La Formación de la Tierra IV

Capítulo 4
La estructura de la Tierra
Las capas de la Tierra

Erosión glaciar en la costa oeste de Islandia.

Envolturas fluidas de la Tierra
La parte sólida de la Tierra está rodeada por dos envolturas fluidas, una continua, la atmósfera, constituida por gases, y otra discontinua, la hidrosfera, formada por agua. Ambas envolturas son de vital importancia para nuestro planeta, determinando numerosas características físicas del mismo.
La atmósfera ha evitado, por su función filtradora de las radiaciones solares, que la superficie de nuestro planeta presente unas condiciones extremas.
La hidrosfera, por su parte, es un gran termostato que regula la temperatura de la superficie terrestre.

La existencia de las dos envolturas fluidas rodeando la Tierra ha sido uno de los factores esenciales para la aparición y desarrollo de la vida en el planeta. Casi con toda seguridad la vida se originó en un medio oceánico primitivo, realizándose en el mismo las primeras etapas de su desarrollo. Hasta fases muy avanzadas en su evolución numerosos grupos de organismos dependieron totalmente del medio acuático. Por otra parte, la casi totalidad de los organismos existentes presentan un eleva do contenido en agua, cuantitativamente el más importante. Entre los constituyentes principales de la atmósfera se encuentran las sustancias básicas para el desarrollo de los organismos, como el anhídrido carbónico y el oxígeno.

Atmósfera

La atmósfera, que es la envoltura gaseosa que rodea la Tierra, con un espesor aproximado de 1.000 km y una masa de 5,6 x 10 ¹⁵ toneladas, ejerce sobre la superficie terrestre una presión uniforme de 1.033 g/cm ² .

Corte esquemático mostrando las diversas capas de la atmósfera.

Está formada por una mezcla de gases, el aire, de los cuales el más abundante es el nitrógeno, que constituye por si sólo el 78 % del volumen total de la atmósfera, seguido por el oxígeno, con un volumen del 21 % del total, y con cantidades mucho menores de argón (0,93 %) y de anhídrido carbónico (0,001 %). A estos cuatro componentes, que constituyen el 99,9 % del volumen de la atmósfera, hay que añadir el vapor de agua, cuya cantidad es variable con la altitud geográfica y con el tiempo, encontrándose concentrado siempre en los primeros 10 a 15 km de atmósfera. El vapor de agua atmosférico es simplemente agua extraída de la hidrosfera por evaporación y que volverá a ella mediante las precipitaciones.

La composición y las condiciones físicas de la atmósfera no son uniformes en todo su espesor, sino que varían de manera notable. En base a estas variaciones la atmósfera se divide en diversas capas o estratos superpuestos unos a otros. Las principales capas que constituyen la atmósfera son troposfera, estratosfera, mesosfera, ionosfera y exosfera, las cuales se describen a continuación.

Roca granítica con facturación concoidea (Piamonte, Italia).
Troposfera, que se extiende desde la superficie terrestre hasta una altura de 14 a 16 km en las zonas ecuatoriales y hasta unos 8 a 10 km en las zonas polares, debido a que en estas últimas zonas las bajas temperaturas provocan la contracción de los componentes atmosféricos. El límite superior de la troposfera, denominado tropopausa, corresponde a la zona donde se alcanzan las temperaturas más bajas.

Erosión debida a la acción de las aguas en los Riscos de Maroon (Colorado, EE.UU.).

La troposfera comprende las nueve décimas partes de la masa de la atmósfera y contiene la casi totalidad del vapor de agua de ésta, a partir del cual se forman las nubes. En la troposfera se producen la mayoría de los fenómenos meteorológicos. La temperatura decrece paulatinamente en la troposfera con la altura, alcanzando el índice más bajo, -63 °C, en la tropopausa.

Estratosfera, que se extiende por encima de la tropopausa hasta unos 50 km de altura de la superficie terrestre. Carece casi totalmente de nubes y su aire es menos denso que el de la troposfera. Debido a su función absorbente de las radiaciones solares la temperatura crece en la estratosfera con la altura hasta llegar a un máximo de 17 °C en la estratopausa.

La composición de la estratosfera es considerablemente diferente a la de la troposfera; en ella predomina el ozono, originado por la disociación del oxígeno por acción de los rayos ultravioletas. La capa de ozono de la estratosfera es de vital importancia para los organismos de la superficie terrestre, pues absorbe la casi totalidad de los rayos ultravioletas, que son letales para aquéllos.

Típicas formas erosivas (demoiselle coiffé) desarrolladas sobre rocas sedimentarias

Mesosfera, se extiende desde la estratopausa, aproximadamente a 50 km de la superficie terrestre, hasta los 80 a 85 km de altura. En la mesosfera la temperatura disminuye nuevamente hasta alcanzar mínimos de -70 °C y -80 °C. Desde el punto de vista de su composición, la mesosfera contiene una pequeña parte de ozono y vapores de sodio, que desempeñan un papel importante en los fenómenos luminosos de la atmósfera.

Ionosfera o termosfera, que se extiende desde la parte superior de la mesosfera hasta una altura de unos 500 km sobre la superficie terrestre. La característica esencial de esta capa de la atmósfera es la de que sus constituyentes gaseosos no forman moléculas eléctricamente neutras, sino que se presentan en forma de iones, es decir en forma de átomos y moléculas cargados eléctricamente. Esto se debe a que sobre la ionosfera se produce un continuo bombardeo de radiaciones solares cuyo efecto principal es la ionización de los constituyentes gaseosos de aquélla. Las capas inferiores de la ionosfera desempeñan un papel muy importante en las transmisiones por radio y televisión, ya que reflejan ondas de diversa longitud emitida desde la Tierra, posibilitando su captación por las emisoras receptoras. El límite superior de la ionosfera se denomina termopausa.

Ejemplo de la acción erosiva del viento en Borrego Desert (California)

Exosfera, capa que se extiende por encima de la termopausa hasta alturas donde la densidad de la atmósfera es igual a la del gas interespacial que la rodea.

Vista aérea del amazonas

Como hemos dicho, la existencia de una atmósfera de las características expuestas es de vital importancia para la habitabilidad de nuestro planeta.

Vista del Mar Caribe en la zona de Puerto Rico, tomada desde el satélite artificial Skylab.

Una primera y esencial misión de la atmósfera es la de impedir tanto un excesivo calentamiento de la superficie terrestre durante el día, es decir durante las horas de insolación, como un excesivo enfriamiento durante la noche. En efecto, durante el día la atmósfera refleja y absorbe gran parte de las radiaciones solares, que de llegar a la superficie terrestre elevarían excesivamente la temperatura de la misma. Durante la noche el calor radiante de la Tierra es absorbido por las capas bajas de la atmósfera impidiendo un excesivo enfriamiento. La falta de una atmósfera de las características de la terrestre en la Luna es en gran parte la causa de que en el satélite las oscilaciones térmicas diurnas sean muy amplias.

Por último, ciertos constituyentes de la atmósfera son esenciales para el desarrollo de los organismos. El anhídrido carbónico atmosférico es la base a partir de la cual los vegetales sintetizan (fotosíntesis) los compuestos orgánicos que serán el fundamento de la cadena alimentaria de la mayoría de los organismos.

Los animales, por su parte, necesitan el oxígeno atmosférico para la oxidación de los compuestos orgánicos y la obtención de energía.

Debido a que en la atmósfera, especialmente en sus capas bajas, se producen la gran mayoría de los fenómenos meteorológicos, puede afirmarse que desempeña un importante papel en los procesos erosivos desarrollados sobre la superficie terrestre. Por ejemplo, el viento es el principal agente de la erosión en grandes zonas continentales; las oscilaciones térmicas diurnas son causa importante de la fragmentación de las rocas, especialmente en las zonas donde las oscilaciones son grandes; el agua meteorológica cargada de anhídrido carbónico es uno de los principales agentes disolventes de las rocas de la superficie de la corteza terrestre.

Hidrosfera

Se la puede definir como el conjunto de las aguas superficiales de la corteza terrestre. La Tierra es el único planeta del sistema solar que posee gran cantidad de agua: algo más del 70 % de su superficie está cubierta por agua, tanto en estado líquido, formando los océanos, mares, lagos y ríos, como sólida, en los glaciares, y gaseosa formando el vapor de agua de las capas bajas de la atmósfera. Las cantidades aproximadas de los diversos tipos de agua que constituyen la hidrosfera son las siguientes:

Con gran diferencia, la fracción más importante de la hidrosfera la constituyen las aguas oceánicas, que cubren aproximadamente el 65 % de la superficie terrestre con un espesor medio acuoso de 4.000 m. La segunda fracción en cantidad la constituyen los glaciares continentales que ocupan en la actualidad una superficie de unos 15 millones de km ² . Si el agua inmovilizada en los glaciares se fundiera rápidamente y retornara a los océanos, el fenómeno provocaría un aumento de 60 m en el nivel de éstos.

El agua de la hidrosfera está sometida a una serie de movimientos y cambios de estado que se conocen con el nombre de ciclo hidrológico o ciclo del agua en la naturaleza. Los océanos son los grandes depósitos de los cuales proviene toda el agua del ciclo y a los cuales retornará cerrando el mismo; en su superficie se produce una continua evaporación, de diversa intensidad según la latitud, mediante la cual se originan grandes masas de vapor de agua que en las capas bajas de la atmósfera forman las nubes. A partir de éstas y por condensación de su vapor de agua se originarán las precipitaciones, en forma de lluvia, nieve y granizo, parte de las cuales caen directamente sobre el mar, otra sobre los continentes, alimentando los ríos y lagos, aunque finalmente vuelve a los océanos, y otra más se infiltrará en el subsuelo generando las aguas subterráneas.

Diversas manifestaciones del ciclo del agua en la naturaleza. En las cumbres de las altas montañas en forma de nieve, en un glaciar en forma de hielo y en las nubes bajo la apariencia de vapor de agua

Las especiales características térmicas del agua (alto calor específico, elevado calor de evaporación, etc.) determinan que la hidrosfera sea un gran termostato regulador de la temperatura superficial de la Tierra. En efecto, el agua, por su alto calor específico (calor necesario para elevar en 1 °C la temperatura de 1 g de una sustancia) es poco sensible a las variaciones térmicas, debido a lo cual se caliente y se enfría menos rápidamente que los materiales rocosos de la superficie terrestre de calor específico inferior. Es fácil comprobar que en pleno verano las rocas, los asfaltos de las calles y carreteras, etc., se calientan mucho más rápido que las aguas marinas, las fluviales o las de una piscina.

Ciclo geológico del agua en la naturaleza.
La vaporización de agua en la hidrosfera es máxima en la zona intertropical, absorbiendo gran cantidad de calor e influyendo en moderar la temperatura.

Formas morfológicas típicas de los desiertos de arena.

Cuando la humedad originada en la zona intertropical es transportada en las capas más bajas de la atmósfera, hasta zonas de latitudes más altas, precipita en forma de lluvia, liberando gran parte de calor absorbido durante la evaporación y cooperando en la elevación de las temperaturas en las zonas más frías.

Erupción volcánica en una isla oceánica.

Como dato importante para entender la importancia de la hidrosfera como regulador térmico hay que destacar que la mayor parte de las regiones desérticas de la superficie terrestre se encuentran alejadas de las influencias oceánicas.

“Cráter en cráter” en el (El Salvador). El agua de la hidrosfera es de vital importancia para los organismos, que no podrían vivir en un medio carente de ella

Cráter de un volcán durante su erupción.

Todos los organismos presentan un alto contenido en agua, que alcanza hasta un 97 % de su masa corporal en las medusas y que en el ser humano es del orden del 65-75 %. Asimismo, es el líquido biológico por excelencia y el medio natural que permite la realización de los procesos metabólicos. Además, es el principal agente del ciclo geodinámico externo, pues debido a su gran poder disolvente es el principal agente de la disolución de las rocas superficiales de la corteza terrestre. Por otra parte, las aguas continentales constituyen el principal medio de transporte de los materiales detríticos resultantes de la erosión, mientras que las aguas oceánicas son el principal medio de la sedimentación de tales materiales.

El interior de la Tierra

El conocimiento del interior de la Tierra puede ser realizado mediante dos tipos de estudios, los geológicos y los geofísicos. La mayoría de los datos que se poseen en la actualidad sobre el interior de nuestro planeta son datos indirectos obtenidos por mediciones efectuadas desde la superficie terrestre y posteriormente interpretados.

Los estudios geológicos proporcionan muy pocos datos sobre la constitución de las capas profundas del planeta. Las observaciones geológicas directas únicamente alcanzan unos pocos miles de metros de profundidad en las minas y sondeos más profundos. Este tipo de observaciones muestran que las rocas, a dichas profundidades, son esencialmente del mismo tipo que las existentes en la superficie terrestre.

Dos muestras deformaciones

Un segundo tipo de datos geológicos, los indirectos, los suministran los estudios de los materiales más profundos llegados a la superficie terrestre a través de las erupciones volcánicas.

Propagación de las ondas transversales y longitudinales. La mayor parte de los datos que se poseen acerca de la composición y estructura del interior de la Tierra han sido facilitados por las mediciones geofísicas, se fundamentan siempre en la interpretación de mediciones efectuadas desde la superficie terrestre, interpretación que muchas veces es problemática y conduce a varias soluciones lógicas, a diversos modelos geológicos.

Los principales datos aportados por la geofísica al conocimiento del interior de la Tierra se basan en: estudios sismológicos, más concretamente el estudio de las trayectorias seguidas por las ondas sísmicas en el interior del planeta; estudios gravimétricos, que han permitido, mediante el conocimiento de las anomalías de la gravedad, conocer el equilibrio de los diversos bloques de la corteza terrestre y sus movimientos en sentido vertical; estudios geomagnéticos y paleomagnéticos, que mediante el estudio de la variabilidad del campo magnético terrestre han puesto de manifiesto la movilidad horizontal de los bloques de la corteza terrestre, permitiendo una reelaboración de la teoría de la deriva continental.

Un tercer grupo de datos, también indirectos, sobre el interior de la Tierra se obtiene del estudio de la composición y del origen de los meteoritos, fragmentos de cuerpos celestes de nuestro sistema solar, de estructura y composición semejante a la de la Tierra.

Datos sismológicos

Cada año se originan en las capas más superficiales de la corteza terrestre gran número de movimientos sísmicos o terremotos, la mayoría de los cuales pasan desapercibidos para el hombre y únicamente son detectados por aparatos especiales de registro, denominados sismógrafos. La mayoría de los terremotos se originan a menos de 100 km de profundidad.

A la izquierda, propagación de las ondas sísmicas a través de las diversas capas de la Tierra. A la derecha, propagación de las ondas sísmicas a partir del hipocentro.

El punto o foco en el que se origina un terremoto se denomina hipocentro, y a partir de él se generan las ondas sísmicas que se propagan en todas direcciones. Dichas ondas son esencialmente movimientos vibratorios que afectan a las partículas materiales. Se distinguen dos tipos principales de ondas sísmicas, las longitudinales y las transversales. Las primeras son las ondas en las que las partículas afectadas sufren oscilaciones adelante y atrás en la misma dirección en que se propaga el movimiento sísmico, es decir, son ondas originadas por compresión.

Propagación de las ondas sísmicas a través de la Tierra.

Las ondas transversales son aquellas en las que las partículas materiales afectadas vibran perpendicularmente a la dirección de propagación del movimiento sísmico.
Las ondas longitudinales se propagan a mayor velocidad que las transversales, debido a lo cual son las primeras en llegar a las estaciones registradoras, y se las denomina ondas primarias o simplemente ondas P. Las ondas transversales se denominan también secundarias u ondas 5, y se caracterizan porque no se propagan a través de medios líquidos. La velocidad de propagación de las ondas sísmicas en un medio material cualquiera depende de las características elásticas de éste y de su densidad. En general, dicha velocidad aumenta con la rigidez y con la densidad, debido a lo cual en el interior de la Tierra la velocidad de las ondas sísmicas aumenta con la profundidad.
Al propagarse en un medio heterogéneo, es decir, con cambios en la composición o estado físico de sus materiales constituyentes, las ondas sísmicas sufren reflexiones y refracciones (cambios en la dirección de propagación debidos a variaciones en su velocidad de transmisión) que indicarán los cambios en las propiedades del medio.
Tras numerosos años de experimentación, tanto en terremotos naturales como en los provocados por explosiones subterráneas, se conoce en la actualidad la velocidad de propagación de las ondas sísmicas en diversos medios rocosos.
Las ondas longitudinales, por ejemplo, se propagan a velocidades de 1,5 a 2,5 km/seg en sedimentos poco coherentes, a 3 a 3,5 km/seg en rocas sedimentarias consolidadas, a 6,2 a 6,7 km/seg en el granito, etc.
Debido a que las velocidades de propagación de las ondas sísmicas varían con la densidad de los materiales que atraviesan, los estudios sismológicos han permitido extraer conclusiones aproximadas sobre la densidad de los materiales del interior de la Tierra.

Esquema mostrando diversas hipótesis sobre la estructura interna de la Tierra.

El estudio de las trayectorias seguidas por las ondas sísmicas en el interior del Planeta ha permitido comprobar la no homogeneidad de éste. En efecto, a ciertas profundidades, las velocidades de propagación de las ondas sísmicas sufren cambios bruscos que revelan necesariamente cambios en el medio por el que se propaga, muy probablemente debidos a variaciones en la composición de los materiales.
Las superficies del interior de la Tierra donde se producen cambios bruscos en la velocidad de propagación de las ondas sísmicas reciben el nombre de discontinuidades sísmicas. En la actualidad se han detectado tres discontinuidades principales o de primer orden, una, situada a una profundidad de 35 a 40 km por debajo de los continentes y a unos 10 km por debajo de los océanos, denominada discontinuidad de Mohorovicic; otra situada a unos 2.900 km de profundidad, llamada discontinuidad de Gutenberg, y otra a unos 5.100 km, denominada discontinuidad de Wiechert. Estas tres discontinuidades marcan cambios importantes en la composición de los materiales del interior de la Tierra y son la base a partir de la cual se ha establecido la estructura del globo terrestre en capas concéntricas. Otras discontinuidades de menor importancia se localizan a unos 15 km por debajo de los continentes, la discontinuidad de Conrad, y a unos 700 km de profundidad, la discontinuidad de Repetti.

Teniendo en cuenta los datos facilitados por la sismología, la Tierra se puede considerar formada por capas concéntricas de diferente composición, separadas por superficies de discontinuidad igualmente concéntricas. La capa más superficial, limitada inferiormente por la discontinuidad de Mohorovicic, se denomina corteza terrestre. Entre esta discontinuidad y la de Gutenberg, a 2.900 km de profundidad, se extiende el manto, y por debajo de esta discontinuidad, y hasta el centro de la Tierra, se extiende el núcleo terrestre.

El estudio sismológico de la capa más interna de la Tierra, es decir, del núcleo, permite suponer que, al menos en su parte más externa, hasta los 5.100 km, se comporta como un líquido, ya que no transmite las ondas transversales u ondas S , al mismo tiempo que las longitudinales u ondas P sufren una gran refracción. Debido a este comportamiento del núcleo, para cualquier terremoto originado en un punto A de las zonas superficiales de la Tierra se produce una zona de sombra sísmica (de no recepción de las ondas sísmicas) a distancias de 105 a 140° del foco del seísmo.

Estructura interna de la Tierra

Desde que se iniciaron los estudios acerca del interior de la Tierra se han propuesto numerosos modelos para explicar la estructura interna de la misma.

Todos ellos se basan esencialmente en una estructura concéntrica constituida por tres capas principales, la corteza terrestre o capa más externa, el manto o capa intermedia y el núcleo interno. En todos los modelos propuestos el elemento común es el núcleo terrestre, que la mayor parte de los autores consideran constituido por una aleación de hierro y níquel. En cuanto a la constitución del manto y de la corteza terrestre hay notables diferencias entre los modelos que han sido propuestos por los diversos autores que han tratado el tema en muchas ocasiones.

La estructura interna de la Tierra.

En el esquema se exponen distintas interpretaciones de la estructura interna de la Tierra, las debidas a Goldschmidt (1922), Washington (1925), Buddington (1943) y Bullen (1953).

Núcleo terrestre

Es la capa más interna de la Tierra, extendiéndose desde la discontinuidad de Gutenberg, 2.900 km de profundidad, hasta el centro del globo terrestre. El núcleo representa aproximadamente el 14 % del volumen de la Tierra y el 31 a 32 % de su masa.

Los datos más recientes sobre el comportamiento sísmico del núcleo permiten suponer que está formado por dos partes claramente diferenciadas, el núcleo externo y el núcleo interno. El primero se extiende desde 2.900 km de profundidad (discontinuidad de Gutenberg) hasta 5.100 km (discontinuidad de Wiechert). Las características sísmicas del núcleo externo, especialmente la no transmisión de las ondas S a su través, hacen suponer que se comporta como un líquido (para numerosos autores sus materiales estarían en estado de fusión). El núcleo interno se extiende desde 5.100 km de profundidad hasta el centro de la Tierra.

Acerca de la composición de los materiales del núcleo terrestre se han elaborado numerosas hipótesis. En la actualidad, la mayoría de los geólogos y geofísicos consideran que el núcleo es esencialmente metálico, y que está constituido por hierro, con cantidades menores de níquel y mucho menores aún de silicio metálico, azufre y carbono, formando estos dos últimos sulfuros y carburos metálicos respectivamente. La hipótesis de una composición esencialmente férrica se basa en el hecho de que el hierro es uno de los elementos pesados de mayor abundancia en el sistema solar y su preponderancia en los meteoritos metálicos o sideritos.

El núcleo metálico sería el principal factor estructural del campo magnético terrestre, al imantarse por inducción debido a las corrientes eléctricas que circulan en el núcleo externo y en las capas profundas del manto.

Cañón de Bryce Utah (EE.UU.) con formas características de la erosión fluvial.

La densidad de los materiales del núcleo, teniendo en cuenta la hipotética composición expuesta y las velocidades de transmisión de las ondas sísmicas a través del mismo, oscilará entre 10, en sus zonas más externas, y 13,6 en sus zonas más internas.

Sobre las condiciones termodinámicas de los materiales del núcleo se tienen pocos datos, pero se admite que las presiones alcancen valores de varios centenares de miles de atmósferas y las temperaturas sean del orden de algunos miles de grados centígrados, como máximo 4.000 a 5.000°C.

Manto

Es una capa intermedia dispuesta inmediatamente encima del núcleo, que se extiende desde unos 2.900 km de profundidad (discontinuidad de Gutenberg) hasta la discontinuidad de Mohorovicic, que la separa de la corteza terrestre. Por consiguiente, su espesor será de poco menos de 2.900 km. El manto representa aproximadamente el 83 % del volumen del globo terrestre y el 65 % de su masa.

Profundo valle glaciar (Leigh Canyon, Wyoming, EE.UU.)

La existencia de una discontinuidad de segundo orden a 700 km de profundidad permite suponer que el manto presente dos zonas, el manto externo desde la discontinuidad de Mohorovicic hasta los 700 km de profundidad (discontinuidad de Repetti), y el manto interno, desde esta última discontinuidad hasta la de Gutenberg, a 2.900 km de profundidad.

Esquema mostrando las corrientes de convección del manto

La densidad de los materiales del manto oscilará entre 3,3 g/cm ³ en sus zonas más superficiales, hasta 5 a 6 g/cm ³ en sus partes más profundas.

El monte Everest, en el Nepal.

Sobre la composición de los materiales del manto se admite en general que está formado por rocas ultrabásicas que contienen grandes cantidades de olivino y piroxenos.

Manifestación del calor interno de la Tierra.

El manto, especialmente en sus zonas más superficiales, presenta desde el punto de vista geológico gran importancia, pues con toda seguridad la corteza terrestre se formó por diferenciación a partir de los materiales del manto superior. Por otra parte, numerosos e importantes fenómenos geológicos que afectan a la corteza terrestre, como la orogénesis, el vulcanismo, los fenómenos sísmicos, etc., tienen su origen en el manto superior.

Escorias volcánicas

La fuerza motriz que provoca los más importantes cambios en la corteza terrestre tiene su origen en el manto subcortical y se trata simplemente de las corrientes de convección existentes en el mismo. El primero en sostener la existencia de corrientes de convección en el manto fue Vening Meinesz, en 1948, quien suponía que en ciertas áreas locales o regionales del manto, y debido a las altas temperaturas existentes, las rocas se dilataban y ascendían hasta zonas subcorticales, extendiéndose lateralmente bajo la corteza terrestre, enfriándose y descendiendo. En esencia, el mecanismo sería el mismo que se puede observar en el líquido contenido en un vaso cuando es expuesto a un rápido calentamiento.

Recientemente, el descubrimiento de las dorsales submarinas y el estudio de sus características, parece probar la existencia de las corrientes de convección del manto. Dichas dorsales, caracterizadas por altos flujos de calor y por una gran inestabilidad sísmica, corresponderían a las crestas de las corrientes de convección, que, por otra parte, serían la fuerza motora que produce el desplazamiento de los continentes.

Corteza terrestre

Es la capa más superficial de las que forman la Tierra, constituyendo únicamente el 1 % de la masa de la misma. Pese a su escasa importancia cuantitativa, sobre la corteza terrestre versan el 99 % de los conocimientos directos existentes acerca del planeta.

Superposición de mantos de lava en la corteza terrestre. La corteza terrestre se originó probablemente en épocas avanzadas del período pregeológico de la Tierra, a partir de materiales del manto, de manera semejante a cómo se origina la escoria en una masa pétrea fundida.

Como ya se ha indicado, el límite inferior de la corteza terrestre lo constituye la discontinuidad de Mohorovicic. Su espesor no es uniforme, pues mientras bajo los continentes llega a los 3 5-40 km, debajo de los fondos oceánicos raramente supera los 10 km de espesor.

La corteza terrestre, especialmente en sus zonas continentales, es la parte más heterogénea de la Tierra, y está sometida a continuos cambios provocados por la acción de fuerzas antagónicas, las endógenas o constructoras del relieve (orogénesis, vulcanismo, etc.) y las exógenas o destructoras de los relieves (erosión).

Rocas basálticas en la costa del Senegal.
Los conocimientos actuales sobre la estructura de la corteza terrestre permiten distinguir las tres capas que se describen a continuación.

1. Capa sedimentaria superficial, discontinua, constituida por rocas sedimentarias, cuyo espesor puede llegar en ciertas zonas continentales a varios miles de metros, mientras que en los fondos oceánicos raramente supera los 500 a 1.000 m y en ciertas zonas de los mismos, falta por completo.
2. Capa granítica intermedia, también denominada corteza continental, constituida por rocas de composición semejante a la del granito. El espesor de esta capa es de 15 a 20 km bajo los continentes, faltando por completo en los fondos oceánicos. Antiguamente se la denominaba SIAL.
3. Capa basáltica inferior, también denominada corteza oceánica, constituida por materiales de composición muy semejante a la de los basaltos. En los fondos oceánicos la falta de la capa granítica intermedia determina que la corteza oceánica se encuentre directamente bajo la capa sedimentaria y en los puntos donde falta ésta aflora directamente debajo de las aguas. En la terminología antigua esta capa constituía el SIMA.

Expansión de los océanos y tectónica de placas

Los numerosos estudios geológicos y geofísicos que desde hace 15-20 años se están realizando sobre la constitución, origen y desarrollo de los océanos han empezado a suministrar datos importantes que permiten iniciar una interpretación global sobre las distintas partes de la corteza terrestre y de los principales procesos que en ella se desarrollan, como el origen de los continentes, la formación de las cordilleras de montaña, etcétera.

Distribución de los sedimentos en las proximidades de las dorsales oceánicas. En los últimos años numerosas expediciones oceanográficas interdisciplinarias, como las del Lamont Geological Observatory, llevada a cabo en el océano Atlántico, las del laboratorio de La Jolla. en California, en aguas del océano Pacífico, la campaña de estudio del Atlántico Norte bajo patrocinio francés y los proyectos actualmente en desarrollo, como el de estudio del océano Indico, están aportando numerosos datos para un mejor conocimiento de estos problemas, datos que se pueden agrupar en:

1. estudio de la estructura de las dorsales submarinas;
2. distribución y estudio de las edades de los sedimentos oceánicos, y
3. descubrimiento e interpretación de las anomalías magnéticas en relación con las dorsales oceánicas.

Con fundamento en estos nuevos datos se ha elaborado la hipótesis de la expansión de los océanos o de la expansión del fondo oceánico, formulada por Hess (1960) y ampliada por Vine y Mattews (1963), y se intenta esbozar un esquema de tectónica global basada en la teoría de la tectónica de placas.

Dorsales oceánicas

Las dorsales oceánicas son alineaciones de relieves submarinos desplegadas a modo de cordilleras sumergidas, de varios miles de kilómetros de longitud y con alturas de 1.500-2.500 m sobre las llanuras abisales oceánicas. La primera dorsal descubierta y estudiada fue el dorsal medio-atlántico, que se extiende desde Islandia hasta el sur del océano Atlántico, dividiendo a éste en dos mitades bastante simétricas. Dicha dorsal se continúa por el sur de África con la dorsal índica, la cual a su vez está estrechamente relacionada con el sistema de fosas tectónicas (rifts valleys) de África oriental. La dorsal del océano Índico continúa por el sur de Australia con la dorsal del océano Pacífico.

Las dorsales conocidas hasta la actualidad están, pues, relacionadas entre sí, presentan una longitud de más de 60.000 km y ocupan una superficie equivalente a la de los continentes.

El progresivo conocimiento de la estructura de las dorsales oceánicas está aportando datos importantes sobre la dinámica de la corteza terrestre. Las dorsales serían, de acuerdo con las más modernas teorías geológicas, elementos fundamentales de la corteza.

Un corte transversal de una dorsal típica muestra que está formada por dos alineaciones montañosas de varios centenares de kilómetros de anchura, separadas por una fosa tectónica, denominado rift mediooceánico, que ocupa el eje axial de la dorsal y que presenta una anchura de 20 a 50 km. Longitudinalmente, las dorsales están formadas por segmentos rectilíneos desplazados unos respecto a otros y separados por fallas, las llamadas fallas de transformación, de dirección perpendicular a la de la dorsal. El funcionamiento de dichas fallas, provocando el desplazamiento de los sectores o bloques que delimita, es la causa principal de los numerosos movimientos sísmicos cuyos focos se localizan en las dorsales.

Las dorsales oceánicas emergen en di versos puntos y dan lugar a archipiélagos e islas de naturaleza volcánica. Por ejemplo, la dorsal medio-atlántica es el soporte de diversos archipiélagos, como el de Islandia, el de las Azores, etc.

Emersión de la dorsal medio-atlántica en las Islas Azores.

Por el estudio de los materiales constituyentes de las islas relacionadas con las dorsales y de los obtenidos mediante sondeos se sabe que aquéllas están formadas por rocas basálticas alcalinas densas, productos de la consolidación de masas magmáticas provenientes de las zonas superficiales del manto.
Las dorsales oceánicas son zonas de gran inestabilidad sísmica y de notable actividad volcánica. En la dorsal medio-atlántica se localizan los hipocentros del 80 % de los terremotos que afectan al océano Atlántico.
Otra característica muy importante de las dorsales, y más concretamente de sus rifts centrales, es la de presentar valores del flujo térmico (cantidad de calor que fluye hacia la superficie terrestre proveniente de zonas profundas) muy superiores a los valores medios de otras zonas oceánicas. En ciertos puntos de la dorsal del Atlántico el elevado flujo térmico determina valores del gradiente geotérmico de 315 °C/km, es decir, que por cada kilómetro que se profundiza la temperatura aumenta 315°C. Teniendo en cuenta este valor del gradiente geotérmico, hay que admitir que el punto de fusión de las rocas se alcanzará a muy pocos kilómetros de profundidad.
No obstante la existencia de numerosas características comunes, las dorsales que se conocen actualmente presentan una diversidad bastante acusada, debida, según la mayoría de los geofísicos, más a una diferente edad y estado de evolución que a una distinta estructura y naturaleza original.

Mapa mostrando la distribución de las dorsales o zonas de expansión (<—>) y de las zonas de compresión o de subducción (—><—).

Esquemáticamente, se distinguen dos tipos principales de dorsales: las de tipo atlántico y las de tipo pacífico. Las primeras son estructuras relativamente jóvenes (unos 150 millones de años para la dorsal atlántica), ocupan posiciones centrales en los océanos, dividiéndolos en dos mitades casi simétricas, y presentan un trazado longitudinal paralelo, en líneas generales, a los bordes de los continentes. En las dorsales de tipo atlántico los sectores limitados por fallas de transformación están poco desplazados unos respecto a los otros. Las dorsales de tipo pacífico son mucho más antiguas que las de tipo atlántico, ocupan posiciones marginales en los océanos (es decir, cerca de líneas de costa) y están constituidas por segmentos longitudinales muy desplazados entre sí, debido a un período mucho más largo de actuación de las fallas de transformación. Las características de las dorsales de tipo pacífico indican probablemente un estado muy avanzado en su evolución.

Pese a que el conocimiento de las dorsales está en sus inicios se admite que son grandes fracturas de tensión a través de las cuales asciende y se derrama lateralmente material magmático proveniente del manto.

La emersión de la dorsal medio-atlántica formó el archipiélago de Islandia. Vista de la costa oeste.
Según numerosos geofísicos, las dorsales corresponderían a las “crestas” de las corrientes de convección del manto.

Distribución de los sedimentos en los fondos oceánicos

El estudio del espesor, de la distribución y de la edad de los sedimentos de los fondos oceánicos proporciona datos importantes que pueden ayudar a conocer el origen y la evolución de las grandes cuencas.
Una primera conclusión que se obtiene es que el espesor de los sedimentos oceánicos, en las zonas donde es mayor, raramente supera los 1.000 m, mientras que en las áreas continentales las series sedimentarias alcanzan en numerosos puntos varios miles de metros de espesor. El escaso espesor de los sedimentos oceánicos y su relativa poca edad (unos 150 millones de años para los sedimentos más antiguos del Atlántico) permite suponer que la mayoría de los océanos son unidades estructurales de la corteza terrestre de formación relativamente reciente en comparación con numerosas áreas continentales donde se han datado rocas de más de 3.000 millones de años de antigüedad.

Por otra parte, la distribución de los sedimentos oceánicos es muy peculiar. En las dorsales y en las zonas próximas a las mismas los sedimentos faltan por completo o se presentan en espesores muy pequeños, encontrándose directamente en los fondos la corteza oceánica constituida por rocas volcánicas y, probablemente, por materiales provenientes del manto superior. A medida que nos alejamos a ambos lados de las dorsales el espesor de los sedimentos aumenta progresivamente hasta alcanzar sus máximos valores en las zonas próximas a los continentes.

Efectos de la abrasión marina en el Cabo de Gato (Almería, España).

Esta característica distribución de los sedimentos oceánicos podría intentarse explicar considerando que las áreas continentales son las fuentes principales de materiales a partir de los cuales se forman gran parte de los sedimentos oceánicos. Esta explicación sería bastante satisfactoria si no interviniese el factor edad de los sedimentos, la cual es tanto más reciente cuanto más cerca están de las dorsales.

Una primera explicación global de la distribución de los sedimentos de los fondos oceánicos y de sus edades estriba en suponer que en épocas pasadas la sedimentación se producía únicamente en zonas próximas a los continentes, debido a que es muy probable que los océanos presentasen una menor extensión, y que dichas zonas se fuesen ensanchando con el tiempo a causa de la expansión del fondo a partir de sus dorsales.

Anomalías magnéticas en zonas próximas a las dorsales

El estudio de las características magnéticas y paleomagnéticas de las rocas de zonas próximas a las dorsales oceánicas (entre 400 y 700 km a ambos lados de los ejes de las mismas) ha permitido descubrir importantes anomalías magnéticas de difícil explicación, no obstante haberse recurrido a todos los medios de que dispone actualmente la oceanografía geofísica.

Estudiando el magnetismo remanente de las rocas según perfiles submarinos perpendiculares al eje de una dorsal, se detectan con facilidad anomalías magnéticas caracterizadas por presentar una alternancia en su signo. A un lado y a otro de la dorsal los perfiles magnéticos muestran la sucesión, alternada, de bandas rocosas con anomalías positivas y negativas. Dado que las bandas están formadas por rocas de igual o muy similar composición, las anomalías de distinto signo no pueden ser el resultado de la heterogeneidad de las rocas. La mayoría de los geofísicos admiten que la alternancia en el signo de las anomalías deriva de inversiones de la polaridad del campo magnético terrestre en los períodos en los que se formaban las rocas de las dorsales.

Las bandas rocosas con anomalías positivas se formarían en períodos durante los cuales la polaridad (situación de los polos) del ampo magnético terrestre era semejante a la actual, mientras que las bandas con anomalías negativas se originaron en períodos en los cuales la polaridad del campo magnético terrestre era inversa respecto a la polaridad actual.

Bandas de anomalías magnéticas a ambos lados de las dorsales medio-oceánicas. Las bandas de rocas en verde se originaron en períodos en los cuales la polaridad del campo magnético terrestre era la inversa de la actual.

Esta interpretación de las anomalías magnéticas en relación con las dorsales oceánicas se ha visto confirmada por los estudios paleomagnéticos en otras zonas de la corteza terrestre, donde se ha podido comprobar que a lo largo de los tiempos geológicos se han producido frecuentes inversiones de la polaridad del campo magnético del planeta.

Expansión de los fondos oceánicos

En un intento de obtener una explicación correcta de los datos facilitados por la oceanografía sobre la constitución de los océanos (existencia de las dorsales, distribución de los sedimentos, anomalías magnéticas en las dorsales, etc.), Hess propuso en 1960 la teoría de la expansión de los fondos oceánicos, que posteriormente ha sido ampliada por numerosos geofísicos.

Corte geológico mostrando la dorsal atlántica y la zona de subducción del Pacífico a lo largo de la costa americana.

Según dicha teoría, las dorsales oceánicas son zonas de ascenso de materiales del manto (lo que explica su elevado flujo de calor) que se derraman a ambos lados de las mismas y dan lugar a la corteza oceánica. Debido a este proceso los océanos se irían ensanchando y los continentes se separarían paulatinamente a ambos lados de las dorsales.

La teoría de la expansión de los fondos de los océanos explica los datos aportados por la geofísica y la geología, como por ejemplo la escasez y la poca edad de los sedimentos en las proximidades de las dorsales, debido a que éstas son zonas de reciente formación y aún no se han podido depositar en ellas importantes espesores de sedimentos. También explica la distribución simétrica de las bandas de anomalías magnéticas a ambos lados de una dorsal; cada banda de rocas presenta una anomalía cuyo signo dependerá de la polaridad del campo magnético terrestre en el momento de formación de la banda rocosa. Lógicamente, las bandas con anomalías magnéticas serán simétricas pues las rocas se forman al mismo tiempo a ambos lados de la dorsal.

La expansión de los océanos sería la fuerza motriz que provoca los desplazamientos (deriva) que han experimentado los continentes en los tiempos geológicos.

Según ciertos geofísicos, algunos sectores continentales caracterizados por presentar grandes fosas tectónicas, como el sistema de rifts valleys de África oriental, son potenciales zonas de expansión de la corteza terrestre que podría llegar a constituir las dorsales de futuras cuencas oceánicas.

Zonas de subducción

Si se admite que la expansión de los océanos o de formación de la corteza oceánica se ha producido con mayor o menor continuidad a través de la historia geológica de la Tierra, hay que admitir también un cierto mecanismo de destrucción de dicha corteza, pues la mayor parte de los geólogos admiten que la relación entre la superficie ocupada por los océanos y los continentes ha variado poco a través de los períodos geológicos. Ese mecanismo de destrucción de la corteza oceánica se produciría en el borde de ciertos continentes, por choque de ésta con la corteza continental y reintegración de los materiales de la corteza oceánica en el manto. Los lugares donde se produce la destrucción o reabsorción de la corteza oceánica se denominan zonas de subducción.

Esquema mostrando fragmentos de una dorsal oceánica a partir de la cual se genera la corteza terrestre y de una zona de subducción.

Esas zonas constan en esencia de una fosa oceánica estrecha y alargada, paralela a un arco insular o al borde de un continente, generalmente constituido por cordilleras de reciente plegamiento.

Arriba, izquierda, esquema detallado de una zona de subducción Abajo, vista de un fondo marino, colonizado por organismos, cercano a la costa.

Las zonas de subducción son regiones de máxima actividad sísmica de la corteza terrestre, localizándose en ella todos los seísmos de foco profundo, profundidad que puede llegar a 700 km. Los hipocentros o focos de dichos seísmos se localizan en zonas inclinadas hacia el continente, denominadas zonas de Benioff, y el origen de los mismos parecen ser las grandes fricciones que son producidas por el choque entre la corteza oceánica y la continental. Estas fricciones serían igualmente la causa del intenso volcanismo que se observa en las zonas de subducción. Las fosas que constituyen parte importante de las zonas de subducción son sede de una intensa sedimentación (geosinclinales) y de plegamiento de los materiales depositados en ellas.

En la actualidad se conocen varias zonas de subducción, como la que se halla situada en el borde oeste del océano Pacífico, que engloba los arcos insulares, desde las Kuriles a Nueva Zelanda, y también la que comprende el borde este del mismo océano a lo largo de América del Sur.

Tectónica global de la corteza terrestre: tectónica de placas

Haciendo un breve resumen de lo expuesto anteriormente, podemos afirmar que en la superficie de la corteza terrestre existen unas zonas de expansión, las dorsales oceánicas, en las que se genera la corteza oceánica a partir de los materiales del manto, y unas zonas de compresión o subducción, en donde se reabsorbe dicha corteza y se generan las principales fuerzas orogénicas.

El hielo en su acción erosiva.

Estudiando la distribución de las dorsales y de las zonas de subducción se comprueba que la litosfera está formada por una serie de fragmentos o placas de unos 70 a 100 km de espesor, limitadas por dorsales y por zonas de subducción. Dichas placas son: placa norteamericana, que comprende América del Norte y la mitad occidental del océano Atlántico norte hasta la dorsal media de este mismo océano; placa sudamericana, que comprende América del Sur y la mitad occidental del Atlántico sur hasta su dorsal media.

Diversos esquemas de una zona de subducción en la que la corteza oceánica se reintegra al manto.

Esta placa presenta un movimiento relativo hacia occidente y en su borde occidental está limitada por una zona de compresión que ha originado la cordillera de los Andes; placa pacífica, exclusivamente oceánica, comprendiendo la mayor parte del océano Pacífico (todo su borde occidental corresponde a una zona de fuerte compresión); placa eurasiática, que comprende la mayor parte de Europa y Asia y la mitad oriental del Atlántico norte hasta su dorsal media (la compresión ejercida sobre ella por las placas africana, indoaustraliana y pacífica dieron lugar a las cadenas montañosas del sistema alpino-himalayo); placa africana, que comprende el continente africano, la mitad oriental del Atlántico sur y la mitad occidental del océano Indico (en su sector oriental presentan una zona de distensión o expansión constituida por el sistema de fosas tectónicas que se extiende desde el mar Rojo hasta el lago Nyasa); placa indoaustraliana, que comprende el subcontinente de la India, Australia, gran parte del océano Indico y parte del océano Pacífico sudoccidental (queda separada de la placa pacífica por la zona de compresión de Nueva Zelanda), y placa antártica, que comprende el continente Antártico, limitado por las placas sudamericana, africana, índica y pacífica.

Las placas que constituyen la litosfera se mueven unas respecto a las otras, alejándose o acercándose entre sí. El principal problema de la teoría de la tectónica de placas consiste en determinar cuál es la fuerza motriz capaz de movilizar y desplazar dichas placas.

Recuperación de un tubo de sondeo en un buque oceanográfico.

La hipótesis más aceptada para explicar tales fuerzas es la de las corrientes de convección del manto. En efecto, se supone que debido a las altas temperaturas reinantes en el manto se producirán en su interior movimientos de convección consistentes en grandes desplazamientos verticales de materiales a alta temperatura (posiblemente en estado de fusión), que en zonas superficiales de la litosfera se enfrían, se derraman lateralmente y descienden reintegrándose a zonas profundas del manto.

Acción de las aguas superficiales en un relieve arcilloso.
Las dorsales oceánicas corresponderían a zonas de ascenso (crestas) de las corrientes de convección, mientras que las zonas de subducción corresponderían probablemente a zonas de descenso de los materiales enfriados.

Mapa mostrando la disposición actual de las placas más externas de la Tierra.

La actual disposición de las placas de la litosfera sería el resultado de una compleja evolución. Según Dietz y Holmes (1970), durante la era primaria o paleozoica existía una única área continental, el pangea, que se fue fragmentando por la aparición de grietas de expansión (embriones de dorsales oceánicas).

Fragmentación del primitivo y único continente terrestre a través de los tiempos geológicos.

Primero se originaron dos grandes conjuntos continentales, uno meridional, el continente de Gondwana, y otro septentrional, el continente Laurasiático, entre los cuales se extendía una amplia franja frecuentemente ocupada por el mar y denominada Mesogea.

Durante la era secundaria el continente de Gondwana se fragmentó por formación de grietas de expansión, como por ejemplo la que originó la dorsal atlántica y posteriormente el océano del mismo nombre, y la que dio lugar a la dorsal del Indico. En el continente septentrional la aparición del Atlántico provocó la separación de América del Norte de Eurasia. En la figura se muestran diversos esquemas en los que se representa la fragmentación del primitivo continente de Pangea, indicándose las principales líneas de expansión y los movimientos relativos de unas placas con respecto a otras.

Las teorías de la expansión de los fondos de los océanos y de la tectónica de placas hacen pensar en la antigua teoría de la deriva continental elaborada por el geofísico Wegener entre 1912 y 1915.

En efecto, Wegener sostenía que los continentes actuales provenían de la fragmentación de una única masa continental y que a partir de su separación iniciaron un movimiento de deriva o de desplazamiento relativo entre ellos. Wegener elaboró su teoría basándose en las semejanzas de las líneas de costa de ciertos océanos, especialmente las del Atlántico, y en las semejanzas entre las faunas y floras fósiles de ciertos continentes. En efecto, al estudiar las faunas y flores de la era primaria de los continentes meridionales (América del Sur, África, India y Australia) se comprueban grandes semejanzas entre ellas, que únicamente pueden ser explicadas suponiendo que dichos continentes han presentado amplias relaciones entre ellos, es decir, que han constituido una masa única

Mapas paleogeográficos que explican la teoría de la deriva continental según Wegener.
Por otra parte, América del Norte y Eurasia muestran también analogías entre sus faunas y floras fósiles, lo que indicaría que se originaron a partir de una sola masa continental.

Acumulación de cenizas volcánicas en Tenerife (Canarias, España).

Sin embargo, si se comparan las faunas y flores fósiles de los continentes septentrionales con los continentes meridionales se comprueba que existen muy pocas semejanzas entre ellas. En la figura se representan los esquemas elaborados por Wegener para explicar su teoría de la deriva de los continentes.

Si el trabajo expuesto le sirvió a una sóla persona, bien hecho está el esfuerzo de ponerlo.

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