Entendiendo el movimiento de las placas
Los científicos ahora tienen una comprensión bastante buena de cómo se mueven las placas y cómo estos movimientos se relacionan con la actividad sísmica. La mayoría de los movimientos ocurren a lo largo de zonas estrechas entre las placas, donde los resultados de las fuerzas tectónicas de placas son más evidentes.
Hay cuatro tipos de bordes de placas:
- Límites divergentes: donde se genera nueva corteza a medida que las placas se separan.
- Límites convergentes: donde la corteza se destruye cuando una placa se hunde bajo otra.
- Límites de transformación: donde la corteza ni se produce ni se destruye mientras las placas se deslizan horizontalmente una al lado de la otra.
- Zonas de límites de placas: cinturones amplios en los que los límites no están bien definidos y los efectos de la interacción de las placas no son claros.
Límites divergentes
Los límites divergentes ocurren a lo largo de centros de expansión donde las placas se están separando y se crea nueva corteza a partir del magma que empuja desde el manto. Imagina dos cintas transportadoras gigantes, enfrentadas pero moviéndose lentamente en direcciones opuestas mientras transportan la corteza oceánica recién formada lejos de la cresta de la dorsal.
Quizás el más conocido de los límites divergentes sea la Dorsal Mesoatlántica. Esta cadena montañosa sumergida, que se extiende desde el Océano Ártico hasta más allá de la punta sur de África, es solo un segmento del sistema global de dorsales oceánicas que rodea la Tierra. La tasa de expansión a lo largo de la Dorsal Mesoatlántica promedia alrededor de 2,5 centímetros por año (cm/año), o 25 km en un millón de años. Esta tasa puede parecer lenta según los estándares humanos, pero debido a que este proceso ha estado ocurriendo durante millones de años, ha resultado en un movimiento de placas de miles de kilómetros. La expansión del fondo marino durante los últimos 100 a 200 millones de años ha hecho que el Océano Atlántico crezca de un pequeño brazo de agua entre los continentes de Europa, África y las Américas hasta el vasto océano que existe hoy.
El volcánico país de Islandia, que se encuentra a horcajadas sobre la Dorsal Mesoatlántica, ofrece a los científicos un laboratorio natural para estudiar en tierra los procesos que también ocurren a lo largo de las partes sumergidas de una dorsal en expansión. Islandia se está dividiendo a lo largo del centro de expansión entre las placas de América del Norte y Eurasia, a medida que América del Norte se desplaza hacia el oeste en relación con Eurasia.
Las consecuencias del movimiento de placas son fáciles de ver alrededor del volcán Krafla, en la parte noreste de Islandia. Aquí, las grietas existentes en el suelo se han ensanchado y aparecen nuevas cada pocos meses. Desde 1975 hasta 1984, numerosos episodios de rifting (fisuración superficial) ocurrieron a lo largo de la zona de fisuras de Krafla. Algunos de estos eventos de rifting fueron acompañados por actividad volcánica; el suelo se elevaba gradualmente entre 1-2 m antes de caer abruptamente, señalando una erupción inminente. Entre 1975 y 1984, los desplazamientos causados por el rifting totalizaron aproximadamente 7 m.
En África Oriental, los procesos de extensión ya han separado Arabia Saudita del resto del continente africano, formando el Mar Rojo. La Placa Africana, que se está separando activamente, y la Placa Arábiga se encuentran en lo que los geólogos llaman una triple unión, donde el Mar Rojo se encuentra con el Golfo de Adén. Un nuevo centro de expansión puede estar desarrollándose bajo África a lo largo de la Zona de Rift de África Oriental. Cuando la corteza continental se estira más allá de sus límites, comienzan a aparecer grietas de tensión en la superficie terrestre. El magma asciende y se cuela por las grietas que se ensanchan, a veces erupcionando para formar volcanes. El magma ascendente, ya sea que erupcione o no, ejerce más presión sobre la corteza para producir fracturas adicionales y, en última instancia, la zona del rift.
África Oriental puede ser el sitio del próximo gran océano de la Tierra. Las interacciones de placas en la región ofrecen a los científicos la oportunidad de estudiar de primera mano cómo pudo haberse comenzado a formar el Atlántico hace unos 200 millones de años. Los geólogos creen que, si la expansión continúa, las tres placas que se encuentran en el borde del continente africano actual se separarán por completo, permitiendo que el Océano Índico inunde el área y convierta la esquina más oriental de África (el Cuerno de África) en una gran isla.
Límites Convergentes
El tamaño de la Tierra no ha cambiado significativamente durante los últimos 600 millones de años, y muy probablemente no desde poco después de su formación hace 4.600 millones de años. El tamaño inmutable de la Tierra implica que la corteza debe ser destruida aproximadamente a la misma velocidad a la que se crea, como lo supuso Harry Hess. Tal destrucción (reciclaje) de la corteza tiene lugar a lo largo de límites convergentes donde las placas se mueven unas hacia otras, y a veces una placa se hunde (es subducida) bajo otra. El lugar donde ocurre el hundimiento de una placa se llama zona de subducción.
El tipo de convergencia –llamada por algunos una “colisión” muy lenta– que ocurre entre placas depende del tipo de litosfera involucrada. La convergencia puede ocurrir entre una placa oceánica y una en su mayor parte continental, o entre dos placas mayoritariamente oceánicas, o entre dos placas mayoritariamente continentales.
Convergencia oceánica-continental
Si por arte de magia pudiéramos quitar un tapón y drenar el Océano Pacífico, veríamos un espectáculo asombroso: una serie de largas y estrechas trincheras curvadas, miles de kilómetros de largo y de 8 a 10 km de profundidad, que cortan el fondo del océano. Las trincheras son las partes más profundas del fondo oceánico y son creadas por la subducción.
Frente a la costa de América del Sur, a lo largo de la trinchera de Perú-Chile, la Placa de Nazca oceánica está empujando e introduciéndose bajo la parte continental de la Placa Sudamericana. A su vez, la Placa Sudamericana suprayacente está siendo levantada, creando la imponente cordillera de los Andes, la columna vertebral del continente. Los terremotos fuertes y destructivos y el rápido levantamiento de las cadenas montañosas son comunes en esta región. Aunque la Placa de Nazca en su totalidad se está hundiendo de manera continua y suave en la trinchera, la parte más profunda de la placa subducida se rompe en piezas más pequeñas que quedan bloqueadas en su lugar durante largos períodos antes de moverse repentinamente para generar grandes terremotos. Tales terremotos a menudo son acompañados por el levantamiento del terreno hasta unos pocos metros.
El 9 de junio de 1994, un terremoto de magnitud 8.3 golpeó aproximadamente a 320 km al noreste de La Paz, Bolivia, a una profundidad de 636 km. Este terremoto, dentro de la zona de subducción entre la Placa de Nazca y la Placa Sudamericana, fue uno de los terremotos de subducción más profundos y grandes registrados en América del Sur. Afortunadamente, aunque este poderoso terremoto se sintió tan lejos como en Minnesota y Toronto, Canadá, no causó daños mayores debido a su gran profundidad.
La convergencia oceánica-continental también sostiene muchos de los volcanes activos de la Tierra, como los de los Andes y la Cordillera de las Cascadas en el noroeste del Pacífico. La actividad eruptiva está claramente asociada con la subducción, pero los científicos debaten vigorosamente sobre las posibles fuentes del magma: ¿El magma es generado por la fusión parcial de la losa oceánica subducida, la litosfera continental suprayacente, o ambos?
Convergencia oceánica-oceánica
Al igual que en la convergencia oceánica-continental, cuando dos placas oceánicas convergen, una generalmente se subduce bajo la otra, y en el proceso se forma una trinchera. La fosa de las Marianas (que corre paralela a las Islas Marianas), por ejemplo, marca donde la Placa del Pacífico de movimiento rápido converge contra la Placa de Filipinas de movimiento más lento. El Abismo de Challenger, en el extremo sur de la Fosa de las Marianas, se hunde más profundamente en el interior de la Tierra (casi 11,000 m) que el Monte Everest, la montaña más alta del mundo, se eleva sobre el nivel del mar (aproximadamente 8,854 m).
Los procesos de subducción en la convergencia de placas oceánicas-oceánicas también resultan en la formación de volcanes. Durante millones de años, la lava erupcionada y los escombros volcánicos se acumulan en el fondo del océano hasta que un volcán submarino se eleva sobre el nivel del mar para formar un volcán-isla. Tales volcanes generalmente están alineados en cadenas llamadas arcos de islas. Como su nombre implica, los arcos de islas volcánicas, que corren paralelos a las trincheras, son generalmente curvados. Las trincheras son la clave para entender cómo se han formado los arcos de islas como las Marianas y las Islas Aleutianas y por qué experimentan numerosos terremotos fuertes. Los magmas que forman los arcos de islas son producidos por la fusión parcial de la placa descendente y/o la litosfera oceánica suprayacente. La placa descendente también proporciona una fuente de estrés a medida que las dos placas interactúan, lo que lleva a frecuentes terremotos moderados a fuertes.
Convergencia continental-continental
La cordillera del Himalaya demuestra dramáticamente una de las consecuencias más visibles y espectaculares de la tectónica de placas. Cuando dos continentes se encuentran de frente, ninguno es subducido porque las rocas continentales son relativamente ligeras y, como dos icebergs que colisionan, resisten el movimiento descendente. En cambio, la corteza tiende a doblarse y ser empujada hacia arriba o hacia los lados. La colisión de la India con Asia hace 50 millones de años provocó que las Placas India y Euroasiática se arrugaran a lo largo de la zona de colisión. Después de la colisión, la lenta y continua convergencia de estas dos placas durante millones de años empujó hacia arriba el Himalaya y el Plateau Tibetano a sus alturas actuales. Gran parte de este crecimiento ocurrió durante los últimos 10 millones de años. El Himalaya, que se eleva hasta los 8,854 m sobre el nivel del mar, forma las montañas continentales más altas del mundo. Además, el Plateau Tibetano vecino, con una elevación promedio de unos 4,600 m, es más alto que todos los picos de los Alpes, excepto Mont Blanc y Monte Rosa, y está muy por encima de las cumbres de la mayoría de las montañas en los Estados Unidos.
Límites de transformación
La zona entre dos placas que se deslizan horizontalmente una junto a la otra se llama límite de falla transformante, o simplemente límite de transformación. El concepto de fallas transformantes se originó con el geofísico canadiense J. Tuzo Wilson, quien propuso que estas grandes fallas o zonas de fractura conectan dos centros de expansión (límites divergentes) o, con menos frecuencia, trincheras (límites convergentes). La mayoría de las fallas transformantes se encuentran en el fondo del océano. Generalmente, desplazan las dorsales de expansión activas, produciendo márgenes de placas en zig-zag, y generalmente están definidas por terremotos superficiales. Sin embargo, algunas ocurren en tierra, por ejemplo, la zona de falla de San Andrés en California. Esta falla transformante conecta el Dorsal del Pacífico Oriental, un límite divergente al sur, con la Dorsal Sur Gorda — Juan de Fuca — Explorer, otro límite divergente al norte.
La zona de falla de San Andrés, que tiene aproximadamente 1,300 km de largo y en algunos lugares decenas de kilómetros de ancho, atraviesa dos tercios de la longitud de California. A lo largo de ella, la Placa del Pacífico ha estado desplazándose horizontalmente más allá de la Placa de América del Norte durante 10 millones de años, a una tasa promedio de aproximadamente 5 cm/año. La tierra al oeste de la zona de falla (en la Placa del Pacífico) se está moviendo en dirección noroeste en relación con la tierra al este de la zona de falla (en la Placa de América del Norte).
Las zonas de fractura oceánicas son valles en el fondo del océano que desplazan horizontalmente las dorsales de expansión; algunas de estas zonas tienen cientos a miles de kilómetros de largo y hasta 8 km de profundidad. Ejemplos de estas grandes cicatrices incluyen las zonas de fractura Clarion, Molokai y Pioneer en el Pacífico Noreste, frente a las costas de California y México. Estas zonas están actualmente inactivas, pero los desplazamientos de los patrones de estriado magnético proporcionan evidencia de su actividad previa como fallas transformantes.
Zonas de límite de placas
No todos los límites de placas son tan simples como los tipos principales discutidos anteriormente. En algunas regiones, los límites no están bien definidos porque la deformación del movimiento de placas que ocurre allí se extiende a lo largo de una amplia franja (llamada zona de límite de placas). Una de estas zonas marca la región Mediterráneo-Alpina entre las Placas Euroasiática y Africana, dentro de la cual se han reconocido varios fragmentos más pequeños de placas (microplacas). Debido a que las zonas de límite de placas involucran al menos dos grandes placas y una o más microplacas atrapadas entre ellas, tienden a tener estructuras geológicas y patrones de terremotos complicados.
Tasas de movimiento
Podemos medir cuán rápido se están moviendo las placas tectónicas hoy en día, pero ¿cómo saben los científicos cuáles han sido las tasas de movimiento de las placas a lo largo del tiempo geológico? Los océanos contienen una de las piezas clave del rompecabezas. Debido a que el estriado magnético del fondo oceánico registra los cambios en el campo magnético de la Tierra, los científicos, conociendo la duración aproximada de la reversión, pueden calcular la tasa promedio de movimiento de las placas durante un período de tiempo dado. Estas tasas promedio de separación de placas pueden variar ampliamente. La Dorsal Ártica tiene la tasa más lenta (menos de 2.5 cm/año), y la Dorsal del Pacífico Oriental cerca de la Isla de Pascua, en el Pacífico Sur, a unos 3,400 km al oeste de Chile, tiene la tasa más rápida (más de 15 cm/año).
Evidencia de las tasas pasadas de movimiento de las placas también se puede obtener a partir de estudios de cartografía geológica. Si una formación rocosa de edad conocida –con composición, estructura o fósiles distintivos– mapeada en un lado de un límite de placa puede ser emparejada con la misma formación en el otro lado del límite, entonces medir la distancia que la formación ha sido desplazada puede dar una estimación de la tasa promedio de movimiento de la placa. Esta técnica simple pero efectiva se ha utilizado para determinar las tasas de movimiento de las placas en límites divergentes, por ejemplo, la Dorsal Mesoatlántica, y límites transformantes, como la Falla de San Andrés
El movimiento actual de las placas se puede rastrear directamente mediante mediciones geodésicas basadas en tierra o en el espacio; la geodesia es la ciencia del tamaño y la forma de la Tierra. Las mediciones basadas en tierra se toman con técnicas de topografía terrestre convencionales pero muy precisas, utilizando instrumentos electrónicos de láser. Sin embargo, debido a que los movimientos de las placas son de escala global, se miden mejor mediante métodos basados en satélites. A finales de la década de 1970, se presenció el rápido crecimiento de la geodesia espacial, un término aplicado a las técnicas basadas en el espacio para tomar mediciones precisas y repetidas de puntos cuidadosamente elegidos en la superficie terrestre, separados por cientos a miles de kilómetros. Las tres técnicas de geodesia espacial más comúnmente utilizadas –interferometría de línea de base muy larga (VLBI), rango láser satelital (SLR) y el Sistema de Posicionamiento Global (GPS)– se basan en tecnologías desarrolladas para la investigación militar y aeroespacial, notablemente la radioastronomía y el seguimiento de satélites.
De las tres técnicas, hasta la fecha el GPS ha sido el más útil para estudiar los movimientos de la corteza terrestre. Veintiún satélites están actualmente en órbita a 20,000 km sobre la Tierra como parte del sistema NavStar del Departamento de Defensa de EE. UU. Estos satélites transmiten continuamente señales de radio de vuelta a la Tierra. Para determinar su posición precisa en la Tierra (longitud, latitud, elevación), cada sitio terrestre del GPS debe recibir simultáneamente señales de al menos cuatro satélites, registrando la hora exacta y la ubicación de cada satélite cuando se recibió su señal. Al medir repetidamente las distancias entre puntos específicos, los geólogos pueden determinar si ha habido movimiento activo a lo largo de fallas o entre placas. Las separaciones entre sitios del GPS ya se están midiendo regularmente alrededor de la cuenca del Pacífico. Al monitorear la interacción entre la Placa del Pacífico y las placas circundantes, en su mayor parte continentales, los científicos esperan aprender más sobre los eventos que conducen a terremotos y erupciones volcánicas en el Anillo de Fuego circumpacífico. Los datos geodésicos espaciales ya han confirmado que las tasas y la dirección del movimiento de las placas, promediadas durante varios años, se comparan bien con las tasas y la dirección del movimiento de las placas promediadas durante millones de años.
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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.