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Tectónica de placas

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Tectónica de placasJuan Manuel Espíndola Castro

Dirección General deDivulgación de la Ciencia

Coordinación editorialRosanela Álvarez y Juan Tonda

Diseño de la colecciónElizabeth Cruz

Corrección técnicaMartín Bonfil y Javier Crúz

FormaciónElizabeth Cruz y Kenia Salgado

Asistente editorialLeticia Monroy

Ilustración de portadaElizabeth Cruz

IlustracionesRaúl Cruz

Impreso y hecho en México

Este libro no puede ser reproducido, total ni parcialmente, por ningúnmedio electrónico o de otro tipo, sin autorización escrita de los editores.

Primera edición, 2006

D.R. © Dirección General de Divulgación de la CienciaUniversidad Nacional Autónoma de MéxicoEdificio Universum, tercer piso, Circuito Cultural,Ciudad Universitaria, Coyoacán 04510, México, D.F.

ISBN 970-32-2080-0

Agradecemos el apoyo otorgado por ISA Corporativo

Tectónica de placas

Un poco de historia

Cuando se escucha la palabra revolución, la mayoríade personas piensa en algún evento político-social.Aquí nos vamos a referir a otro tipo de revolucionesque, a pesar de ser menos dramáticas, afectan a lasociedad de manera profunda. Nos referimos a lasrevoluciones científicas, cuyo papel determinante enla sociedad cambia nuestra percepción del mundo y latecnología de la que nos servimos en la vida diaria.Un ejemplo de revolución científica fue la debida aCopérnico, al considerar que la Tierra era un plane-ta y se movía alrededor del Sol y no al contrario,como daban por hecho los astrónomos de la época.

Estos descubrimientos son revolucionarios por-que conducen a una interpretación de la naturalezaradicalmente distinta de la que se tenía hasta enton-ces, y van en contra de ideas generalmente acepta-

J u a n M a n u e l E s p í n d o l a C a s t r o6

das. Dichos cambios no son aceptados con generalalegría por la mayoría de los científicos de la época,sino con escepticismo y recelo. Sólo el peso de loshechos y el paso del tiempo les confieren su debidolugar. No cualquier afirmación descabellada es unaidea científicamente revolucionaria sólo por el he-cho de ir a contracorriente. En general son propues-tas con argumentos serios que dan solución a losmúltiples problemas que se acumulan en la cienciaa lo largo del tiempo.

Una de estas revoluciones se produjo en las cien-cias de la tierra durante el siglo pasado. Recibe elnombre de tectónica de placas, y está asociada conla idea fundamental de que los continentes bajo nues-tros pies se mueven.

El movimiento al que se refiere la tectónica de pla-cas es un movimiento de la corteza terrestre sobre lasuperficie del planeta. Este movimiento es el que haproducido un cambio en la posición relativa de loscontinentes, separándolos en algunas partes y acer-cándolos en otras. Esta afirmación resulta difícil deaceptar de buenas a primeras, pues el movimiento estan lento que no podemos percibirlo. Y sin embargo,tomando palabras de Galileo, se mueven.

Comencemos entonces con un poco de historia.El primer científico que propuso esta teoría seria-mente, apoyándola con argumentos de varios tipos,fue el astrónomo y geofísico alemán Alfred Lothar

T e c t ó n i c a d e p l a c a s 7

Wegener (1880-1930). Wegener notó que la costaoriental de Sudamérica parecía encajar en la cos-ta occidental de África. ¿Cómo podía tal ajuste noser más que coincidencia si, como se creía en esosdías, los continentes están fijos sobre el planeta? We-gener ahondó en los estudios sobre la geología y pa-leontología global y encontró evidencias de que loscontinentes habían estado unidos en el pasado. Ensu libro El origen de los continentes y los océanos,publicado en 1915, expuso sus ideas sobre el des-plazamiento de los continentes. Wegener pensabaque hace unos 200 millones de años existía un sologran continente al que llamó Pangea (del griego pan,todo, y gea, tierra) (véase figura 1).

Figura 1. Pangea


Wegener sostuvo que por aquella época comen-zaron a desprenderse los actuales continentes, mo-viéndose a las posiciones en que los encontramosactualmente, como si fuera un enorme rompecabe-zas. Sin embargo, cuando unimos las piezas de unrompecabezas sabemos que el mero ajuste de dosbordes no es suficiente para saber si los dos elemen-tos van juntos; es necesario que el diseño continúe enambos elementos. Wegener argumentó que efectiva-mente existía continuidad geológica y paleontológi-ca en los continentes que alguna vez habían estadounidos. Es decir, que los tipos de rocas y rasgos geo-lógicos continuaban de un continente en otro.

Por ejemplo, en el extremo sur de África se en-cuentran las llamadas Montañas del Cabo, formadasdurante el periodo pérmico (hace 286-245 millonesde años). Montañas semejantes, en tipo de roca yestructura, se encuentran en el territorio de la actualArgentina. Por otro lado, en el occidente africanoencontramos una gran plataforma de una roca muyparticular conocida como gneiss, bandeada y de gra-no grueso. Este mismo tipo de rocas conforman laplataforma gneisítica del Brasil. De manera análo-ga, los pliegues gneisíticos de Escocia encuentrancontinuación en las montañas de la península delLabrador, en Canadá, y otras sierras de Escocia yNoruega en las montañas Apalaches canadienses.Otras sucesiones de rocas en Sudamérica, África,


India, Antártida y Australia muestran también nota-ble similitud.

Wegener argumentó que en localidades que ahorase encuentran en diferentes continentes se podían re-conocer tres estratos diferentes con las mismas ca-racterísticas y sucesión, y que son las siguientes: lacapa más profunda (y por consiguiente más antigua)es una capa de tillita, roca formada por los sedimen-tos de los glaciares que en su lento movimiento des-garra las rocas por las que pasan. La capa o estratointermedio es una capa con areniscas (formadas apartir de arenas), lutitas (formadas a partir de arci-llas) y carbón. Estas dos capas también contienen fó-siles de Glossopteris, un helecho que se extinguió hace200 millones de años. Finalmente, la capa más jovenestá compuesta por lavas. Esta sucesión de rocas deorigen muy particular en lugares ahora remotos y des-conectados plantea varias preguntas: en primer lugar,¿podría darse casualmente por procesos semejantesque ocurrieron al mismo tiempo a distancias muygrandes y en el mismo orden? En segundo lugar, dadoque, por ejemplo, la tillita indica la ocurrencia de gla-ciaciones, ¿podrían haber ocurrido con la disposiciónactual de los continentes? Por último, ya que los fósi-les de Glossopteris se han encontrado en Sudamérica,África, India, y Australia, ¿podrían haberse distri-buido tan ampliamente en el pasado en lugares conclima tan diverso?


Wegener pensó que una mejor solución al proble-ma era considerar que los continentes habían estadocongregados en un solo supercontinente (Pangea),del que después se habían desprendido y movido alas posiciones actuales. De esta manera era posibleexplicar la distribución de Glossopteris, suponién-dola extendida sobre un área geográfica original con-tigua más pequeña. Lo mismo podía decirse de otrosfósiles.

Wegener también usó la distribución de los tiposde roca específicos para determinar la distribución dezonas climáticas en el pasado. Por ejemplo, las tilli-tas y las rayaduras en la roca que producen los gla-ciales sobre sus rocas indican clima polar, y las rocascalcáreas de origen coralino, clima tropical. Comopodemos ver si consultamos un mapa actual de cli-mas, las diferentes zonas climáticas son aproximada-mente paralelas al ecuador; sin embargo, las zonasclimáticas reconstruidas del pasado no son paralelasal ecuador actual: para explicarlas es preciso supo-ner que el polo de rotación de la Tierra ha cambiado;o bien, como propuso Wegener, que los continentesse han desplazado a otras posiciones.

Muchos de estos problemas en la interpretaciónde la evolución de la Tierra eran bien conocidos entiempos de Wegener. Pero se proponían solucionesmenos radicales que no involucraban el movimien-to de los continentes. Así, para explicar la distribu-


ción de los fósiles que hemos comentado, los pa-leontólogos invocaban la existencia de “puentes in-tercontinentales” que eran porciones de tierra queconectaban los continentes y posteriormente habríansido sumergidas por los océanos. Por otro lado, paraexplicar la formación de montañas, que Wegeneratribuía al movimiento de los continentes, se proponíaque la Tierra, al enfriarse, se contraía formando plie-gues, como se forman en una manzana cuando seseca. Estas teorías eran insuficientes para explicarla totalidad de las observaciones y presentaban pro-blemas muy serios, aunque gozaban de una simple-za que las hacía preferibles a la solución radical deWegener. Porque, además, si los continentes se mue-ven, ¿qué fuerza los hace moverse? ¿Puede decir-nos el doctor Wegener cómo lo hacen? En este punto,desgraciadamente, Wegener no tenía una buena ex-plicación. Como meteorólogo, disciplina que tam-bién cultivaba, propuso fuerzas que son de relevanciaen el movimiento de la atmósfera pero que, comootros físicos se encargaron de demostrar, eran insu-ficientes para explicar el movimiento de algo tanrígido como las rocas. Por algún tiempo durante lavida de Wegener y algo después, se sostuvo un am-plio debate sobre la deriva continental en la que par-ticiparon sobre todo geólogos y geofísicos, lamayor de las veces con resultados poco favorablespara Wegener y sus pocos seguidores. Algunos años


más tarde el debate había terminado y la teoría ha-bía sido dejada de lado como caso curioso.

Sin embargo, en la década de 1950, el estudio delfondo marino había experimentado un crecimientonotable, y se acumulaba gran cantidad de informa-ción que debía ser interpretada. Por un lado, las téc-nicas de fechamiento de rocas habían madurado yya constituían una herramienta confiable para ladatación de rocas muy antiguas. Por otro lado, a cau-sa del tendido de cables telefónicos en el fondo oceá-nico, y las operaciones marinas en el curso de lasdos guerras mundiales, había surgido un gran cau-dal de información sobre el fondo marino. Se habíadescubierto que el fondo oceánico era geológicamen-te reciente y bastante irregular; con grandes cordi-lleras y fosas alargadas conocidas como trincheras.Contenía además una capa de sedimentos muy del-gada, lo cual planteaba problemas cuya solución noera evidente. La razón es que si el suelo marino hasido siempre el mismo, debería ser muy antiguo,contener una capa de sedimentos muy gruesa y pocorelieve debido a la erosión. Éste no sólo no era elcaso, sino que además el suelo marino poseía un sis-tema global de cordilleras submarinas de más de 50mil kilómetros de longitud, 800 de ancho y una ele-vación promedio de 4 mil 500 metros sobre el niveldel fondo oceánico. Y para complicar las cosas esta-ban los datos magnéticos sobre el fondo marino.


Polaridades magnéticas e inversionesdel campo

Durante la segunda Guerra Mundial, los técnicos ycientíficos de las naciones enfrentadas, sobre to-do los Estados Unidos e Inglaterra, habían diseñadociertos instrumentos para medir campos magnéticosmuy débiles, llamados magnetómetros, con el finde detectar los producidos por los submarinos y co-nocer, de este modo, su ubicación. En los años 50,dichos instrumentos fueron adaptados para medir eldébil campo magnético de las rocas. Éstas últimascontienen cantidades muy pequeñas de magnetita,el componente esencial de la piedra imán, que lesconfiere un campo magnético muy débil pero per-manente y estable. Los pequeños cristales de mag-netita se forman en la roca cuando se enfría a partirde un estado de fusión y posteriormente se alineancon el campo magnético de la Tierra. Al solidificar-se la roca, conservan la dirección en que fueron mag-netizadas. Los granos de magnetita “retratan” ladirección del campo magnético presente cuando seformaron.

Al medirse la magnetización de las rocas oceáni-cas, los resultados fueron asombrosos. En lugar deencontrarse una distribución similar de la direcciónde magnetización, se encontraron bandas con mag-netización en un sentido, seguidas de bandas de


magnetización en sentido contrario con centro enlas cordilleras submarinas.

Ya desde las primeras décadas del siglo XX, loscientíficos habían descubierto que las rocas delos continentes no tenían una misma direcciónde magnetización, además de las direcciones nor-males, es decir, las que reflejan aproximadamenteel campo actual de la Tierra; había otras inversas oen dirección aproximadamente contraria a las ante-riores, situación que sugiere que el campo magnéticoterrestre se ha invertido abruptamente en el pasado,es decir, que los polos Norte y Sur magnético hanestado en los puntos opuestos. Este fenómeno ex-plicaba la aparición de bandas magnéticas centra-das en las cordilleras oceánicas, si se supone que lasrocas se han formado ahí, donde adoptan el magne-tismo terrestre en el momento de su cristalización.El patrón bandeado sugiere que las franjas de fondomarino son desplazadas lateralmente y el nuevomaterial que allí se solidifica adquiere la direccióndel campo terrestre del momento. Este mecanismofue llamado esparcimiento del fondo oceánico.

Ya que el mecanismo supone la formación conti-nua de nueva corteza oceánica, la pregunta es aho-ra: ¿cómo se distribuye esta corteza si la Tierra tieneuna superficie constante, o peor aún, si se está con-trayendo? Una solución sería suponer que la Tierra,en lugar de contraerse, se expande y así acomoda la


nueva corteza, pero tal conclusión acarreaba másdudas que explicaciones. Así las cosas, Harry H.Hess (1906-1969) y Robert S. Dietz (1938-1995),científicos estadounidenses, propusieron que si lacorteza se está creando en las cordilleras oceánicas,debe estar desapareciendo en otras regiones. Estoscientíficos propusieron que la corteza generada en lascordilleras oceánicas se desplazaba a lo largo de gran-des áreas formando el fondo marino, y se sumía en lasgrandes trincheras oceánicas para desaparecer en elmanto, que como veremos es la capa rocosa interna dela Tierra, de manera análoga a lo que sucede en lasescaleras mecánicas cuyos escalones aparecen en unextremo y desaparecen en el otro.

Las ideas de Hess y Dietz explicaban también porqué hay poca acumulación de sedimentos en el océa-no y por qué la corteza marina es tan joven. Hessademás sugirió que el océano Atlántico estaba cre-ciendo, mientras que el Pacífico se estaba encogien-do, de manera que esto implicaba un movimientode los continentes, tal como lo planteaba Wegeneren su teoría de la deriva continental.

El paso siguiente fue sintetizar ambas teorías enuna sola coherente. Dietz propuso que el movimientode esparcimiento de la corteza oceánica se realizabaen una capa externa cuyo comportamiento era rígi-do como una placa, y con un espesor de alrededorde 100 kilómetros, a la que hoy se conoce como li-


tosfera (del griego litos, roca y sfara, esfera). Estoentraña una diferencia esencial con el modelo deWegener, porque ahora el movimiento tanto de loscontinentes como del lecho marino se desarrollaen una capa más gruesa. Otras disciplinas aporta-ron evidencias necesarias para construir la nuevateoría unificada, a la que se llamó tectónica de pla-cas. Por ejemplo, los sismólogos encontraron quelas zonas en que la placa descendía hacia el manto,ahora llamadas zonas de subducción, son revela-das por la localización de los focos de los terremo-tos. Dichas zonas son los lugares donde ocurren lamayoría de los temblores globales y sobre todo losgrandes terremotos.

La tectónica de placasen pocas palabras

La tectónica de placas comenzó a ser generalmenteaceptada a principios de los años setenta. Pasaríanvarias décadas, sin embargo, antes de que quedarasólidamente sostenida con la fuerza de las observa-ciones y el desarrollo teórico.

Consideremos en primer lugar la estructura inter-na de la Tierra, que podemos ver en la figura 2. Enel centro, con un radio de aproximadamente 3 milkilómetros, se encuentra lo que se conoce como elnúcleo terrestre, compuesto fundamentalmente por


elementos metálicos como hierro y níquel. La si-guiente capa está compuesta por rocas. Los geoquí-micos infieren que son peridotitas, ricas en silicio yoxígeno, así como aluminio, magnesio y calcio. Aesta capa se le llama manto, y junto con el núcleoforma casi el 100 por ciento del volumen de la Tie-rra, ya que su cascarón más externo, formado porlas rocas que vemos bajo nuestros pies, y que cons-tituye la corteza terrestre, sólo tiene espesores deentre 10 y 50 kilómetros (en la escala de la figura esmás delgada que el grosor de la línea del dibujo).Las rocas de la corteza son de composición diferen-te a las del manto: entre ellas hay basaltos y grani-tos, rocas menos densas que la peridotita.

Los sismólogos, al estudiar la propagación de lasondas que causan los terremotos a través del inte-rior de la Tierra, han encontrado que su velocidad

Figura 2. Estructura interna de la Tierra.


aumenta progresivamente con la profundidad, des-de unos 7 kilómetros por segundo en la base de lacorteza hasta unos 14 kilómetros por segundo cercadel núcleo. Esto es debido sobre todo a que a mayorprofundidad las rocas se encuentran más comprimi-das, por lo que sus átomos se encuentran más próxi-mos entre sí y transmiten las ondas más rápidamente.Pero existe una zona en el manto, a profundidadesentre 100 y 200 kilómetros, en que la velocidad dis-minuye en lugar de aumentar. La disminución sedebe probablemente a que a esas profundidades ytemperaturas las rocas se encuentran parcialmentefundidas.

La porción de manto por encima de la zona debaja velocidad y la corteza terrestre tienen propie-dades mecánicas muy semejantes, es decir, se mue-ven conjuntamente. Por lo tanto, ambos, corteza ymanto subyacente, forman una unidad con espesoraproximado de 100 kilómetros. Ésta es la capa co-nocida como litosfera, que es capaz de presentar mo-vimientos como un sólido rígido flotando sobre elmanto parcialmente fundido, al que se llamó atenos-fera. Tanto la corteza oceánica como la continental yel manto que se encuentra debajo, se mueven comoun todo (véase figura 3).

La litosfera no es continua sobre la superficie dela Tierra: no es como la cáscara de una naranja que lacubre sin interrupción; más bien es como un balón de


futbol, recubierto por secciones. Estas secciones quese mueven como elementos rígidos reciben el nombrede placas. Las placas sufren movimientos relativos,debidos a fuerzas de origen aún no completamenteconocido, aplicadas a lo largo de las mismas. El mo-vimiento relativo entre ellas se da porque en algunosde sus márgenes, sobre todo en las cordilleras oceá-nicas se está creando nueva litosfera, mientras queen otros márgenes se sumergen (subducen) bajo otraplaca menos densa.

La mayoría de los científicos que han dirigido suatención a las causas del movimiento de las placassuponen que las fuerzas que producen los movimien-tos de las placas son debidas a movimientos en elmanto y que son arrastradas por éste. Algo semejan-te sucede cuando se hierve agua. El fluido más cer-

Figura 3. Corte de las placas.


cano a la fuente de calor se expande, se vuelve me-nos denso y tiende por lo tanto a subir a la superfi-cie, donde se enfría y es desplazado hacia el fondopor el fluido ascendente. De esta manera se estable-ce un proceso continuo de corrientes de ascenso ydescenso del líquido, llamadas celdas de convección.Aunque el manto terrestre está compuesto por ro-cas, en su seno pueden presentarse corrientes deconvección como en un líquido, si lo sometemos afuerzas por tiempos muy largos. Si aplicamos a ésteuna tensión por un tiempo corto, la roca volverá a suposición inicial, es decir se comportará elásticamen-te. Si la tensión se aplica por un periodo prolongadode tiempo, la roca quedará deformada permanente-mente, es decir, la roca se comportará plásticamente.Así se explican los pliegues de las rocas que obser-vamos muchas veces en los cortes de las carreteras.Finalmente, si la tensión se aplica indefinidamente,la roca fluirá como un líquido.

El calor necesario para la convección en el mantotiene varios orígenes: una parte es el calor que que-dó contenido en el planeta durante su formación;otra parte proviene de la compresión del planeta porsu propia gravedad y, finalmente, la contribución másimportante: el decaimiento de elementos radiacti-vos contenidos en las rocas, que aunque es una canti-dad muy pequeña, dado el tamaño de la Tierra llegaa ser una cantidad importante.


El movimiento de las placas nos habla de la exis-tencia de una dinámica interna del planeta y justificasu designación como “planeta vivo”. Ahora sabemosque otros cuerpos de tipo terrestre del Sistema Solarya no registran movimientos de placas, pero los tu-vieron en el pasado.

La tectónica de placas y el territoriomexicano

Figura 4. Placas que afectan a México.


México es parte de una gran placa designada comoplaca de Norteamérica; bajo esta placa se están des-lizando la placa de Cocos y la pequeña placa de Ri-vera (véase figura 4).

La sismicidad de nuestro país, cuya mayoría deepicentros tienen lugar en la costa occidental, se ex-plica por este hecho. Los volcanes de la faja volcá-nica mexicana, al que pertenecen la mayor parte denuestros volcanes activos, pueden explicarse tam-bién así. Aunque en este último caso existen aún algu-nas interrogantes, como el hecho de que la cadenavolcánica no sea paralela a la trinchera, sino con cier-ta oblicuidad. Hacia el noroeste, bajo el Mar de Cor-tés, existe un sistema de fallas que han apartado lapenínsula de Baja California (perteneciente a la pla-ca del Pacífico) del resto del continente (que perte-nece a la placa de Norteamérica). Este sistema defallas tiene su continuación más al norte y encuen-tra expresión en la famosa falla de San Andrés yotras fallas asociadas.

Epílogo

Al hablar de las ideas de Wegener nos remontamosunos 200 millones de años en el pasado, pero nues-tro planeta, como hemos mencionado, es muchísi-mo más viejo; así que el lector se preguntará si latectónica de placas es un proceso que ocurrió única-


mente en los últimos cientos de millones de años.La respuesta es no: dado que la causa fundamentaldel mecanismo es la transferencia de la energía in-terna del planeta, y ésta en el pasado fue inclusomayor, los procesos deben haber actuado a lo largode la vida de la Tierra. La reconstrucción de ese pa-sado más remoto, sin embargo, es más difícil y suje-ta a debate, porque las huellas del proceso son másescasas y menos claras. Por otro lado, el reciclamien-to de la litosfera elimina progresivamente los restosde corteza más antigua y con ella la información queguardaba.

El proceso continuará en el futuro hasta que laTierra agote su energía interna u otro proceso plane-tario termine con su curso. En 100 millones de añosel mapa del mundo será muy diferente del actual;pero podemos vislumbrarlo con las herramientas quenos proporcionan los conceptos que hemos consi-derado. Éste es el poder de la ciencia: permitirnosreconstruir el pasado y darnos un atisbo del futuro.

El autor agradece a Mónica Espíndola Mata por la revisión del texto.

Juan Manuel Espíndola Castro

Estudió física en la Facultad de Ciencias de la UNAM. Obtu-

vo el grado de doctor en la Purdue University, Indiana, EUA.

Es investigador en el Instituto de Geofísica de la UNAM, en el

Departamento de Vulcanología. Sus intereses se enfocan a

los procesos físicos en volcanes activos y sismología volcá-

nica. Ha realizado investigación sobre los volcanes activos

mexicanos, particularmente el Chichón, Tacaná, Colima, Tres

Vírgenes, Popocatépetl y San Martín Tuxtla.

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