Estructura de la Terra i Tectònica de Plaques: Guia Completa

Estructura Interna de la Terra

L'estructura de la Terra es coneix per observacions indirectes, ja que només s'ha pogut accedir directament fins a uns 15 km de profunditat. Hi ha dos mètodes principals d'estudi:

Mètodes d'Estudi

• Mètodes Directes: Estudi de la superfície (roques, magmes, processos geològics...). És molt limitat en profunditat.
• Mètodes Indirectes: Es basen en investigacions geofísiques (meteorits, magnetisme, propagació d'ones sísmiques...). Són més precisos per conèixer l'interior profund.

El Mètode Sísmic i Terratrèmols

Un terratrèmol és un moviment produït per l'alliberament d'energia acumulada en les friccions i desplaçaments de les plaques tectòniques. La ciència que els estudia és la sismologia, i els aparells que els registren, els sismògrafs.

Els terratrèmols tenen un epicentre, que és la zona de la superfície terrestre on es pateix el terratrèmol amb més intensitat, i un hipocentre, que és el lloc d'origen d'aquest a l'interior de la Terra.

Les ones de propagació es diuen ones sísmiques, i hi ha quatre tipus principals:

• Ones P: Viatgen a uns 6 km/s i es transmeten per medis líquids i sòlids. Són les més ràpides.
• Ones S: Viatgen a uns 4 km/s i només es transmeten per medis sòlids.
• Ones R i L: Són ones superficials que viatgen més lentes però causen la major part de la destrucció.

Els terratrèmols es poden mesurar amb dues escales:

• Escala de Richter (Magnitud): Mesura l'energia alliberada calculant l'amplitud de les ones en el sismograma. És una escala logarítmica, típicament de 1 a 9 (o més).
• Escala de Mercalli (Intensitat): Mesura els efectes del terratrèmol sobre les persones, les construccions i el paisatge. És una escala qualitativa (I a XII).

Tectònica de Plaques (Part 1)

Teories: Fixisme vs. Mobilisme

Històricament, han existit diferents teories per explicar la formació del relleu i la distribució dels continents:

• Fixisme: Teories predominants fins al segle XX que postulaven que els continents eren fixos. Explicaven fenòmens com la presència de fòssils marins a l'interior dels continents mitjançant esdeveniments catastròfics (com el Diluvi Universal) o la formació de muntanyes per la contracció de la Terra durant el seu refredament.
• Mobilisme: Teories que van sorgir a partir del segle XX, postulant que els continents estan en moviment.

La Deriva Continental (Wegener)

Alfred Wegener va ser un dels principals impulsors del mobilisme. Va postular que els continents lliscaven sobre una superfície plàstica i es desplaçaven. Segons la seva teoria, va existir un supercontinent anomenat Pangea i un superoceà anomenat Panthalassa, que es van fragmentar i dispersar.

Wegener va aportar diverses proves per recolzar la seva teoria:

• Proves Paleogeogràfiques: L'encaix gairebé perfecte de les línies de costa de continents separats (ex: Amèrica del Sud i Àfrica).
• Proves Paleontològiques: La presència dels mateixos fòssils de plantes i animals terrestres en continents actualment molt allunyats.
• Proves Paleogeològiques: La continuïtat de formacions rocoses i estructures geològiques (com serralades) entre continents.
• Proves Paleoclimàtiques: L'existència de proves de climes antics (ex: glaceres, deserts) en llocs on actualment no serien possibles, suggerint que els continents s'han desplaçat latitudinalment.

Expansió del Fons Oceànic

La teoria de l'expansió del fons oceànic, desenvolupada per Harry Hess, va ser crucial per al desenvolupament de la tectònica de plaques. Hess va postular que, a les dorsals oceàniques, es crea nova escorça oceànica a partir de material del mantell que puja i es refreda, empenyent l'escorça preexistent cap als costats.

Com a prova, es va observar que l'edat de les roques basàltiques del fons oceànic era més gran com més s'allunyaven de la dorsal. Aquest procés és molt lent, de l'ordre de mil·límetres o centímetres per any.

Més tard, Arthur Holmes va descobrir l'existència de corrents de convecció a l'interior de la Terra, proporcionant un possible mecanisme per al moviment de les plaques.

Un altre descobriment important va ser el bandatge magnètic (o anomalies magnètiques) registrat en les roques volcàniques del fons oceànic (magnetita), que determina les inversions del camp magnètic terrestre. Aquest patró simètric a banda i banda de les dorsals va ser publicat per Vine i Matthews el 1963 i va ser una prova contundent contra les teories fixistes.

Tectònica de Plaques (Part 2)

La Teoria de la Tectònica Global

La teoria de la tectònica de plaques va cobrar més força amb la integració de la teoria de l'expansió del fons oceànic (Hess), el descobriment del sonar i els mapatges del fons oceànic, i els corrents de convecció (Holmes, 1929).

Podem comparar la Deriva Continental de Wegener amb la Teoria de la Tectònica de Plaques:

• Deriva Continental:
  - Mecanisme: Els continents llisquen sobre un fons oceànic estàtic.
  - Força: Suggereix que la força és el moviment de rotació de la Terra (incorrecte).
  - Causes del relleu: Arrugues per la contracció terrestre o pel moviment dels continents.
• Teoria de la Tectònica de Plaques:
  - Mecanisme: Les plaques litosfèriques (escorça + part superior del mantell) es mouen sobre l'astenosfera (mantell superior plàstic).
  - Força: Corrents de convecció al mantell, empenta de la dorsal i tirada de la placa en subducció.
  - Causes del relleu: Interaccions (col·lisions, separacions, lliscaments) entre plaques.

Les proves aportades per Wegener segueixen sent vàlides per explicar l'existència de Pangea i la seva fragmentació, però la Tectònica de Plaques proporciona un mecanisme més complet i coherent.

El 1914, Joseph Barrell va descriure l'Astenosfera, una capa plàstica del mantell superior que explicava el procés d'Isostàsia (condició d'equilibri gravitacional entre la litosfera i l'astenosfera). La seva existència es recolza en dades sísmiques (reducció de la velocitat de les ones) i en l'observació de la isostàsia.

Més tard, es va identificar la capa D'' (doble prima) a la base del mantell, una zona amb material parcialment fos que podria estar relacionada amb els punts calents i els corrents de convecció ascendents.

Proves de la Tectònica de Plaques

La teoria es recolza en nombroses proves, incloent:

• La distribució global de volcans i terratrèmols, que es concentren majoritàriament als límits de placa.
• El descobriment de la zona de Benioff per Hugo Benioff, que mostra una peculiaritat en la distribució dels terratrèmols en zones de subducció (com a Amèrica del Sud):
  - Terratrèmols poc profunds: prop de la fossa oceànica (costa).
  - Terratrèmols molt profunds: terra endins (sota el continent).

Deformació del Relleu

La deformació és l'alteració de la forma d'una roca per l'aplicació d'un esforç. Hi ha tres tipus principals de comportament davant l'esforç:

• Deformació Elàstica: Quan cessa l'esforç, el material recupera la seva forma original. Exemple: propagació d'ones sísmiques.
• Deformació Plàstica: Després de superar un límit (límit elàstic), la deformació és permanent. Exemple: Plegaments.
• Deformació Fràgil: L'esforç provoca la fractura del material. Exemple: Falles.

Plegaments

Els Plegaments són deformacions plàstiques de les roques, típiques de zones sotmeses a compressió. Són ondulacions de les capes de roca. Els dos tipus principals són:

• Anticlinals (forma de A): Plecs amb el nucli format pels materials més antics.
• Sinclinals (forma de V): Plecs amb el nucli format pels materials més moderns.

Falles i Diàclasis

Les Falles i Diàclasis són deformacions fràgils de les roques.

Diàclasis

Les Diàclasis són trencaments de la roca sense desplaçament relatiu dels blocs. Poden ser causades per:

• Assecament de sediments fins (fangs, argiles).
• Gelifracció (expansió del gel en fissures).
• Contracció per refredament (ex: columnes basàltiques).

Falles

Les Falles són trencaments de la roca amb desplaçament relatiu dels blocs. Hi ha tres tipus principals segons el tipus d'esforç i el moviment dels blocs:

• Falles Normals: Causades per esforços de distensió. El bloc de sostre baixa respecte al bloc de mur.
• Falles Inverses: Causades per esforços de compressió. El bloc de sostre puja respecte al bloc de mur.
• Falles de Direcció (o de transformació): El moviment dels blocs és predominantment horitzontal i paral·lel a la falla.

Mantells de Corriments

Els Mantells de Corriments són grans falles inverses de baix angle, on el desplaçament del bloc de sostre és molt gran. Són típiques de zones d'orogènia per col·lisió continental.