas litosféricas son dinámicas; se desplazan al moverse lentamente sobre el manto sublitosférico, que es plástico. Además, las placas cambian constantemente: la litosfera oceánica se crea en las dorsales y se destruye al introducirse hacia el manto en las llamadas zonas de subducción.
• La causa del movimiento y de los cambios de las placas litosféricas es la dinámica interna de la geosfera, con los ascensos de plumas de materiales calientes hacia la litosfera y con las avalanchas de restos de placas hacia el manto en las zonas de subducción.
• La dinámica de las placas produce interacciones en sus bordes o límites, lo que genera las fuerzas y los cambios de presión y temperatura que impulsan los procesos geológicos.

3. Tipos de Placas Litosféricas

3.1. Clasificación y ejemplos

La litosfera se divide en placas de tamaño variable. Los límites de estas placas coinciden con las principales estructuras del relieve terrestre, como las dorsales, algunas grandes cordilleras y las fosas.

Hay siete grandes placas (la Euroasiática, la Africana, la Indoaustraliana, la Norteamericana, la Sudamericana, la Antártica y la Pacífica), siete placas medianas (Caribe, Cocos, Nazca, Filipinas, Arábiga, Scotia y Juan de Fuca) y diversas microplacas (como la Ibérica).

Estas placas pueden estar formadas solo por litosfera continental, como la Placa Arábiga; solo por litosfera oceánica, como la Placa Pacífica o, lo que es más frecuente, por litosfera continental y oceánica, como la Placa Euroasiática.

4. Interacciones en los Bordes de Placas

Las interacciones entre placas se producen en sus bordes, que pueden ser de tres tipos: divergentes, transformantes y convergentes.

4.1. Bordes divergentes (constructivos)

Son los bordes de placas litosféricas que se separan. Esta situación se da en dos tipos de regiones:

• En las dorsales oceánicas, como la Dorsal Centroatlántica. En estos casos, las placas se separan a partir del eje de la dorsal.
• En los rifts intracontinentales, como el Gran Valle del Rift del este de África, que es una enorme depresión que coincide con la fractura que se está produciendo entre las dos placas que se separan.

Los bordes divergentes se denominan constructivos, ya que en ellos se genera litosfera oceánica a partir de magmas procedentes del manto. El proceso es el siguiente: al separarse las placas, la litosfera entre ellas se fractura. Esta rotura produce una disminución de la presión en las rocas calientes del manto, que las funde y genera los magmas que salen al exterior a través de volcanes. De ahí que estos bordes se asocien a una intensa actividad magmática.

4.2. Bordes transformantes

Son los bordes de placas que se mueven lateralmente la una respecto de la otra. Esta situación se produce en las fallas transversales que dividen las dorsales en segmentos debido a que el ritmo de separación no es el mismo en todos los tramos de la dorsal. También ocurre en zonas como la Falla de San Andrés en California.

El roce de estas placas produce grandes tensiones en las masas de roca que, a menudo, se liberan súbitamente y causan terremotos.

4.3. Bordes convergentes (destructivos)

Son bordes de placas que se mueven la una hacia la otra. Estos bordes pueden ser de tres tipos:

• Convergencia entre una placa continental y una oceánica: En este tipo de bordes, la placa oceánica (más densa) subduce bajo la continental y penetra en el manto. Al hacerlo, se produce la fusión de rocas calientes y se forman magmas que ascienden hasta la superficie. Además, en la zona de penetración de la placa se origina una fosa y, en el continente, una cordillera paralela a la costa con mucha actividad volcánica y sísmica. Un ejemplo de este tipo de borde se encuentra en la costa occidental de Sudamérica, con los Andes.
• Convergencia entre dos placas oceánicas: En estos bordes, una de las placas subduce bajo la otra y también produce una fosa, la fusión de rocas y la formación de magmas. La intensa y frecuente actividad magmática causa la aparición de volcanes submarinos en la placa que no subduce. Estos volcanes acaban formando archipiélagos de islas volcánicas en forma de arco (arcos insulares). Japón, por ejemplo, es un arco insular.
• Convergencia entre dos masas continentales: En estos bordes no se produce subducción. Las dos placas de litosfera continental se deforman y se elevan al colisionar lentamente y originan una cordillera de gran tamaño. Estas zonas también tienen una intensa actividad sísmica. El Himalaya se originó por la colisión entre las masas continentales de las Placas Indoaustraliana y Euroasiática.

Los bordes convergentes se llaman destructivos, porque en ellos la litosfera de la placa que sufre la subducción se incorpora al manto y desaparece de la superficie.

5. Actividad Geológica Intraplaca

5.1. Puntos calientes y vulcanismo

Algunos fenómenos geológicos se producen en zonas alejadas de los bordes de placas. Es el caso del magmatismo asociado a los llamados «puntos calientes». Estos fenómenos se deben a la llegada al manto sublitosférico de una «pluma» de rocas muy calientes procedente del manto profundo.

La pluma agrieta la litosfera y produce la fusión de rocas y la formación de magmas que dan lugar a volcanes. La placa litosférica puede moverse sobre estos puntos calientes, lo que origina cadenas de volcanes con actividad en uno solo de los extremos.

El archipiélago de Hawái es una de estas cadenas.

6. Procesos Geológicos Asociados a la Tectónica de Placas

6.1. Magmatismo: Formación de rocas ígneas

El magmatismo es la formación de masas de rocas fundidas, los magmas, que ascienden a través de la litosfera y pueden llegar a aflorar al exterior.

Formación de magmas

La formación de magmas se produce, sobre todo, en zonas del manto sublitosférico en las que se dan un aumento importante de la temperatura, una disminución de la presión o una entrada de agua, que disminuye el punto de fusión de algunas rocas.

Estas circunstancias se dan, principalmente:

• Bajo las dorsales y los rifts, donde la separación de las placas agrieta la litosfera y produce una disminución de la presión y una fusión de las rocas calientes del manto.
• Bajo las zonas de subducción, donde el calor generado por la fricción de la placa que subduce y su contenido en agua desencadenan la fusión de algunas rocas del manto sublitosférico.
• Bajo los puntos calientes, donde las plumas de material ardiente del manto profundo elevan la temperatura del manto sublitosférico y producen la fusión de las rocas al agrietarse la litosfera.

Los magmas así formados ascienden a través de la litosfera y desencadenan los dos principales fenómenos magmáticos: la formación de rocas plutónicas y el vulcanismo.

Formación de rocas plutónicas

Las masas de magma ascendente que no alcanzan la superficie terrestre se quedan incluidas entre las rocas de la corteza formando emplazamientos o plutones de tamaños y formas variables.

Estos magmas acaban enfriándose y solidificándose muy lentamente en el interior de la corteza, lo que da lugar a características masas de rocas plutónicas, como los granitos, que conservan la forma del emplazamiento inicial.

La posterior acción de los procesos del modelado del relieve puede retirar paulatinamente las capas de roca que cubren estos emplazamientos de roca, haciendo que afloren a la superficie y sean, a su vez, erosionados.

Vulcanismo

Algunas de las masas de magma que ascienden a través de la litosfera sí alcanzan la superficie terrestre y salen al exterior formando volcanes.

Los volcanes se originan cuando una masa de magma ascendente se acumula en la corteza terrestre, cerca de la superficie, en una cámara magmática.

La alta presión generada por la acumulación de magma en la cámara magmática abre fisuras en las rocas de la corteza. Esto reduce la presión súbitamente y libera los gases contenidos en el magma.

Los gases liberados a presión ascienden impulsando el magma con gran fuerza hacia el exterior a través de una fisura, que se ensancha en una chimenea y un cráter; es la erupción volcánica (un fenómeno similar al que se produce al abrir una botella de gaseosa agitada).

Durante las erupciones, los volcanes expulsan abundantes gases, lava (rocas fundidas desgasificadas) y materiales sólidos o piroclastos (lava que solidifica en el aire) de tres tipos:

• Cenizas (escamas milimétricas)
• Lapilli (grava)
• Bombas (rocas grandes)

Tanto los materiales sólidos como la lava que fluye pendiente abajo y solidifica al enfriarse forman las acumulaciones de rocas volcánicas que constituyen los edificios volcánicos.

Las erupciones volcánicas se producen cada vez que la cámara magmática se rellena y alcanza una presión suficientemente alta como para volver a agrietar la corteza. Mientras esto ocurre, el volcán permanece activo.

Por el contrario, cuando se interrumpe la llegada de magma a la cámara magmática, las fisuras no vuelven a abrirse, permanecen obstruidas y el volcán deja de estar activo.

6.2. Deformaciones de las rocas

La otra consecuencia de la dinámica litosférica es la generación de fuerzas muy intensas y constantes en la litosfera, especialmente en los bordes de las placas que interactúan, que deforman o rompen las rocas.

Al plegarse y fracturarse, las masas de roca de la corteza terrestre se elevan y forman las cordilleras.

Las rocas sometidas a estos esfuerzos tectónicos pueden experimentar tres tipos de deformaciones:

• Las deformaciones plásticas: Las rocas sometidas a fuerzas compresivas, intensas pero constantes, pueden deformarse de manera irreversible formando pliegues; sobre todo si están sometidas a altas temperaturas o saturadas de agua.
• Las fracturas: Las rocas rígidas sometidas a fuerzas compresivas, distensivas o de cizalla suelen romperse de forma brusca originando fallas.
• Las deformaciones elásticas: Hay rocas que inician una deformación al ser sometidas a fuerzas, pero que recuperan bruscamente su forma inicial cuando se rompen o cuando cesa el esfuerzo. Es lo que se llama rebote elástico y suele originar terremotos.

Los pliegues

Los pliegues son ondulaciones producidas sobre las rocas de la corteza terrestre, que sufren esa deformación plástica al ser sometidas a fuerzas de compresión.

Las fallas

Las fallas son roturas de las masas de roca por un plano de fractura cuando son sometidas a esfuerzos de compresión, de estiramiento o de desplazamiento lateral. En las fallas se puede dar un desplazamiento de los bloques fracturados.

Los terremotos

Los terremotos o sismos son vibraciones del terreno que se producen cuando las masas de roca sometidas a esfuerzos tectónicos se fracturan bruscamente o sufren un rebote elástico. Estos fenómenos pueden causar importantes daños.

6.3. Metamorfismo: Transformación de rocas

El metamorfismo es un conjunto de cambios que experimentan las rocas de la corteza terrestre debido a incrementos de la presión y la temperatura o a la infiltración de agua con sustancias disueltas. Estos cambios no funden las rocas, pero las transforman en otras nuevas llamadas rocas metamórficas.

Condiciones y lugares del metamorfismo

El metamorfismo se produce mayoritariamente en regiones del interior de la corteza en las que la dinámica litosférica crea, de una manera o de otra, las condiciones necesarias.

Estos lugares se encuentran en los bordes de las placas litosféricas, en los que se generan fricciones, empujes y bolsas de magma capaces de producir las transformaciones metamórficas en las rocas de la corteza. En menor medida, también tiene lugar metamorfismo en las dorsales y en los puntos calientes debido a las altas temperaturas reinantes en estas zonas.

Cambios en las rocas

Los cambios que se producen en las rocas son de mayor intensidad cuanto mayor es la intensidad de los factores que los causan. Estos cambios son, sobre todo, de dos tipos:

• Cambios en la composición de la roca: La presión, la temperatura y, sobre todo, la infiltración en las rocas de fluidos hidrotermales con sustancias disueltas producen reacciones químicas y recristalizaciones en los minerales. En las rocas afectadas aparecen minerales nuevos y otros forman cristales grandes que se fusionan.
• Cambios en la textura de la roca: Las presiones dirigidas sobre las masas de roca aplastan los minerales y hacen que los nuevos cristales se dispongan preferentemente en una dirección. Esto genera rocas con una textura de láminas y bandas, llamada foliación.

7. Influencia de la Dinámica Terrestre en el Relieve

7.1. Modelado del relieve

La dinámica terrestre influye directamente en los procesos endógenos. Pero también tiene una influencia indirecta en los procesos exógenos, al determinar dónde se disponen las cuencas sedimentarias, al crear elevaciones que aumentan la intensidad de los procesos del modelado o al disponer las rocas para su exposición a los procesos del modelado.