La tectónica de placas

La Tectónica de Placas: (1) el origen. Hace 4.400 Ma un cuerpo del tamaño de Marte se estrelló contra la Tierra, creando un anillo de escombros que se unió formando la Luna. La colisión habría derretido el manto y creado un océano de magma que se enfrió, solidificó y generó la primera corteza terrestre. Se tardó 600 Ma en reciclar el material (hoy la tectónica de placas lo recicla en 100-200 Ma). La Tierra estaba en un modo de tectónica de placas lento o estancado, como Venus. La lentitud se debía a un manto más caliente, lo que hace que la subducción de la corteza sea más lenta. Algunos sugieren que la tectónica de placas es un ingrediente de la vida, porque ayuda a regular el sistema climático mediante el reciclaje de carbono en el manto. Dicen que sin tectónica no habría vida. <<< >>> Al inicio de la Tierra los metales pesados (hierro y níquel) cayeron al centro de la Tierra para formar un núcleo. El núcleo aspiró otros elementos metálicos (platino, iridio y oro) y cuando terminó de formarse (30 Ma después), había secuestrado más del 98% de estos elementos. Las capas externas del planeta (manto y corteza), apenas tenían platino y oro. Los elementos siderófilos (se combinan muy fácilmente con el hierro) tienden a formar aleaciones densas con hierro y no se unen con los compuestos a base de oxígeno y silicio. Por ejemplo, el tungsteno (W) parece ser un elemento siderófilo clave en la historia geológica. El análisis de estos elementos dentro de cada roca permite reconstruir parte de esa historia. En Groenlandia un pedazo de corteza no fue modificado por la tectónica de placas desde hace 3.300-3.800 Ma. Estas rocas contienen una variedad de isótopo de tungsteno (W-182) que se forma a partir de la desintegración radiactiva del hafnio-182, que existió los primeros 50 Ma de la Tierra. Los meteoritos podrían haber entregado 0,5-1% de la masa total del planeta y contienen cantidades importantes de elementos siderófilos. Estos elementos permanecieron salpicados en las capas superiores sin ser aspirados en sus profundidades del planeta. <<< >>> Cuando el planeta se enfrió, se generaron la corteza continental y la oceánica. Había continentes y océanos, pero no había placas. Las placas y la dinámica (la tectónica) aparecieron en una forma desconocida por el momento. Tampoco está claro si ese proceso siempre ha sido el mismo y si los continentes duran para siempre o se reciclan. Se estimó que la tectónica ya estaba activa hace 3.000 Ma. La corteza continental antigua era rica en hierro y magnesio, y fue reemplazada hace 2.000-3.000 Ma por la actual corteza rica en silicio. Antes del reemplazo los continentes se reciclaban, pero luego los continentes se fragmentan, pero se conservan durante la colisión continente-continente. El reemplazo de una corteza por otra fue crucial para que los continentes pudieran elevarse por encima de la corteza oceánica. Estos cambios podrían haber contribuido al “Gran Evento de Oxigenación” de hace 2.400 Ma y al origen de la vida basada en oxígeno. <<< >>> Las rocas originales eran de 2 tipos: las rocas máficas (rocas oscuras de alta densidad, como el basalto) y las rocas félsicas (rocas claras de baja densidad y ricas en silicio, como el granito). Las máficas son mayoría en la corteza oceánica y las félsicas en la corteza continental. Las rocas félsicas solo se forman en presencia de agua y calor, y hoy día ocurre en las zonas de subducción porque transportan agua hacia el manto que es la región de fusión. Si se encuentran rocas félsicas es un signo de zonas de subducción. Estas rocas estaban presentes en las lutitas que se formaron por erosión y transporte hace 3.500 Ma. Transportan diferentes mezclas de isótopos de titanio en las lutitas y el análisis dice que hace 3.500 Ma entre el 55 y 60% de la corteza continental estaba hecha de rocas félsicas. Significa que las zonas de subducción y la tectónica de placas ya estaban activas. Otros análisis dicen que hace 3.000 Ma no había rocas félsicas. Una cuestión es que la tectónica podría haber comenzado más de una vez. De esta forma desde 4.500 a 3.000 Ma la subducción pudo ser intermitente e impulsada por impactos, lo que produjo las rocas félsicas puntuales. Más tarde el interior del planeta se enfrió lo suficiente como para que la tectónica de placas global comenzara a rodar sin límite. <<< >>> Algunas rocas expuestas a temperatura y lluvias absorben CO2 (meteorización de silicatos). Son el basalto y las rocas ultramáficas, que se encuentran dentro de las placas oceánicas. Si son expuestas a la atmósfera en una región tropical (choque de placas como India y Asia hace 80 y 50 Ma), pueden actuar como sumideros de carbono. En la zona ecuatorial los vientos alisios se unen para generar una región de temperaturas y lluvias intensas (monzones). Un proceso a pequeña escala cerca de la isla de Java ocurre en la placa australiana norte que acumula material basáltico en Java. Este proceso a gran escala absorbe CO2 y genera una edad de hielo. Es una fuerza de recuperación del ciclo del carbono. En escalas de tiempo geológicas la tectónica de controlar el clima. <<< >>> Hace 3.000 Ma el manto era 200 °C más caliente que hoy, lo que generaría un material más uniforme y menos denso. En cambio, la corteza estaba compuesta de material mucho más denso, enriquecido en hierro y magnesio. Esta combinación logró que las placas de subducción se hundieran hasta el fondo del manto (2.800 km), formando un “cementerio” de losas sobre el núcleo de la Tierra. esto parece sugerir que hubo un gran cambio en la historia de la Tierra en términos de cómo la convección del manto y los procesos de tectónica de placas habrían sucedido. <<< >>> En 1964 un terremoto de 9,2 sacudió Alaska. Levantó el terreno hasta 12 m de altura y fue un importante aporte a la teoría de tectónica de placas. A partir de este evento se pudo descartar que el origen era una falla superficial en la corteza continental, sino que era en una zona de subducción entre placas. <<< >>>
La Tectónica de Placas: (2) los ecosistemas. El ciclo del agua depende de la Tectónica de Placas. Este movimiento de capas es único entre los planetas rocosos del sistema solar y quizás sea muy raro en el universo. Existe alguna evidencia que la tectónica de placas trató de ponerse en marcha en Marte, pero no duró mucho tiempo. En la Tierra, el ciclo del agua la lleva a hundirse con las placas y volver a surgir con los volcanes. Este ciclo constante del agua, y la coexistencia improbable de superficies húmedas y secas resulta crucial para la vida. La tectónica de placas ha permitido también la regulación de la sal en los océanos. Las sales se lavan desde rocas erosionadas, pero en ocasiones son extraídas del mar. Por ejemplo, hace 6 Ma el Estrecho de Gibraltar fue bloqueado tectónicamente. Aislado, el Mar Mediterráneo se evaporó por más de 1 Ma y estableció un estrato de 3 km de espesor de sal sólida y bicarbonato como un desierto tóxico. El 5% de la sal oceánica global había desaparecido. Así, los océanos regularon la salinidad en lugar de evolucionar a un estado más salado gracias al aporte continuo de rocas. Otro caso fue el advenimiento de la fotosíntesis que propagó el oxígeno en los océanos eliminado por oxidación todo el hierro disuelto. <<< >>> La Tectónica de Placas, al producir la ruptura de los supercontinentes (p.e., Pangea) genera nichos ecológicos y promueve climas y ambientes propicios para la biodiversidad. Un estudio determinó que las especies marinas tienden a ser más numerosos cuando los continentes se dividen. Se analizaron especies marinas en rocas sedimentarias y se correlacionó el grado de fragmentación continental con la biodiversidad. Durante y después de la fragmentación aumentó la diversidad marina. La teoría ecológica convencional dice que una población aislada se desviará de la población original. Además, la disposición de los continentes determina las corrientes oceánicas y la circulación atmosférica. La gran diversidad marina ocurre en los bordes continentales y en los mares poco profundos. La fragmentación genera poblaciones más aisladas, con diferentes regímenes climáticos porque el océano está más cerca (un efecto de borde producido por la vecindad a las costas). <<< >>> Hace 80 Ma las colisiones tectónicas en el ecuador, debido a la deriva al norte de Gondwana, liberaron rocas que se sometieron a la erosión. Las reacciones químicas absorbieron CO2, enfriando la atmósfera y llevando a una glaciación. Las rocas antiguas en el Himalaya hablan de la siguiente cadena de eventos. Hace 90 Ma el borde noreste de la placa africana chocó con una placa oceánica creando una cadena de volcanes. Hace 80 Ma el avance al norte empujó la placa hacia arriba dejando al descubierto la roca del océano. Los volcanes se extinguieron. Hace 50 Ma, la India se fusionó con Eurasia en una segunda colisión. Estos choques sobre el ecuador se produjeron en una zona de vientos alisios con lluvias intensas. Ciertos tipos de roca expuestas a temperaturas y lluvia producen reacciones químicas que absorben CO2 (meteorización de silicato). Estas rocas incluyen el basalto y rocas ultramáficas, que se encuentran dentro de las placas oceánicas. Son un sumidero de carbono. El CO2 bajó en consonancia con las 2 colisiones. Un proceso similar una escala pequeña ocurre hoy cerca de la isla de Java por efecto de la placa australiana norte. <<< >>>
La Tectónica de Placas: (3) el vulcanismo. La Tierra tiene 1.500 volcanes activos. Son aquellos que al menos han tenido una erupción en los últimos 10.000 años. Se pueden clasificar en dos tipos: los efusivos (producen flujos de lava y gas) y los explosivos (producen cenizas y gas). La diferencia en la actividad es controlada por la viscosidad del magma: cuanto más viscoso, más difícil es conseguir gas y más probable es una explosión. La viscosidad depende de la concentración de sílice. La erupción del Krakatoa (Java), fue una de los más violentas registradas y envió un masivo penacho de cenizas a la estratosfera, convirtiendo los atardeceres al rojo. Los gases emitidos también hicieron que el planeta se enfríe más de 1 °C y perturbó el clima por años. En cambio, la erupción del Monte Pinatubo (Filipinas-1991) enfrió el planeta en 0,5 °C. Por ejemplo, se estimó que las erupciones del Monte St. Helens (1980) y Pinatubo (1991) emitieron CO2 en una escala similar a la producción humana durante nueve horas. El 1815, la erupción del Monte Tambora produjo suficiente ceniza y aerosoles como para cancelar el verano en Europa y América del Norte de 1816. <<< >>> Hace 251,9 Ma un gran pulso de magma se elevó en Siberia. Parte del magma se detuvo antes de erupcionar y se extendió por debajo de la corteza superficial creando una vasta red de rocas. Este magma subsuperficial cristalizó en alféizares, en tanto calentó los sedimentos y liberó CO2. Mientras la duración total del magmatismo es de 1 Ma, las extinciones ocurren en 10.000 años. El período magmático comenzó 300.000 años antes del inicio de la extinción del Pérmico y desapareció 500.000 años después. Los alféizares más antiguos coinciden con el comienzo de la extinción masiva. El proceso fue en etapas: hace 252,2 Ma comenzaron las erupciones de lava; hasta 251,9 Ma la lava se solidifica y acumula en una densa capa rocosa. Esta capa de lava se convierte en una barrera estructural, el calor aumenta y se libera carbono acumulado a la atmósfera. Hace 251,5 Ma la liberación de gases se ralentiza, <<< >>> En el Valle del Rift (África) unos pulsos de erupciones volcánicas explosivas ocurrieron entre 320.000 y 170.000 años atrás. Fue el resultado del magma silícico acumulado debajo de la superficie, llenando cámaras poco profundas debajo del volcán. A medida que el volcán entra en erupción, estas cámaras se vacían y el volcán se derrumba sobre sí mismo, empujando más magma a través de fallas preexistentes hacia la superficie de la Tierra. Esto crea una gran cuenca o caldera. El estudio de argón de las erupciones indica que los primeros Homo sapiens no solo tuvieron que tratar con un clima cambiante, sino también con erupciones explosivas. El piso del Valle se habría cubierto de cenizas, bloqueando el acceso al agua y vegetación. Después de las devastadoras erupciones, el ecosistema se habría adaptado. <<< >>> La erupción volcánica de Toba (Indonesia) de hace 75.000 años fue equivalente a un “invierno nuclear”. La población humana parece haber pasado por un cuello de botella con unas 500 hembras reproductoras con una población mundial de 4.000 individuos. <<< >>> El vulcanismo contribuye al cambio climático por enfriamiento. La cuantificación es difícil por las inconsistencias de los datos históricos en núcleos de hielo y anillos de los árboles. La inyección inicial de dióxido de azufre como partículas (aerosoles) en presencia de agua, pueden reflejar la luz solar y enfriar el planeta a corto plazo. Pero, el CO2 liberado por los volcanes podría calentar el planeta a largo plazo. Un estudio de 300 erupciones volcánicas desde hace 2.500 años demostró que produjeron variabilidad climática por el aporte de partículas de sulfato en la atmósfera superior. Se encontró que 15 de los 16 veranos más fríos (entre 500 y 1000 dC) ocurrieron luego de grandes erupciones volcánicas. Se usaron más de 20 núcleos de hielo (Groenlandia y Antártida) con una historia anual. El marcador temporal usado son eventos de rayos cósmicos identificado antes en la cronología de anillos de los árboles (dendrocronología). El enfriamiento de origen volcánico provocó pérdidas de cosechas y hambrunas y puede haber contribuido a pandemias y el deterioro social en las comunidades agrícolas. Los registros escritos de comparación incluyen la luz solar disminuida, decoloración del disco solar, la presencia de las coronas solar, y los cielos crepusculares rojos. <<< >>> Las simulaciones sugieren que la magnitud y la frecuencia de los terremotos en las regiones montañosas están directamente relacionadas con la velocidad a la que colisionan las placas tectónicas. Esto se debe a que cuanto más rápido colisionan, más frías son las temperaturas y más grandes son las áreas que generan terremotos. Esto aumenta la cantidad relativa de grandes terremotos. Por ejemplo, las colisiones de placas en los Alpes son más dúctiles que las del Himalaya, lo que reduce el riesgo de los terremotos. < << >>>
La Tectónica de Placas: (4) Sudamérica. La precordillera de Argentina permite comparar el tiempo que transcurre entre el levantamiento tectónico y las tasas máximas de erosión en millones de años. Un estudio indica que el máximo de la exhumación de rocas fue entre 12 y 9 Ma, mientras que la respuesta máxima de erosión se detectó hace 7 Ma. Los afloramientos de arenisca fueron reconstruidos a 30 °S (centro de La Rioja) durante los últimos 8 Ma. Se usó un isótopo de berilio (Be-10) y de aluminio (Al-26), que se produce por radiación cósmica a una tasa de unos pocos átomos por gramo de material al año. Dichos nucleídos cosmogénicas se forman en los primeros metros de la superficie de la Tierra. Se acumulan con el tiempo una vez que las rocas están expuestas a la superficie. Medir la cantidad de isótopos en los sedimentos o el suelo indica la velocidad de erosión de la superficie del material. Por ejemplo, altas cantidades de Be-10 indican una erosión lenta como en los cratones antiguos, y bajas cantidades indica erosión rápida como montañas escarpadas. Se nota un retraso de 2 Ma en la erosión como respuesta a la tectónica, que corresponde al tiempo necesario para activar la erosión fluvial en condiciones semiáridas (pocas precipitaciones implican baja erosión). <<< >>> En las Sierras de Córdoba conviven una vasta variedad de rocas metamórficas, entre ellas los mármoles. El mármol deriva de una roca sedimentaria caliza, que se forma en mares poco profundos y climas tropicales a subtropicales. Los antiguos mares someros fueron eliminados al generarse montañas y los sedimentos se transformaron en mármol. La roca caliza marina proviene de la acumulación de caparazones que llevan una señal química. En Córdoba corresponde a 580-560 Ma; y 40 Ma después, el mar desapareció. La roca sedimentaria se volvió metamórfica a una profundidad entre 17 y 19 km con una temperatura entre 600 y 700 °C. Las rocas enterradas a 2 km debajo de la Pampa Húmeda de Córdoba tienen 2.200 Ma y junto con las de Sierra de Tandilia pertenecen al Cratón del Río de la Plata. <<< >>> El origen de los Andes. La zona de subducción (7.000 km) y los primeros signos del acortamiento de la corteza y la formación de la montaña comenzaron entre 120 y 80 Ma. Antes de este tiempo, había estrechos mares alargados en el extremo occidental de Sudamérica. La zona de subducción fue profunda de forma de inducir un flujo en el manto profundo hasta 2.900 km. Estos flujos arrastraron a Sudamérica hacia el oeste, causando la zona de subducción y formando los Andes. Como la zona de subducción es muy amplia, tiene mucha resistencia para migrar lateralmente. Esto resulta en montañas más altas de los Andes Centrales y la formación del Altiplano (4 km sobre el nivel del mar) con montañas mucho más bajas en el norte y sur. <<< >>> El Altiplano-Puna es una región alta y seca en los Andes centrales. Son vastas llanuras con volcanes. La elevación se debe al engrosamiento de la corteza por la inyección de magma desde abajo. Otra fuerza de levantamiento es la subducción de la placa de Nazca que se sumerge por debajo de Sudamérica. Esto alimenta la fuente del magma y la actividad volcánica. El agua liberada de la losa de subducción cambia la temperatura de fusión de la cuña en el manto, haciendo que se derrita y se elevan. Hay una enorme zona de material fundido de 11 km de espesor y 200 km de diámetro. El Complejo Altiplano-Puna fue uno de los lugares con mayor actividad volcánica desde hace 10 Ma. El volcán Uturuncu (Bolivia) está en el centro de la cúpula y la elevación es de 1 cm/año. <<< >>> El Amazonas es un río que comenzó a fluir hace 9 Ma. Una teoría postula que las aguas marinas inundaron la Amazonia occidental entre 23 y 5 Ma (Mioceno). Una lengua de agua salada entraba en el continente, era de baja profundidad y con un ecosistema marino-salobre. Los macrofósiles encontrados en Colombia incluyen un diente de tiburón y un camarón mantis (organismo marino que penetra en el fondo arenoso y fangoso de los mares tropicales). La selva amazónica es un sistema muy dinámico y no tan antiguo. <<< >>>

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