Tectònica i relleu (III)

Interacció entre la dinàmica interna i externa

Cal entendre la dinàmica terrestre com un eficaç sistema de reciclatge de les plaques litosfèriques. Aquest procés, en el qual participen les forces internes i externes del planeta, origina relleu, el modela i el destrueix seguint un gran cicle. 

Les diferents parts d'aquest procés es podrien resumir de la manera següent:

- Creació de relleu. La dinàmica interna, a través dels seus corrents de convecció del mantell, transporta materials des de les zones profundes fins a la superfície del planeta. Aquest procés produeix el fenomen del vulcanisme, i també impulsa el moviment i la col·lisió de les plaques tectòniques. En aquestes zones es formen les unitats de relleu d'origen intern. A causa de la isostàsia aquests relleus es poden enfonsar o elevar. 

- Modelatge. Els agents geològics externs, entre els quals destaques el vent, l'aigua, el gel i l'activitat dels éssers vius, exerceixen una gran influència sobre el terreny i el relleu. Aquests agents participen en el seu modelatge, i tendeixen a igualar la superfície terrestre, eliminant relleus per erosió i omplint de materials les zones baixes, denominades conques sedimentàries (unitats de relleu d'origen extern).

- Destrucció de les plaques. A les fosses oceàniques té lloc el procés de subducció, mitjançant el qual les plaques s'enfonsen, a causa de la gravetat, fins a zones profundes. No obstant això, la tectònica de plaques crea relleus nous a altres llocs.

EL CICLE DE LES ROQUES

Al llarg del procés de formació i destrucció del relleu terrestre, té lloc el cicle de les roques. Es poden classificar en tres grans grups: sedimentàries, metamòrfiques i magmàtiques (ígnies).

El cicle de les roques és un procés que requereix l'acció conjunta de les dinàmiques interna i externa. 

Els materials es transformen en els diferents tipus de roques, mitjançant diferents processos físics i químics, com la diagènesi, el metamorfisme o la consolidació (solidificació) del magma. 

Els diferents tipus de roques, al mateix temps, acaben fragmentant-se en materials més fins (meteorització i erosió), que són transportats per diversos agents externs, com el vent i l'aigua, i s'acumulen a les conques sedimentàries (sedimentació). 

* La meteorització és el conjunt de processos causats pels agents atmosfèrics que provoquen el trencament, l'esmicolament i la disgregació de les roques.

* L'erosió és el procés de degradació i de transformació del relleu, i de les roques, causat per tot agent extern.

LES DEFORMACIONS DE L'ESCORÇA TERRESTRE

En els límits de plaques, les roques de l'escorça estan sotmeses a esforços tectònics que fan que es deformin. La deformació permanent produïda en la roca depèn de:

- el tipus d'esforç

- el comportament de la roca davant de l'esforç

DEFORMACIONS PLÀSTIQUES O DÚCTILS: PLECS O PLEGAMENTS

En les roques sedimentàries, que es formen en capes o estrats horitzontals, els plegaments s'aprecien amb facilitat.

TIPUS DE PLECS

Els plecs no se solen trobar aïllats. Normalment apareixen com una successió periòdica i alternant de formes còncaves o sinformes i convexes o antiformes:

Hi ha diversos tipus de criteris per classificar els plecs. Un d'aquests criteris es basa en l'antiguitat dels materials situats al nucli. Segons això, els plecs són anticlinals o sinclinals.

                                         Plec sinclinal                          Plec anticlinal

 

                    És un plec generalment sinforme,             És un plec generalment antiforme,

                    que al nucli té els materials més                que al nucli té els materials més 

                    joves.                                                          antics.

Un altre criteri els classifica segons la inclinació del pla axial; així, poden ser:

- rectes (el pla axial és vertical)

- inclinats (el pla axial presenta un cert angle d'inclinació)

- ajaguts (el pla axial és horitzontal)

DEFORMACIONS FRÀGILS O RÍGIDES

A. FRACTURES

Quan les roques no poden absorbir els esforços als quals estan sotmeses, es trenquen. Les fractures són deformacions fràgils de les roques i poden tenir lloc com a conseqüència de qualsevol tipus de forces, siguin de compressió, de distensió o de cisalla, tal i com hem vist abans. A més, poden mesurar des de mil·límetres fins a milers de quilòmetres. Són les estructures de deformació geològica més abundants que existeixen, són molt comuns.

TIPUS DE FRACTURES

1. Les diàclasis són fractures de les roques en què els fragments no es desplacen, sinó que es mantenen en la posició inicial.

2. Les falles són fractures de les roques amb desplaçament o dislocació d'un bloc respecte d'un altre. Normalment aquestes fractures van acompanyades de terratrèmols de diferents intensitat. 

La dislocació dels blocs, també anomenats llavis de falla, origina bàsicament tres tipus de falles: directa (o normal), inversa i d'esquinçament (transformant o de cisalla)

Falla directa: es forma per l'acció d'esforços distensius. Els llavis de falla llisquen per allunyament dels blocs.

Falla inversa: es forma per l'acció d'esforços compressius. Un llavi de fall s'aixeca per damunt de l'altre.

Falla d'esquinçament: es forma per esforços de cisalla. El desplaçament dels llavis és horitzontal (lateral).

Les fractures es poden presentar formant formant associacions o sistemes de falles, cosa que origina estructures complexes com les fosses tectòniques*, també anomenades graben, i els pilars tectònics, o horst.

*No confondre amb fosses tectòniques abissals de la zona de subducció!

B. ALTRES DEFORMACIONS FRÀGILS

Existeixen altres deformacions fràgils més complexes:

1. Encavalcaments. Són una combinació entre un plec gairebé horitzontal i una falla inversa. El llavi de falla aixecat llisca i arriba a sobreposar-se damunt el llavi o bloc enfonsat, de manera que els materials més antics del llavi aixecat queden damunt dels més moderns del llavi enfonsat.

2. Mantell de corriment. És un sistema d'encavalcaments que afecta una gran superfície. Se solen formar en els orògens de col·lisió a causa de la forta compressió a què estan sotmesos els materials que queden entre les dues plaques.

Tectònica i relleu (II)

 Fenòmens intraplaca.

Quan els plomalls tèrmics, o columnes de magma, procedents de la zona D" arriben a perforar la litosfera en zones intraplaca (a l'interior de les plaques tectòniques, no al límits o vores), s'hi poden donar diversos fenòmens:

A- Formació d'illes volcàniques (PUNTS CALENTS). És el fenomen responsable de la formació d'illes com les Hawaii o les Canàries, l'edat de les quals augmenta a mesura que s'allunyen del punt calent.

Un plomall de magma genera un punt calent i l'aparició d'un volcà submarí. 

La litosfera oceànica és prima i flexible, per la qual cosa la ploma tèrmica la perfora amb facilitat.

L'acumulació de magma permet que el volcà emergeixi de l'aigua, i que es formi una illa volcànica.

Com que el punt calent no es desplaça, sinó que es queda al mateix lloc d'origen, hi va perforant vies d'escapament noves, i origina així altres volcans, que es desplacen amb la placa i perden activitat a mesura que es desplacen del punt calent.

B- Formació d'un rift (rifting). Els plomalls ascendents poden generar un rift continental, és a dir, una zona de depressió tal i com hem vist en el cas de les dorsals oceàniques anteriorment però originat sobre l'escorça continental i amb origen en una columna de magma ascendent (plomall o ploma). A partir d'ell es pot iniciar la fractura d'un continent. 

El rifting és la fragmentació d'un continent per acció d'una ploma tèrmica (plomall o columna) situada sota la litosfera continental, quan aquesta té un gruix i una rigidesa que li impedeixen perforar-la i, per tant, el magma s'acumula sota la superfície.

És el cas del Rift Valley, a l'Àfrica Oriental, un rift de gairebé 5000km de longitud, que es continuaria amb el Mar Roig i a on ja s'ha generat una dorsal oceànica. 

El procés de rifting comprèn les fases següents:

1. Els magmes es van acumulant lentament sota la superfície de la litosfera continental. 

2. A poc a poc, per efecte de la calor i la pressió d'aquests magmes, la litosfera es dilata, perd densitat i es comença a corbar. 

3. A mesura que es corba i s'eleva, la litosfera s'estira fins a fracturar-se en sentit longitudinal (rifting). Aquesta fractura s'anomena rift continental. 

Des del punt de vista geològic, el rift és una fossa tectònica que té origen en l'enfonsament, per efecte de la gravetat, dels blocs que es generen quan es fractura la litosfera. 

EL CICLE DE WILSON (Tuzo Wilson)

És la hipòtesi proposada per aquest geòleg canadenc i esmentada abans, segons la qual el rifting constitueix la primera fase d'un cicle que s'inicia amb la fracturació d'un continent, segueix amb la formació d'un oceà entre els fragments separats i culmina amb la desaparició d'aquest quan comença la subducció en una de les seves vores i la col·lisió final de dues masses continentals. 

Així s'explica la fragmentació de Pangea i la deriva continental fins a les posicions dels continents actuals, en un procés continu i cíclic que els tornarà a ajuntar.

                                                                                     

Primeres fases del cicle de Wilson: transformació del rift en dorsal:

La calor procedent d'un plomall tèrmic inicia la fractura de la litosfera continental, i es forma un rift.

Comença a generar-se litosfera oceànica nova entre els dos fragments, l'aigua marina envaeix la vall i dona pas a la formació d'una dorsal oceànica nova.                                                                              

Rift Valley

L'activitat sísmica i volcànica al llarg del Rift Valley acabarà formant-hi una placa nova, anomenada Somalí, que se separarà de la placa Africana.  

Tectònica i relleu (I)

1.  Vores convergents

Aquestes vores es caracteritzen perquè són zones de destrucció de les plaques litosfèriques. Hi ha dos tipus de fenòmens associats a les vores convergents: 

A. Zones de subducció

A mesura que que la litosfera oceànica s'allunya de la dorsal on es va formar, es va refredant i es fa més densa. Quan xoca contra una altra placa es doblega i se submergeix o subdueix en el mantell, segons un pla inclinat, a una velocitat d'entre 6 i 16 cm a l'any. Les seves restes poden arribar fins a la zona D" per efecte de la gravetat. 

La placa que se subdueix és sempre oceànica, perquè és més densa, però la placa cavalcant (la que queda a la superfície), pot ser oceànica o continental. Tant en un cas com en un altre, tenen lloc processos semblants: 

- es destrueix litosfera oceànica

- es genera una intensa activitat sísmica i volcànica

- Es produeix magmatisme* per la fusió del basalt de la placa subduent

- Es produeix metamorfisme* i deformacions per l'increment de la pressió i la temperatura.

La subducció, que pot durar més de 200 M.a., genera dos tipus d'orògens (formació de muntanyes i serralades per la compressió de sediments): arcs d'illes i orògens tèrmics:

La col·lisió de dues plaques oceàniques genera un arxipèlag d'illes volcàniques, denominat arc d'illes, molt freqüent al Pacífic, per exemple al Japó i les Filipines.

La col·lisió d'una placa oceànica amb una de continental origina un orogen tèrmic, com els Andes, generat pel xoc entre la placa de Nazca o la Sud-americana.

* Segons el seu origen, les roques classifiquen en 

- magmàtiques o ígnies: procedeixen del refredament d'un magma

- metamòrfiques: procedeixen de roques magmàtiques o sedimentàries que han patit processos tectònics d'elevació de pressió i temperatura a l'escorça terrestre, modificant-les i transformant-les.

- sedimentàries: procedeixen de sediments acumulats i amb diferent grau de compactació.

B. Vores convergents de col·lisió continental

A mesura que els blocs continentals s'acosten, la litosfera oceànica entre ambdós se subdueix sota la continental. Al llarg del temps, l'aigua desapareix i una gran part dels sediments dels fons oceànics s'acumulen per compressió i s'aixequen.

 

Quan els blocs continentals xoquen, les seves plaques no se subdueixen, perquè la litosfera continental és massa lleugera per poder-se enfonsar fins al mantell. En aquest cas, les enormes forces de compressió fan que una de les plaques s'encavalqui damunt l'altra, fins que el moviment convergent s'atura. Les dues plaques queden unides mitjançant una sutura formada per la nova serralada. D'aquesta manera, els continents van augmentant de mida.

En aquestes zones tenen lloc els processos següents:

- El gruix de la litosfera continental augmenta, i es pot arribar a duplicar, a causa de l'encavalcament d'una placa damunt l'altra.

- Es forma una serralada o orogen de col·lisió, com l'Himàlaia, els Pirineus i les Serralades Bètiques. Generalment, les parts més altes d'aquestes serralades estan formades per roques sedimentàries procedents dels sediments oceànics, rics en fòssils d'organismes aquàtics, com ara mol·luscs, equinoderms, peixos, etc.

- Es produeix un ascens isostàtic (elevació) de l'orogen per l'empenyiment que exerceix el mantell sobre la litosfera engruixida. 

2. Vores divergents i vores de cisalla

A. Vores divergents

En aquests tipus de vores es genera escorça oceànica com a conseqüència d'un moviment divergent o de separació entre plaques. Presenten les característiques següents:

- Són zones de fractura de milers de quilòmetres de longitud per les quals el material calent del mantell surt a la superfície i hi origina una intensa activitat volcànica fissural. La seva evolució al llarg de milions d'anys dona origen a dorsals oceàniques o serralades submarines.

- El vulcanisme produeix grans volums de basalt, o sigui, escorça oceànica nova. Aquesta escorça queda adherida a la part més superficial del mantell, i hi forma una litosfera prima.

- Els corrents de convecció produeixen esforços que tendeixen a separar els dos flancs de la fractura, per la qual cosa tendeix a romandre oberta i això n'afavoreix la sortida continuada del magma basàltic. La depressió ocupada per la fractura rep el nom de rift.

Dorsal oceànica Atlàntica o mesoatlàntica.

B. Vores de cisalla

Les vores de cisalla es denominen també vores conservadores o passives, perquè no s'hi crea ni s'hi destrueix escorça.

Es formen quan dues plaques llisquen horitzontalment en sentit contrari, esquincen el terreny i generen les anomenades falles transformants, responsables d'una gran quantitat de sismes a causa de la fricció entre les plaques. La major part són als fons oceànics, on fracturen perpendicularment les dorsals i arriben a assolir milers de quilòmetres.

També n'hi pot haver als continents, com ara la falla de San Andrés, que constitueix una part del límit entre les plaques Pacífica i Nord-americana, i és responsable dels terratrèmols que afecten la zona de Califòrnia.

Falla de San Andrés

L'origen de la Terra IV

 5. Els moviments de l'interior de la Terra

5.1. El motor intern de la Terra

Per entendre com actua la dinàmica de la Terra, s'ha de tenir en compte la gravetat i l'energia en forma de calor. Cadascuna d'aquests dos factors determinen dues magnituds que ja hem vist anteriorment: la pressió i la temperatura.

El flux tèrmic és la quantitat d'energia calorífica que arriba a la superfície terrestre des de l'interior del planeta. Aquesta calor es pot transmetre per conducció, però, a causa de la baixa conductivitat de les roques, és un mecanisme molt lent.

El veritable motor de la dinàmica interna de la Terra són els corrents de convecció, mitjançant els quals el material calent, menys dens, i, per tant, més lleuger, ascendeix cap a la superfície. Quan es refreda, aquest material augmenta de densitat i es torna a enfonsar. Aquest flux de material és generat per la forta variació de temperatura entre la litosfera i la capa D".

Al mantell, el corrent ascendent seria originat pels plomalls tèrmics o columnes de magma procedents de la capa D". El corrent descendent es deu a la gravetat que actua sobre les plaques litosfèriques. En el cas de les capes que no es poden mesclar perquè tenen densitats diferents, com la del nucli metàl·lic i el mantell rocós, es produeixen corrents de convecció independents:

5.2. Moviments verticals de la litosfera

La litosfera rígida "sura" damunt el mantell sublitosfèric, i manté un equilibri de flotació anomenat isostàsia. 

Aquest equilibri s'altera a causa de dinàmiques que poden ser d'origen intern o extern, que provoquen moviments en vertical de blocs o porcions de litosfera per restablir l'equilibri isostàtic, com passa en un vaixell quan es carrega o es descarrega:

D'una manera senzilla, la isostàsia es pot explicar pel principi d'Arquímedes, segons el qual en un conjunt de blocs submergits en un fluid, cadascun s'enfonsa més o menys en funció del volum i la densitat que té.

Un increment del pes sobre la litosfera pot provocar-ne l'enfonsament, un fenomen denominat subsidència. Un exemple són les grans acumulacions de gel sobre els continents durant les glaciacions, o de sediments a les conques sedimentàries. Per contra, l'erosió o el desgel redueixen el pes damunt dels blocs, cosa que provoca que s'elevin: 

5.3. Moviments horitzontals de la litosfera

Fins a principis del segle XX, les idees predominants sobre els continents eren fixistes i defensaven que havien estat sempre en les mateixes posicions que ocupen actualment.

Wegener i la hipòtesi de la deriva continental

Encara que va tenir precursors, la formulació més completa i important sobre possibles desplaçaments horitzontals dels continents va ser la d'Alfred Wegener el 1912. La seva hipòtesi de la deriva continental relacionava, mitjançant una explicació unificadora, nombrosos fenòmens observats en el camp de la paleontologia, la geodèsia (branca de la geofísica que estudia la forma i les dimensions de la Terra i del camp de gravetat) i la geografia. 

A mitjan dècada dels anys vint del segle passat, la teoria de la deriva continental va caure en descrèdit i només va començar a ser reconsiderada una trentena d'anys més tard.

Wegener afirmava que els continents es podien desplaçar i que feia 300 milions d'anys havien estat units i formaven una massa continental única, que va anomenar Pangea. A poc a poc, aquesta massa es va començar a fragmentar i els seus components es van anar allunyant els uns dels altres, desplaçant-se horitzontalment sobre els fons oceànics d'una manera semblant a com els icebergs es mouen pel mar, i això va donar lloc als continents actuals.

Com a suport a la teoria, Wegener va presentar una gran quantitat d'indicis i proves, però no va poder explicar quina força era capaç d'empènyer-los, i va suggerir que podria ser la rotació terrestre.

  

Proves geogràfiques. L'encaix dels perfils dels continents, sobretot d'Àfrica i Sud-amèrica, havia estat observat i esmentat per altres autors, com ara Benjamin Franklin al segle XVIII o Alexander von Humboldt al XIX.

 

Proves paleoclimàtiques. Un exemple són les empremtes deixades per una antiga glaciació que va tenir lloc fa 300 M.a. La distribució de les fletxes blaves indica les direccions dels senyals d'erosió dels gel 

Proves paleontològiques. S'havien trobat fòssils d'animals i plantes molt semblants en continents diferents, cosa que no es podia explicar llevat que aquests continents haguessin estat en contacte en el passat.

 

Hipòtesi de l'expansió del fons oceànic

Després de la Segona Guerra Mundial es va produir una fase molt intensa d'exploració oceànica, afavorida per la tecnologia del sonar, que va permetre elaborar mapes detallats dels fons oceànics. A més, als laboratoris es van enllestir mètodes nous basats en l'estudi de la radioactivitat i el magnetisme romanent de les roques, mentre que el desenvolupament dels ordinadors va proporcionar un tractament més eficaç de les dades.

El conjunt de descobriments nous sobre la natura geològica i geofísica del fons marí va culminar amb la formulació de la hipòtesi de l'expansió del fons oceànic, elaborada per Harry Hess l'any 1962.

L'expansió del fons oceànic té lloc a les dorsals, on es forma l'escorça oceànica nova mitjançant l'activitat volcànica i el moviment gradual del fons, que es fa cap a fora de la dorsal.

La simetria a les bandes de magnetisme romanent de les roques constitueix una prova que a les dorsal es crea litosfera nova que és empesa cap als costats a mesura que va sorgint més material per la dorsal.

 

5.4. La tectònica de plaques

L'expansió del fons oceànic proposat per Hess va ser el detonant per al desenvolupament d'una teoria completa sobre els processos geològics: la teoria de la tectònica de plaques.

El concepte de placa va ser elaborat arran de la interpretació de la distribució mundial de terratrèmols i volcans. Les plaques poden ser oceàniques, compostes íntegrament per litosfera oceànica, o mixtes, compostes per una part de litosfera continental i una d'oceànica.

Principals postulats de la tectònica de plaques

- La litosfera està dividida en plaques, unes regions estables limitades per franges inestables d'una gran activitat sísmica i volcànica, que encaixen entre elles com les peces d'un gran trencaclosques.

- La litosfera oceànica, més prima i densa que la continental, es genera contínuament a les dorsals oceàniques. Atès que el volum terrestre és constant, una quantitat equivalent a la litosfera oceànica creada es destrueix a les fosses o zones de subducció.

- La calor interna de la Terra, juntament amb la força de la gravetat, generen corrents de convecció que mouen unes plaques respecte de les altres, i que arrosseguen amb elles els continents.

- Les plaques interactuen entre elles i d'aquesta manera originen les grans estructures del relleu terrestre i fenòmens associats, com els terratrèmols.

Algunes proves de la tectònica de plaques

- La cartografia de fons oceànics mostra dorsals, fosses i grans falles submarines.

- Mesuraments directes fets per diversos mètodes han demostrat el desplaçament i la direcció que segueixen les plaques actuals.

- El gruix dels sediments minva des de les voreres continentals fins que són gairebé inexistents a les dorsals.

- L'edat de les roques augmenta des del centre de les dorsals cap als continents. A més, no s'han trobat roques de més de 185 M.a. als fons oceànics.

Moviments relatius de les plaques

Els llocs de contacte entre les plaques tectòniques s'anomenen voreres (també límits). Segons com siguin els moviments relatius entre les plaques, a les voreres es produeixen diversos fenòmens geològics en els quals hi ha creació, destrucció o conservació de la litosfera. Hi tenen lloc intensos fenòmens geològics, com ara terratrèmols, activitat volcànica, subsidència, etc.

El tipus de vorera depèn dels moviments relatius que facin les plaques i de com interactuen entre elles.