Desarrollo de la Teoría
La deriva continental fue debatida acaloradamente de manera intermitente durante décadas después de la muerte de Wegener antes de que fuera en gran medida desestimada como excéntrica, absurda e improbable. Sin embargo, a partir de la década de 1950, surgieron numerosas pruebas nuevas para revivir el debate sobre las ideas provocativas de Wegener y sus implicaciones. En particular, cuatro desarrollos científicos importantes impulsaron la formulación de la teoría de la tectónica de placas: (1) la demostración de la robustez y juventud del fondo marino; (2) la confirmación de inversiones repetidas del campo magnético terrestre en el pasado geológico; (3) la emergencia de la hipótesis de la expansión del fondo marino y el reciclaje asociado de la corteza oceánica; y (4) la documentación precisa de que la actividad sísmica y volcánica mundial se concentra a lo largo de las fosas oceánicas y cordilleras submarinas.
Mapeo del fondo oceánico
Aproximadamente dos tercios de la superficie terrestre están bajo los océanos. Antes del siglo XIX, las profundidades del océano abierto eran en su mayoría una cuestión de especulación, y la mayoría de la gente pensaba que el fondo marino era relativamente plano y sin rasgos distintivos. Sin embargo, ya en el siglo XVI, algunos navegantes intrépidos, tomando sondajes con líneas manuales, descubrieron que el océano abierto puede diferir considerablemente en profundidad, mostrando que el fondo marino no era tan plano como se creía generalmente. La exploración oceánica durante los siglos siguientes mejoró drásticamente nuestro conocimiento del fondo marino. Ahora sabemos que la mayoría de los procesos geológicos que ocurren en tierra están vinculados, directa o indirectamente, a la dinámica del fondo marino.
Las mediciones “modernas” de las profundidades oceánicas aumentaron considerablemente en el siglo XIX, cuando se realizaron mediciones rutinarias de sonda de línea en el Atlántico y el Caribe. En 1855, un gráfico batimétrico publicado por el teniente de la Marina de los EE. UU. Matthew Maury reveló las primeras pruebas de montañas submarinas en el Atlántico central (a las que llamó “Middle Ground”). Esto fue confirmado más tarde por los barcos de reconocimiento que tendían el cable telegráfico transatlántico. Nuestra imagen del fondo marino se afiló considerablemente después de la Primera Guerra Mundial (1914-1918), cuando los dispositivos de eco-sondeo, sistemas de sonar primitivos, comenzaron a medir la profundidad del océano registrando el tiempo que tardaba una señal de sonido (comúnmente un “ping” generado eléctricamente) desde el barco en rebotar en el fondo del océano y regresar. Los gráficos de tiempo de las señales devueltas revelaron que el fondo marino era mucho más rugoso de lo que se pensaba anteriormente. Tales mediciones de eco-sondeo demostraron claramente la continuidad y rugosidad de la cadena montañosa submarina en el Atlántico central (luego llamada Dorsal Mesoatlántica) sugerida por las mediciones batimétricas anteriores.
En 1947, sismólogos a bordo del buque de investigación estadounidense Atlantis descubrieron que la capa de sedimentos en el fondo del Atlántico era mucho más delgada de lo que se pensaba originalmente. Los científicos habían creído previamente que los océanos habían existido durante al menos 4 mil millones de años, por lo que la capa de sedimentos debería haber sido muy gruesa. Entonces, ¿por qué había tan poca acumulación de rocas sedimentarias y escombros en el fondo del océano? La respuesta a esta pregunta, que llegó después de una exploración adicional, resultaría ser vital para avanzar en el concepto de la tectónica de placas.
En la década de 1950, la exploración oceánica se expandió enormemente. Los datos recopilados por estudios oceanográficos realizados por muchas naciones llevaron al descubrimiento de que una gran cordillera montañosa en el fondo del océano prácticamente rodeaba la Tierra. Llamada la dorsal mesoatlántica, esta inmensa cadena montañosa submarina, de más de 50,000 kilómetros (km) de longitud y, en algunos lugares, más de 800 km de ancho, zigzaguea entre los continentes, serpentean su camino alrededor del globo como la costura en una pelota de béisbol. Elevándose en promedio unos 4,500 metros (m) sobre el lecho marino, la dorsal mesoatlántica supera a todas las montañas en los Estados Unidos excepto la montaña Denali en Alaska (6,194 m). Aunque oculta bajo la superficie del océano, el sistema de dorsales mesoatlánticas globales es la característica topográfica más prominente en la superficie de nuestro planeta.
Rayas magnéticas e inversiones polares
A partir de la década de 1950, los científicos, utilizando instrumentos magnéticos (magnetómetros) adaptados de dispositivos aéreos desarrollados durante la Segunda Guerra Mundial para detectar submarinos, comenzaron a reconocer variaciones magnéticas extrañas en el fondo del océano. Este hallazgo, aunque inesperado, no fue del todo sorprendente porque se sabía que el basalto, la roca volcánica rica en hierro que forma el fondo del océano, contiene un mineral fuertemente magnético (magnetita) y puede distorsionar localmente las lecturas de la brújula. Esta distorsión fue reconocida por los marineros islandeses ya a finales del siglo XVIII. Más importante aún, porque la presencia de magnetita le da al basalto propiedades magnéticas mensurables, estas variaciones magnéticas recién descubiertas proporcionaron otro medio para estudiar el fondo oceánico profundo.
A principios del siglo XX, los paleomagnetistas (aquellos que estudian el campo magnético antiguo de la Tierra), como Bernard Brunhes en Francia (en 1906) y Motonari Matuyama en Japón (en la década de 1920), reconocieron que las rocas generalmente pertenecen a dos grupos según sus propiedades magnéticas. Un grupo tiene una polaridad llamada normal, caracterizada por los minerales magnéticos en la roca que tienen la misma polaridad que el campo magnético presente de la Tierra. Esto resultaría en que el extremo norte de la “aguja de la brújula” de la roca apunte hacia el norte magnético. Sin embargo, el otro grupo tiene polaridad invertida, indicada por una alineación de polaridad opuesta a la del campo magnético presente de la Tierra. En este caso, el extremo norte de la aguja de la brújula de la roca apuntaría hacia el sur. ¿Cómo es posible esto? La respuesta radica en la magnetita en la roca volcánica. Los granos de magnetita, comportándose como pequeños imanes, pueden alinearse con la orientación del campo magnético de la Tierra. Cuando el magma (roca fundida que contiene minerales y gases) se enfría para formar roca volcánica sólida, la alineación de los granos de magnetita queda “bloqueada”, registrando la orientación o polaridad magnética de la Tierra (normal o invertida) en el momento del enfriamiento.
A medida que se mapeaba cada vez más del fondo marino durante la década de 1950, las variaciones magnéticas resultaron no ser ocurrencias aleatorias o aisladas, sino que revelaron patrones reconocibles. Cuando estos patrones magnéticos se mapearon en una amplia región, el fondo oceánico mostró un patrón similar al de las cebra. Rayas alternadas de roca magnéticamente diferente se distribuyeron en filas a ambos lados de la dorsal mesoatlántica: una franja con polaridad normal y la franja adyacente con polaridad invertida. El patrón general, definido por estas bandas alternadas de roca con polarización normal y reversa, se conoció como rayas magnéticas.
Expansión del fondo marino y reciclaje de la corteza oceánica
El descubrimiento de las rayas magnéticas naturalmente planteó más preguntas: ¿Cómo se forma el patrón de rayas magnéticas? ¿Y por qué las rayas son simétricas alrededor de las crestas de las dorsales mesoatlánticas? Estas preguntas no podían ser respondidas sin conocer también la importancia de estas crestas. En 1961, los científicos comenzaron a teorizar que las dorsales mesoatlánticas marcan zonas estructuralmente débiles donde el fondo oceánico se estaba partiendo en dos a lo largo de la cresta de la dorsal. El nuevo magma desde lo más profundo de la Tierra asciende fácilmente a través de estas zonas débiles y eventualmente entra en erupción a lo largo de la cresta de las dorsales para crear nueva corteza oceánica. Este proceso, posteriormente llamado expansión del fondo marino, operando durante muchos millones de años, ha construido el sistema de dorsales mesoatlánticas de 50,000 km de longitud. Esta hipótesis fue respaldada por varias líneas de evidencia: (1) en o cerca de la cresta de la dorsal, las rocas son muy jóvenes, y se vuelven progresivamente más antiguas lejos de la cresta de la dorsal; (2) las rocas más jóvenes en la cresta de la dorsal siempre tienen polaridad (normal) presente; y (3) las franjas de roca paralelas a la cresta de la dorsal alternaban en polaridad magnética (normal-invertida-normal, etc.), lo que sugiere que el campo magnético de la Tierra ha cambiado de polo muchas veces. Al explicar tanto las rayas magnéticas similares a las de una cebra como la construcción del sistema de crestas oceánicas, la hipótesis de expansión del fondo marino rápidamente ganó seguidores y representó otro avance importante en el desarrollo de la teoría de la tectónica de placas. Además, la corteza oceánica ahora se empezó a apreciar como una “grabadora de cinta” natural de la historia de las inversiones en el campo magnético de la Tierra.
Pruebas adicionales de la expansión del fondo marino vinieron de una fuente inesperada: la exploración petrolera. En los años siguientes a la Segunda Guerra Mundial, las reservas de petróleo continental se estaban agotando rápidamente y la búsqueda de petróleo en alta mar estaba en marcha. Para realizar exploraciones en alta mar, las compañías petroleras construyeron barcos equipados con una plataforma de perforación especial y la capacidad de transportar muchos kilómetros de tubería de perforación. Esta idea básica luego se adaptó para construir un buque de investigación, llamado Glomar Challenger, diseñado específicamente para estudios de geología marina, incluida la recopilación de muestras de núcleos de perforación del fondo marino profundo. En 1968, el buque emprendió una expedición científica de un año de duración, cruzando la Dorsal Mesoatlántica entre América del Sur y África y perforando muestras de núcleos en ubicaciones específicas. Cuando las edades de las muestras fueron determinadas por estudios de datación paleontológica e isotópica, proporcionaron la evidencia concluyente que probó la hipótesis de expansión del fondo marino.
Una consecuencia profunda de la expansión del fondo marino es que la nueva corteza fue, y sigue siendo, creada continuamente a lo largo de las dorsales oceánicas. Esta idea encontró gran aceptación entre algunos científicos que afirmaban que el desplazamiento de los continentes puede explicarse simplemente por un gran aumento en el tamaño de la Tierra desde su formación. Sin embargo, esta llamada hipótesis de la “Tierra en expansión” fue insatisfactoria porque sus partidarios no pudieron ofrecer un mecanismo geológico convincente para producir una expansión tan enorme y repentina. La mayoría de los geólogos creen que la Tierra ha cambiado poco, si es que ha cambiado en absoluto, en tamaño desde su formación hace 4.6 mil millones de años, planteando una pregunta clave: ¿cómo puede agregarse continuamente nueva corteza a lo largo de las dorsales oceánicas sin aumentar el tamaño de la Tierra?
Esta pregunta intrigaba especialmente a Harry H. Hess, un geólogo de la Universidad de Princeton y un contraalmirante de la Reserva Naval, y a Robert S. Dietz, un científico del Servicio Geodésico y Geofísico de los Estados Unidos que acuñó por primera vez el término expansión del fondo marino. Dietz y Hess estaban entre los pocos que realmente comprendían las amplias implicaciones de la expansión del fondo marino. Si la corteza terrestre se estaba expandiendo a lo largo de las dorsales oceánicas, razonó Hess, debía estar encogiéndose en otros lugares. Sugirió que la nueva corteza oceánica se extendía continuamente desde las crestas en un movimiento similar al de una cinta transportadora. Muchos millones de años después, la corteza oceánica eventualmente desciende en las fosas oceánicas, cañones muy profundos y estrechos a lo largo del borde de la cuenca del Océano Pacífico. Según Hess, el Océano Atlántico se estaba expandiendo mientras que el Océano Pacífico se estaba encogiendo. A medida que la antigua corteza oceánica era consumida en las fosas, nuevo magma ascendía y entraba en erupción a lo largo de las dorsales para formar nueva corteza. En efecto, las cuencas oceánicas estaban siendo “recicladas” perpetuamente, con la creación de nueva corteza y la destrucción de la antigua litosfera oceánica ocurriendo simultáneamente. Así, las ideas de Hess explicaban de manera clara por qué la Tierra no crece con la expansión del fondo marino, por qué hay tan poca acumulación de sedimentos en el fondo oceánico y por qué las rocas oceánicas son mucho más jóvenes que las rocas continentales.
Concentración de terremotos
Durante el siglo XX, las mejoras en la instrumentación sísmica y el mayor uso de instrumentos de registro de terremotos (sismógrafos) en todo el mundo permitieron a los científicos aprender que los terremotos tienden a concentrarse en ciertas áreas, especialmente a lo largo de las fosas oceánicas y las dorsales de expansión. A fines de la década de 1920, los sismólogos comenzaron a identificar varias zonas prominentes de terremotos paralelas a las fosas que típicamente estaban inclinadas 40-60° desde el horizontal y se extendían varios cientos de kilómetros hacia el interior de la Tierra. Estas zonas luego se conocieron como zonas de Wadati-Benioff, o simplemente zonas de Benioff, en honor a los sismólogos que las reconocieron por primera vez, Kiyoo Wadati de Japón y Hugo Benioff de los Estados Unidos. El estudio de la sismicidad global avanzó considerablemente en la década de 1960 con el establecimiento de la Red Sismográfica Normalizada Mundial (WWSSN, por sus siglas en inglés) para monitorear el cumplimiento del tratado de 1963 que prohibía las pruebas de armas nucleares sobre tierra. Los datos mucho más mejorados de los instrumentos de la WWSSN permitieron a los sismólogos mapear con precisión las zonas de concentración de terremotos en todo el mundo.
¿Cuál fue la importancia de la conexión entre terremotos y fosas y dorsales oceánicas? El reconocimiento de dicha conexión ayudó a confirmar la hipótesis de la expansión del fondo marino al señalar las zonas donde Hess había predicho que se genera la corteza oceánica (a lo largo de las dorsales) y las zonas donde la litosfera oceánica se hunde de nuevo en el manto (debajo de las fosas).
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Basado en la publicación del Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS): This Dynamic Earth: The Story of the Plate Tectonics. Por W. Jacqueline Kous y Robert I. Tilling. 1996.