3a.GEODINÁMICA

GEOLOGÍA

Ana María Olalla A. Septiembre 2015 – Febrero 2016

U.2

• GEODINÁMICA INTERNA DE LA TIERRA

– Estructura de la tierra

– El magnetismo terrestre

– Tectónica global

ESTRUCTURA DE LA TIERRA

• La Tierra tiene un radio aprox 6371 km.

• ESTRUCTURA INTERNA, según diferenciación química:

Corteza

Manto

Núcleo

• ESTRUCTURA INTERNA, según propiedades físicas de los materiales:


CORTEZA

• Es la capa más externa, es rígida y muy delgada en comparación con las otras capas.

Se diferencia entre:

• Corteza oceánica, más delgada, entre 3 y 15 km. Composición química ± homogénea, compuesta de rocas ígneas oscuras – basaltos.

• Las rocas de la corteza oceánica son más jóvenes (180 Ma, o menos) y más densas (3 g/cm3).


. . . CORTEZA

• Corteza continental entre 20 y 40 km. Puede encontrarse a profundidades de hasta 70 km bajo los grandes macizos montañosos.

• La corteza continental se formó de manera gradual durante los últimos 4000 Ma.

• Composición variada; las rocas de la corteza superior compuesta de rocas graníticas (granodioritas), pero varía de lugar a lugar. Densidades de 2,7 g/cm3.


MANTO

Es una cáscara rocosa sólida que se extiende hasta una profundidad de 2900 km.

Ocupa aprox un 80% del volumen de la Tierra. El límite entre la corteza y el manto representa un cambio significativo de la composición química. La roca predominante en la parte superior del manto es la peridotita, que es rica en magnesio y hierro.


MANTO SUPERIOR

• Se extiende desde el límite corteza-manto a una profundidad de aprox 660 km.

• En el manto superior se diferencian dos partes diferentes: La parte superior del manto superior es parte de la litósfera rígida, y debajo de ésta se encuentra la astenósfera, más débil.


LITÓSFERA (esfera de roca)

• Corresponde a la capa más externa.

• Formada por la corteza y el manto superior.

• Es rígida y relativamente fría.

• Su espesor promedio es de 100 km y puede extenderse a más de 250 km en las partes más antiguas de los continentes; en las cuencas oceánicas la profundidad es de pocos km en las zonas más jóvenes y aumenta hasta casi 100 km en las regiones de la corteza oceánica más antiguas y más frías.


ASTENÓSFERA (esfera débil)

• Está a aprox 350 km; en el manto superior.

• Capa blanda relativamente débil.

• En su parte superior se dan condiciones de temperatura y presión que provocan pequeñas cantidades de fusión → zona de debilidad, donde la litósfera está mecánicamente despegada de la capa inferior → puede moverse con independencia de la astenósfera.


MANTO INFERIOR

• Se encuentra entre los 660 y 2900 km.

• Es más rígido; las rocas aún muy calientes pueden fluir de una manera muy gradual.


NÚCLEO EXTERNO

• Es una capa líquida de 2270 km de espesor.

• Dentro de este ocurre un flujo convectivo del hierro metálico; esto genera el campo magnético de la Tierra.

NÚCLEO INTERNO

• Es una esfera de 1216 km de radio.

• Se comporta como un sólido.


Discontinuidad de Mohorovicic MOHO

• Es el límite entre los materiales de la corteza, de las rocas de composición diferente del manto subyacente.

Discontinuidad de Gutenberg

• Establece el límite entre el núcleo y el manto.


Tomado de Lutgens et al., 2012


ESTRUCTURA EXTERNA DE LA TIERRA

Biósfera

• Es la capa donde se desarrolla la vida. Conformada de suelo, agua y aire.

Hidrósfera

• Comprende toda el agua que encontramos: océanos, ríos, lagos, agua subterránea, lluvia, hielo.

ESTRUCTURA EXTERNA DE LA TIERRA

Atmósfera

• Es la capa de gases que envuelven la Tierra. Formada por N (78%), O (21%), vapor de agua, CO2, ozono y otros gases. En ella se diferencian: Tropósfera, estratósfera, mesósfera, termósfera.

Exósfera

• Capa poco densa formada de H y He; llega hasta los 9500 km.

– El magnetismo terrestre

MAGNETISMO TERRESTRE

Campo geomagnético

• Se genera en las corrientes de convección del núcleo externo. Las corrientes eléctricas parecen ser resultado del movimiento de rotación de la Tierra, y las corrientes magnéticas rodean a las corrientes eléctricas.

• (Según la Ley de Ampere

El campo magnético en el espacio alrededor de una corriente eléctrica, es proporcional a la corriente eléctrica que constituye su fuente (de la misma forma que el campo eléctrico en el espacio alrededor de una carga, es proporcional a esa carga que constituye su fuente).


Campo geomagnético

• Puede suponerse como un imán de barra, inclinado (≈ 11°) con respecto al eje de rotación de la Tierra; en la que el N magnético corresponde al S geográfico. Se conviene en denominar el polo magnético ubicado cerca del polo Norte geográfico como polo Norte magnético y el polo magnético situado cerca del polo Sur geográfico como polo Sur magnético.

• El campo magnético no es constante; sufre variaciones con el tiempo y con respecto a su forma.

• El campo magnético de la Tierra, en la superficie, está entre 0,3 a 0,65 Gauss.



Campo geomagnético

• Se extiende desde el Núcleo hasta el límite donde choca con el viento solar (corrientes del sol).

• Según estudios de las rocas del fondo oceánico, se estiman al menos 171 reversiones del campo magnético en los últimos 71 Ma.

• TECTÓNICA GLOBAL

– Deriva continental

– Expansión del fondo oceánico

– Tectónica de placas

DERIVA CONTINENTAL

• Propuesta por Alfred Wegener entre 1910 y 1920 (1912).

• Anteriormente se pensaba que los continentes y cuencas oceánicas eran estructuras permanentes muy antiguas.

• Con el descubrimiento de la astenósfera, se plantea una corteza móvil y una migración gradual de los continentes.

DERIVA CONTINENTAL PROPUESTA

• Parte de la semejanza de las líneas de costa entre los continentes actuales.

• Propone que los continentes actuales serían el resultado de la fragmentación de una masa continental única, con separación o deriva de los fragmentos resultantes.

• Los fragmentos de corteza continental flotarían sobre los materiales que hoy se consideran manto superior, provocando plegamientos en el frente de choque de los continentes que se desplazan. (Esto también explicaba el origen de los plegamientos que formaban los cinturones de montañas.

DERIVA CONTINENTAL

Tomado de Lutgens et al., 2012

DERIVA CONTINENTAL ARGUMENTOS DE LA TEORÍA

1. Las semejanzas entre la flora y la fauna del Carbonífero Superior (300 Ma AP) de Sudamérica, Africa austral, India y Australia; y por las analogías entre los restos de flora y fauna de América del Norte, Europa, norte de Africa y Asia, a pesar de ser territorios muy distantes y separados.

Sin embargo, existían muy pocas semejanzas entre las partes norte y sur de estos territorios, aún estando comunicados.

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DERIVA CONTINENTAL

ARGUMENTOS DE LA TEORÍA

2. La correspondencia entre las costas atlánticas, cuando se comparan las formaciones geológicas a ambos lados del Atlántico.

DERIVA CONTINENTAL

DERIVA CONTINENTAL

ARGUMENTOS DE LA TEORÍA

3. Y por la presencia de sedimentos consolidados de origen glaciar (tilitas), que demuestra que han existido glaciares en regiones donde ahora ya no existen, en épocas geológicas antiguas.

Hay indicios de una gran glaciación que en el Pérmico, afectó a diversos continentes australes: Sudamérica, Africa, Indostaán, Australia. Es muy difícil explicar la presencia de glaciaciones en latitudes tan diversas, incluso en zonas ecuatoriales y en la India.

EXPANSIÓN DEL FONDO OCEÁNICO – argumentos de la teoría

Con el desarrollo de la geología y geofísica submarina, se plantean los siguientes hechos:

1. En las zonas oceánicas existen zonas alargadas que topográficamente resaltan como alineaciones montañosas elevadas unos 2000 o 3000 m sobre la profundidad media de los fondos abisales. En estas dorsales se generan abundantes movimientos sísmicos y existe un flujo térmico mayor del normal.

EXPANSIÓN DEL FONDO OCEÁNICO



2. Aunque el espesor de los sedimentos en las zonas oceánicas es en promedio reducido, la distribución de los materiales sedimentarios presenta particularidades interesantes:

En las dorsales o en sus inmediaciones, no existen sedimentos, encontrándose directamente en el fondo submarino rocas volcánicas solidificadas bajo el agua del mar, o materiales procedentes del manto. Al alejarse de la dorsal en dirección a los continentes, la cubierta sedimentaria es progresivamente más gruesa.

3. Al estudiar las propiedades magnéticas de las zonas volcánicas, cercanas a las dorsales, se han encontrado unas distribuciones de las anomalías del campo magnético muy significativas: a un lado y otro del eje de la dorsal, aparecen bandas de diferente anchura, alternando a cada lado las anomalías positivas y negativas; el eje de la dorsal es un eje de simetría de esta distribución.

Cada banda corresponde a un período de polaridad del campo magnético terrestre.



A medida que se genera nuevo material , se magnetiza según con el campo magnético existente en ese momento en la Tierra. Registra cada inversión del campo magnético. Tomado de Tarbuck & Lutgens, 2005.


Con el estudio de estos hechos se propone la hipótesis de la expansión del fondo oceánico, formulada por Hess en 1963 y ampliada por Vine & Matthews en 1963. Dice:

Las dorsales oceánicas son zonas de ascenso de material procedente del manto, principalmente en forma de material basáltico fundido, que se derrama lateralmente, generando una litósfera oceánica que ensancha gradualmente la amplitud del océano y separa poco a poco los continentes.

DORSALES

TECTÓNICA DE PLACAS

• Propuesta por Wilson en 1965. • Propone que las dorsales estaban conectadas por

grandes fallas, formando una red continua que dividía la capa externa de la Tierra en varias placas rígidas.

• Integra conceptos de la deriva continental y de la expansión del fondo oceánico para explicar los mecanismos de subducción y la expansión del fondo oceánico, que a su vez generan los principales rasgos geológicos de la Tierra, los continentes, las montañas, las cuencas oceánicas.

• Explica la mayoría de los procesos geológicos.


¿QUÉ ES UNA PLACA?

El manto superior junto con la corteza suprayacente, se

comportan como una capa fuerte y rígida (litósfera), que está rota en fragmentos denominados «placas». Las placas

se mueven y cambian de tamaño y forma.

→ Una placa es un enorme bloque de forma irregular, de roca sólida.

Su tamaño puede variar desde unos pocos cientos de

kilómetros a miles de kilómetros.

El espesor es variable desde menos de 15 km de la litósfera oceánica joven, a alrededor de 200 km de litósfera

continental antigua.


• PRINCIPALES PLACAS DE LA TIERRA

• 7 grandes placas principales: Norteamericana, Sudamericana, la del Pacífico, Africana, Euroasiática, Australiana y Antártica.

La mayoría de las grandes placas incluye un continente entero además de una gran área de suelo oceánico. Ninguna está definida completamente por los márgenes de un continente.

• Placas medianas: Caribeña, Nazca, Filipina, Arábiga, de Cocos, se Scotia, de Juan de Fuca.

• Otras pequeñas.



• FUNDAMENTOS DE LA TEORÍA

• Las placas se mueven como unidades coherentes en relación con todas las demás placas.

• Las placas se mueven a una velocidad muy lenta pero continua (promedio de 5 cm anuales).

• El movimiento de las placas es impulsado por la distribución desigual del calor en el interior de la Tierra.

• El material caliente que se encuentra en las profundidades del manto se mueve despacio hacia arriba como parte del sistema de convección interna del planeta.

CONVECCIÓN INTERNA


• FUNDAMENTOS DE LA TEORÍA

• Simultáneamente, láminas más frías y densas de la litósfera oceánica descienden al manto, poniendo en movimiento la capa externa rígida de la Tierra.

• Los roces entre las placas litosféricas de la Tierra generan terremotos, crean volcanes y deforman masa de roca en las montañas.

BORDES DE PLACA

• Aunque el interior de las placas puede experimentar alguna deformación, las principales interacciones entre las placas individuales, es decir la mayor deformación se produce a lo largo de sus bordes.

• Los bordes de las placas se establecieron por primera vez representando las localizaciones de los terremotos.

• Los distintos tipos de bordes se diferencian en función del tipo de movimiento. Son: divergentes, convergentes y borde de falla transformante.


Tomado de Dynamic Earth Plate Tectonics, USGS, 2001

BORDES DE PLACA • Cada placa está rodeada por una combinación de

estos tres tipos de bordes de placa.

• El área de las placas individuales puede disminuir o crecer dependiendo de cualquier desequilibrio entre la velocidad de crecimiento en los bordes divergentes y la velocidad de destrucción de la litósfera en los bordes convergentes.

• Los bordes de placa no son fijos, sino que se mueven.

• Pueden crearse nuevos bordes de placa en respuesta a cambios en las fuerzas que actúan sobre ellas.

Tipos de bordes

Tomado de Tarbuck & Lutgens, 2005

BORDES DIVERGENTES

• Bordes constructivos, centros de expansión.

• Se sitúan a lo largo de las crestas de las DORSALES OCEÁNICAS, donde dos placas se separan, lo que produce el ascenso de material desde el manto generándose nueva litósfera oceánica.

BORDES DIVERGENTES

Dorsales Oceánicas

• Se forman a lo largo de bordes de placa divergentes bien desarrollados, donde el fondo oceánico se eleva → dorsal oceánica.

• Por el mecanismo de expansión de fondo oceánico crea nuevo fondo oceánico.

• Las velocidades de expansión son aprox 5 cm al año.

BORDES DIVERGENTES Fragmentación continental

Pueden desarrollarse bordes de placa divergentes en el interior de un continente, lo que fragmentaría la masa continental en segmentos más pequeños.

La fragmentación de un continente empieza con la formación de un rift continental, que es una depresión alargada.

La roca fundida asciende desde la astenósfera e inicia la actividad volcánica en la superficie.

El valle del rift se alarga y aumenta de profundidad, alcanzando al final el borde de la placa, separándola en dos. El valle se convertirá en un mar lineal estrecho con una desembocadura al océano.

Evolución de rifts a dorsales

BORDES CONVERGENTES - SUBDUCCIÓN

• Bordes convergentes (bordes destructivos)

Para compensar la adición de litósfera recién creada (dorsales), las porciones más antiguas de la litósfera oceánica descienden al manto a lo largo de los bordes convergentes.

Las placas se mueven una hacia la otra y el movimiento se ajusta con el deslizamiento de una placa por debajo de la otra; su borde se dobla hacia abajo permitiéndole deslizarse.

En la placa descendente el fenómeno se muestra como una fosa submarina.

ZONAS DE SUBDUCCIÓN La litósfera es subducida hacia la astenósfera. Se produce porque la densidad de la placa litosférica descendente es mayor que la de la astenósfera subyacente.

CONVERGENCIA OCEÁNICA - CONTINENTAL

• La placa oceánica, más densa, siempre se hundirá en el manto.

• Cuando la placa que desciende alcanza los aprox 100 Km, se desencadena la fusión dentro de la cuña de la astenósfera caliente suprayacente.

• Aunque la placa subducida está fría, el ambiente de alta presión, hace que el agua que lleva el material de la placa sea expulsada, reacción que junto a la influencia de calor del manto, hace que se produzca una fusión parcial de la placa.

• El material fundido se mezcla con la roca del manto no fundida.

• Convergencia oceánica – continental

• ARCOS VOLCÁNICOS CONTINENTALES

• La mezcla móvil y caliente (magma) asciende de una manera gradual hacia la superficie como una estructura en forma de gota.

• La roca fundida del manto (basáltico), al ascender en un ambiente continental, asimila algunas rocas de la corteza; puede producir un magma rico en sílice de composición andesítica. Ejemplo: Los Andes.

• El magma puede atravesar la corteza provocando una erupción volcánica.

Convergencia oceánica – oceánica

ARCO DE ISLAS

• La placa oceánica, más densa, se hunde por debajo de la placa más liviana.

• Mecanismos similares a la convergencia oceánica continental.

• Inicia la actividad volcánica.

• Cuando la subducción se mantiene puede construir cadenas de estructuras volcánicas que emergen como islas, y se han formado sobre dorsales sumergidas.

• Son los arcos de islas volcánicas.

CONVERGENCIA CONTINENTAL - CONTINENTAL • Si la placa en subducción contiene litósfera continental,

la subducción continua acabará uniendo los dos bloques continentales.

• La litósfera continental por ser menos densa, flota, e impide que sea subducida, resultando una colisión entre dos bloques continentales.

• Formación de los Himalayas: India embistió a Asia. La corteza continental se abombó, se fracturó, se acortó y engrosó.

• A medida que los bloques continentales convergen, el fondo oceánico que queda entre ellos es subducido debajo de una de las placas.

CONVERGENCIA CONTINENTAL - CONTINENTAL

• La subducción inicia la fusión parcial de las rocas del manto suprayacente, lo cual, a su vez, puede provocar la formación de un arco volcánico.

• A medida que se consume el fondo oceánico intermedio, las masas continentales colisionan, plegando y deformando los sedimentos acumulados a lo largo del margen continental.

• El resultado es la formación de una nueva cordillera montañosa compuesta de rocas sedimentarias deformadas y metamorfizadas, fragmentos del arco de islas volcánicas y posiblemente fragmentos de corteza oceánica.

CONVERGENCIA CONTINENTAL - CONTINENTAL

BORDES DE FALLA TRANSFORMANTE

• Dos placas se desplazan lateralmente una respecto de la otra sin la producción ni destrucción de litosfera.

• El desplazamiento de las fallas transformantes es paralelo a la dirección de desplazamiento de la dorsal.

• Forman parte de las Zonas de Fractura en el interior de las placas.

• Se encuentran aprox cada 100 Km a lo largo de la dirección del eje de la dorsal.

• Las fallas transformantes activas se encuentran solo entre los dos segmentos desplazados de la dorsal.


• El fondo oceánico producido en un segmento de la dorsal se desplaza en la dirección opuesta al fondo oceánico generado en el segmento opuesto, por lo que en los dos segmentos de la dorsal las dos placas adyacentes se están rozando conforme se desplazan a lo largo de la falla.

• Son el medio mediante el cual la corteza oceánica creada en las crestas de la dorsal puede ser transportada a una zona de destrucción (fosas submarinas).

• La mayoría están localizadas dentro de las cuencas oceánicas; unas pocas atraviesan la corteza continental (San Andrés en California).


PUNTOS CALIENTES O PLUMAS DE MANTO

• Resultan del ascenso de una pluma de manto, que al entrar en el ambiente de baja presión de la base de la litósfera, produce fusión.

• Es un área volcánica con un flujo térmico elevado y un abombamiento de la corteza que tiene unos pocos cientos de km de ancho.

• La edad de cada volcán indica el momento en el que se situó sobre la pluma del manto relativamente estacionaria; la mayoría de plumas del manto son estructuras muy antiguas que mantienen posiciones relativamente fijas dentro del manto.

• Algunas plumas de manto se originan tal vez en el límite manto-núcleo; otras son menos profundas.

OTRAS ESTRUCTURAS DE LA GEODINÁMICA

PUNTOS CALIENTES (HOT SPOTS)

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