Tectònica de plaques

UD1. LA FORMACIÓ DEL RELLEU 1. ESTUDI DE L’INTERIOR DE LA TERRA L'interior de la Terra, amb un radi mitjà de 6.370 quilòmetres, no es pot estudiar d'una forma directa. Els pous i sondejos que s'han fet fins ara, no han assolit més que una dotzena de quilòmetres, cosa que ens demostra l'escàs coneixement directe que tenim de l'interior del nostre planeta. Els grans progressos que han tingut lloc els darrers anys en el coneixement de l'interior del planeta han estat possibles gràcies als mètodes d'estudi indirecte basats en l'observació i la mesura, des de la superfície, dels fenòmens físics que ocorren a l'interior de la Terra. El més important d'aquests mètodes és el mètode sísmic que consisteix en estudiar el comportament de les ones sísmiques originades als terratrèmols i que viatgen per l'interior del planeta. Posteriorment aquestes ones poden ser detectades i registrades per uns aparells anomenats sismògrafs. El comportament de les ones sísmiques varia segons la natura dels materials que travessen, la qual cosa possibilita saber coses sobre aquests materials. Tot i que el nostre coneixement de l'interior de la Terra continua essent de tipus indirecte, estem començant a desxifrar amb prou detall, quina és la seva estructura i quins són els processos que hi tenen lloc. A partir dels mètodes sismològics, es pot dividir l'interior del planeta en tres grans zones: escorça, mantell i nucli, separades entre si per superfícies de discontinuïtat sísmica.

Per pensar...

Sabies que el soroll ambiental generat per les onades dels oceans es pot utilitzar per conèixer les característiques de l’interior de la Terra? Quines avantatges creus que té això respecte a utilitzar les ones sísmiques produïdes pels terratrèmols?

Fig. 1. Esquema de l’astenosfera i la litosfera del planeta Terra.

L’escorça és la capa més superficial de l'interior de la Terra. Limita amb l'atmosfera i la hidrosfera per la part superior, i amb el mantell per la inferior per mitjà de la discontinuïtat de Mohorovici.

Té un gruix variable: sota els oceans se situa entre 3-8 Km mentre que als continents se situa generalment entre 30-40 Km que poden arribar fins a 65 sota les grans serralades. És sòlida, de densitat i rigidesa creixent.

Tot i que sembla molt gran, ocupa menys del 2% del volum total de la Terra.

Podem distingir una escorça continental i una altra d'oceànica. L’escorça oceànica es troba als fons oceànics i també a les illes volcàniques. Els materials que la formen tenen una densitat mitjana d’uns 3g/cm3. És força prima, té un gruix de 7-12Km., i està formada bàsicament per basalt. L’escorça continental es troba als continents. La seva densitat mitjana és de 2,7 g/cm3 i és força més gruixuda que l’escorça oceànica, doncs té un gruix mitjà de 35 Km. Està formada bàsicament de granit.

A partir de la discontinuïtat de Mohorovici, les ones sísmiques augmenten la seva velocitat indicant un canvi de capa. El mantell, arriba a uns 2900 Km, on es troba la discontinuïtat de Gutenberg. Aquesta capa es pot dividir en dues parts (mantell superior i mantell inferior). En la part més inferior del mantell, la temperatura pot assolir els 3000ºC. Als 2900Km de profunditat les ones sísmiques tornen a disminuir la seva velocitat, indicant un canvi de capa. És l’inici del nucli, el qual s'estén dels 2.900 Km de profunditat fins al centre de la Terra (6.370 Km). S’hi poden distingir dues capes, el nucli extern i el nucli intern. Els materials que formen la part més externa del nucli es troben en estat líquid, mentre que la part interna és sòlida. El nucli és de natura metàl·lica, constituït per un ferro i Níquel. Es calcula que la temperatura al centre de la terra és d’uns 6000ºC. Fig. 2. Esquema de les capes del planeta Terra.

Sovint fem referència a la litosfera i l’astenosfera per a referir-nos a les capes internes de la Terra. La litosfera correspon a l’escorça i a la part més Per cercar... superficial del mantell superior (uns 100Km de gruix).

En aquesta capa, els materials són rígids.

Quina és la diferència entre un L’astenosfera és el conjunt de zones del mantell de material rígid i un material plàstic? consistència semipastosa, on els materials són plàstics Creus que és certa l’expressió: els i on s’originen els corrents de magma que estudiarem materials rígids són fràgils? més endavant.

2. LA TEORIA DE LA TECTÒNICA DE PLAQUES La litosfera no és una capa contínua sinó que està fragmentada en plaques tectòniques. Tuzo Wilson, geofísic canadenc, va ser el primer en proposar la teoria de tectònica de plaques en un article publicat en la revista Nature el 1965. Segons aquesta teoria, les plaques tectòniques es mouen lentament les unes respecte a les altres, degut als moviments de convecció.

Fig. 3. John Tuzo Wilson

Què són els moviments de convecció? La part de sota de l'astenosfera està més calenta que la part superior, la que està en contacte amb la litosfera. Es pensa que, com a conseqüència d'aquest fet i per trobar-se en un estat plàstic amb capacitat de fluir, els materials de l'astenosfera es mouen de manera circular, tal i com ho fa l'aigua quan la escalfem a un pot.

A l’astenosfera es produeixen augments molt grans de temperatura. Els materials del fons de l’astenosfera tenen tendència a pujar perquè es escalfar-se es tornen menys densos. Però mentre pugen es van refredant i, quan són a dalt, estan més freds i tenen tendència a baixar de nou. Aquests moviments són circulars i s’anomenen moviments de convecció. Com a conseqüència dels moviments de convecció els materials de l’astenosfera es mouen i arrosseguen les plaques tectòniques que estan a sobre.

Fig. 4. Esquema dels corrents de convecció del planeta Terra.

Hi ha zones on contribueixen a separar les plaques... i zones on contribueixen al seu xoc. Tots aquests moviments, les seves causes i les seves conseqüències els estudia la tectònica de plaques, i són els responsables de l'activitat sísmica i volcànica de la nostra Terra.

La litosfera està formada per 8 grans plaques litosfèriques (Pacífica, Nazca, Amèrica del Nord, Amèrica del Sud, Euroasiàtica, Africana, Indoaustraliana i Antàrtica). Les plaques tectòniques es desplacen unes respecte les altres a una velocitat aproximada de 2,5cm/any.

Què passa quan els límits de les plaques es toquen?

Aquests límits s’anomenen convergents. Quan les plaques xoquen, aquestes es poden “arrugar” i fins i tot posar-se una sota l’altra.

Xoc entre placa oceànica i placa continental La placa oceànica és més densa que la continental i, per tant, tendirà a enfonsar-se cap a l'astenosfera. La zona on la placa oceànica s’enfonsa sota la placa continental es diu zona de subducció i aquí té lloc una intensa activitat.

Com a conseqüència del moviment d'avanç d'una placa sobre l'altra, es produeix un gran fregament que escalfa les roques fins que s'arriben a fondre. Les roques foses ascendiran i formaran volcans en superfície; la resta continuaran el seu camí avall fins retornar a l'astenosfera. El moviment d'avanç no és suau i continu sinó que es produeix a batzegades de moviments sobtats que originen els terratrèmols, també freqüents a aquestes zones. Aquests terratrèmols poden anar acompanyats per un ascens de la zona de fins a uns quants metres.

Conseqüències? A més dels volcans i dels terratrèmols, s'hi formen serralades, plenes de volcans.

Fig. 5. Xoc entre una placa oceànica i una placa continental

Xoc entre plaques oceàniques Aquest cas és molt semblant a l'anterior, només que, en comptes de formar-se una serralada, s'hi formen arcs d'illes volcàniques (si ho pensem bé tampoc no és gaire diferent, ja que una illa no és res més que el pic d'una muntanya submarina que sobresurt sobre el nivell del mar).

Fig. 6. Xoc entre plaques oceàniques

Per investigar...

El procés de formació de l’illa d'El Hierro (Canàries) està associat a la seva activitat volcànica.

La seva formació es va iniciar fa 100 milions d'anys i no ha finalitzat encara. Com expliques que l’illa segueixi creixent?

Xoc entre plaques continentals Quan entren en contacte dues plaques continentals, com que les dues són menys denses que l'astenosfera no tendiran a posar-se una sota l'altra. El que fan és "arrugar-se" cap amunt formant serralades que poden ser molt altes, com l'Himàlaia.

Fig. 7. Xoc entre plaques continentals

Per cercar...

Els Pirineus són un gran sistema muntanyós que s’estén des del golf de Biscaia fins al golf de Roses, separant la península Ibèrica de la resta del continent europeu. El seu aixecament es va produir com a resultat del xoc de dues plaques, sabries dir quines?

I si les plaques s’allunyen?

Aquests límits s’anomenen divergents. En aquests límits, les plaques es separen i, just a la zona on es separen, puja material de l’astenosfera que, en refredar-se, forma noves roques que s'afegeixen als marges de les plaques. Són zones de creació de nova escorça.

Acabem de dir que puja material de l'astenosfera. El que passa és que als límits divergents tenim un moviment de convecció ascendent que es continua en moviments amb sentits oposats que contribueixen a separar les plaques. La velocitat d'aquest moviment no és molt gran, d'uns quants centímetres l'any.

Aquests límits se solen trobar sota els oceans, perquè en separar-se les plaques es formen zones baixes que s'omplen d'aigua. El més conegut és el que passa pel mig de l'oceà Atlàntic, que cada any és uns 2,5 cm més ample.

Quines són les conseqüències? Volcans i terratrèmols submarins, eixamplament dels oceans i formació d’una serralada a la zona per on surt el material de l’astenosfera que s’anomena dorsal oceànica.

Fig. 8. Esquema d’una dorsal oceànica.

Què són els límits transformants?

Tenen lloc a zones on dues plaques ni s'ajunten ni se separen sinó que es mouen lateralment, lliscant entre elles. Aquests límits no estan associats a l'aparició de volcans, però sí a terratrèmols.

En resum...