TEMA 3: ESTRUCTURA DE LA TERRA. LA GEOSFERA.

GEOMORFOLOGIA INTERNA

1

3.- L’ESTRUCTURA DE LA TERRA

La Geodinàmica és una branca de les Ciències de la Terra que estudia els agents o forces que intervenen en els processos dinàmics de la Terra. Es pot dividir en:

Geodinàmica interna: estudia les transformacions de l’estructura interna de la terra i les forces que les causen.

Geodinàmica externa: fa el mateix amb l’exterior, amb la superfície, estudiant les forces (vent, aigua, gel, etc.) que creen el relleu.

Classificació de l’interior terrestre

Com hem vist, al planeta com a tal domina la part sòlida, tant la visible, formant serralades i relleus diversos, com la interna. Si atenem sols a esta part sòlida (geosfera), la podem considerar des de dos punts de vista:

Atenent a la seua estructura i composició (els seus materials) • Escorça. És la capa sòlida superficial. Es distingeixen dos tipus d'escorça:

o Escorça oceànica. És l'escorça que està sota els oceans, és a dir, la que constitueix els fons oceànics. Només té un espessor de 7 a 10 km i està formada per roques volcàniques, bàsicament per basalt.

o Escorça continental. És l'escorça que constitueix els continents. Té un espessor d'uns 40 a 60 km i bàsicament està formada per roques plutòniques, principalment granit, per roques sedimentàries, principalment argiles i calcàries, i per roques metamòrfiques, intermèdies entre les anteriors.

• Mantell. És la capa que hi ha sota l'escorça. Està constituïda per silicats de ferro i de magnesi. Arriba fins 2900 km de profunditat i presenta zones sòlides i zones pastoses.

• Nucli. És la part central del planeta i per això rep el nom d'endosfera. Està format de ferro (Fe) i níquel (Ni) i per això també rep el nom de Nife. Presenta dues capes:

o El nucli extern que és pastós o El nucli intern que és sòlid.

Atenent al seu comportament, a la seua dinàmica • Litosfera. Està formada per l’escorça i part del mantell (la part més sòlida). Pot arribar a tindre 200 km

d’espessor, i es fragmenta formant les plaques litosfèriques (o tectòniques), que interactuen entre elles xocant degut als corrents de convecció de la...

• Astenosfera. És una part del mantell, immediatament baix de la litosfera. Els seus materials estan en un estat semi sòlid i, degut al calor provinent del nucli, formen cèl·lules de convecció que els fan moure i, per tant, mouen les plaques litosfèriques de dalt.

• Mesosfera. És la resta del mantell fins al nucli. • Endosfera. És el nucli i, com hem vist, presenta dues capes a molt elevada temperatura, que fa que

l’exterior siga fluïda. La interior es creu que és sòlida degut a la immensa pressió que pateix. El nucli és el responsable del magnetisme de la terra, que fa que tinga dos pols magnètics.

Les úniques roques de les quals coneixem la composició són les que trobem a la superfície o a les prospeccions mineres. Com podem saber la composició interna de la Terra, de les seues capes, si mai hem arribat a traspassar la primera d’elles?

Deriva continental i tectònica de plaques Abans de 1912, els volcans, els terratrèmols, els plecs, les falles i la forma dels continents eren fets desconnectats i sense explicació respecte les seves causes. A partir de 1912 gràcies a la "Teoria de la deriva dels continents" del meteoròleg alemany Alfred Wegener (1880-1930), tots aquests fets han quedat relacionats i explicats. Aquesta teoria va ser el punt de partida de l'actual "Teoria de la tectònica de plaques", comprovada i acceptada científicament als anys 60, que defensa que a la Terra hi ha una capa sòlida anomenada litosfera que està fragmentada en diferents plaques que es mouen sobre zones més o menys pastoses del mantell, gràcies a corrents internes de magma, i que són els xocs entre aquestes plaques els que generen els plecs, les falles, els terratrèmols, etc. Els corrents ascendents de les cèl·lules de convecció donen lloc a les dorsals i els descendent als xocs de plaques i a les zones de subducció. Una vegada més ha estat l'esforç de molts científics el que ens ha permès conèixer la realitat i poder així determinar el que hem de fer per evitar els desastres naturals i per solucionar els problemes. A partir de com estan les coses actualment, i tirant arrere el puzle que formen els continents, arribem a un punt, fa entre 200 i 250 milions d’anys, on totes les terres emergides formaven un sol conjunt, la Pangea (“tota la terra”). A partir d’ací, i amb les fractures i desplaçaments, es creen dues grans masses. Una al sud, Gondwana, on trobaríem el que més tard serien Sud-Amèrica, Àfrica, l’Antàrtida, l’Índia i Oceania. Altra al nord, Lauràsia, amb el que seria Nord-Amèrica, i Euràsia. Està clar que els marges continentals, no serien iguals que en l’actualitat: el relleu va canviant al llarg del temps. Quins són els motors que produeixen aquests lents moviments, que creen el món que ara coneixem?

Les plaques litosfèriques (o tectòniques) La litosfera és la capa superficial sòlida del planeta, estreta i fràgil, i es fragmenta en plaques enormes (plaques litosfèriques o plaques tectòniques), que es mouen entre sí separant-se o xocant. Les col·lisions entre elles són els que generen els terratrèmols, els volcans, els plecs i les falles. La litosfera està constituïda per l'escorça i per la part superficial sòlida del mantell, l'anomenat mantell residual. Segons el tipus d'escorça que contenen es distingeixen dos tipus de litosfera que són: • Litosfera oceànica. És la que està formada per escorça oceànica i mantell residual. Constitueix els fons dels oceans i té un espessor mitjà de 65 km però a les grans serralades que hi ha en el fons dels oceans, les anomenades dorsals oceàniques, el seu espessor és de només 7 km. • Litosfera continental. És la que està formada per escorça continental i mantell residual. És la que constitueix els continents. Té un espessor mitjà d'uns 120 km. Segons quina de les dues domina tenim: • Plaques oceàniques. Són les que estan formades exclusivament per litosfera oceànica. Per exemple la placa Pacífica • Plaques mixtes. Són les que presenten una part de litosfera oceànica i una part de litosfera continental. Per exemple la placa Africana que presenta litosfera oceànica fins la meitat de l'Oceà Atlàntic i litosfera continental en el continent africà.

TEMA 3: ESTRUCTURA DE LA TERRA. LA GEOSFERA.

GEOMORFOLOGIA INTERNA

3

Les plaques actuals més importants són:

Plaques tectòniques grans Plaques tectòniques petites

1. Placa Euroasiàtica 2. Placa Africana 3. Placa Indoaustraliana 4. Placa Nord-americana 5. Placa Sud-americana 6. Placa Pacífica 7. Placa Antàrtica

1. Placa del Carib 2. Placa de Nazca 3. Placa de Cocos 4. Placa de Juan de Fuca 5. Placa Filipina 6. Placa de Scotia 7. Placa Aràbiga

Aquestes plaques comencen a moure’s. Per què? Igual que l’aigua d’una olla bull degut al focus de calor que té baix, el calor intern de la terra forma també corrents de convecció a la part superior del mantell, concretament a l’astenosfera, de consistència semi sòlida, plàstica, i que arriba fins els 250 km de profunditat. Aquesta fa que les plaques litosfèriques, situades sobre ella, es desplacen.

Però, clar, si per una banda se separen i deixen eixir nous materials que crearan nova litosfera, per altra hauran de xocar i engolir-se una baix l’altra. Així podem distingir diferents tipus de contacte entre plaques.

Separació de plaques Es produeix quan un corrent de magma arriba a una placa litosfèrica, la fragmenta i les continua separant durant milions d'anys. Un exemple d'això és la dorsal atlàntica, una gran serralada que hi ha al mig de l'Atlàntic, que és on es continua fent créixer les dues plaques americanes cap a l'oest i la placa africana i euroasiàtica cap a l'est. Degut a això cada any l'Atlàntic és uns 3 cm més ample.

Aquest procés comença fragmentant-se els continents, que van separant-se posteriorment fins que el mar s’introdueix en l’espai creat. Actualment es poden veure les fases d’aquest procés a diferents parts del món:

La primera fase de separació, o rift-valley, s’observa al sud-est del continent africà, a la vall del Rift, que li dóna nom.

La segona fase es pot veure al mar Roig, encara estret però ja envaït per les aigües.

I la tercera, o fase de dorsal, a l’oceà Atlàntic, amb les seues vores ben separades i amb la serralada dorsal atlàntica al mig.

De fet, la cadena muntanyosa més gran de la Terra no és l’Himàlaia, els Alps o els Andes, és la serralada submarina (dorsal oceànica, 80.000 km) que recorre l’Atlàntic de nord a sud (ix a l’exterior formant Islàndia), passa pel sud d’Àfrica, i es divideix pujant per l’Índic i pel Pacífic, cap al nord de nou.

Xoc d'una placa oceànica amb una placa continental

Es caracteritza perquè la litosfera oceànica s'introdueix sota la litosfera continental (zona de subducció), ja que aquesta és més gruixuda i menys densa. Un exemple d'això es dóna en la costa pacífica de Sud-América. El xoc provoca la subducció de la placa de Nazca, i els sediments acumulats a la vora del continent s’arruguen i pleguen, formant la serralada dels Andes. Part de la placa oceànica, en arribar a certes profunditats, pateix la fusió dels seus materials pel calor intern, que tornen cap amunt en forma de magma, creant volcans.

TEMA 3: ESTRUCTURA DE LA TERRA. LA GEOSFERA.

GEOMORFOLOGIA INTERNA

5

Els arcs insulars

Quan una placa oceànica xoca contra altra mixta, s’enfronten primer dels dues parts oceàniques, més primes. Una subdueix baix l’altra i els materials, al fondre’s, pugen en forma de magma, formant illes volcàniques paral·leles a la costa, anomenades “arcs insulars”. És el cas de les illes de Japó.

Xoc de les parts continentals de dues plaques mixtes

Quan dues plaques mixtes xoquen entre elles, el primer que s’enfronta són les parts oceàniques, més primes, i sobre les quals s’ha anat dipositant una enorme quantitat se sediments (geosinclinal). Però arriba un moment que els dos continents es troben front a front. Com les litosferes continentals són menys denses que el mantell cap d'elles s'enfonsa, per la qual cosa es pleguen els sediments acumulats entre elles i formen immenses serralades. Un exemple és la serralada de l'Himàlaia, formada al xocar l'Índia contra el sud de l'antic continent asiàtic. La prova és que a més de 5.000 metres d’altura es troben fòssils marins.

Xoc lateral de dues plaques

De vegades les plaques no xoquen frontalment, més bé es freguen, desplaçant-se una al costat de l’altra en direccions oposades. Això provoca un llarg front de tensions del qual resulten nombrosos terratrèmols, i la separació en sentits contraris de les terres, com ocorre a la falla de Sant Andrés, a Califòrnia.

Conseqüències de la tectònica Com a conseqüència del moviment de les plaques es produeixen a la superfície de la Terra una sèrie de fenòmens ben coneguts: els terratrèmols, els volcans i els plegaments.

Els terratrèmols

Són estudiats per la sismologia. Resulten de l’alliberament brusc de l’energia que va acumulant-se en la fricció o fregament de les diferents plaques o microplaques de l’escorça. Es produeixen molts cada dia, però la majoria són imperceptibles. Normalment són deguts a desplaçaments de grans blocs del terreny (falles), i tenen el seu focus baix terra (hipocentre), des d’on parteixen diferents tipus d’ones sísmiques. La manifestació externa més potent es produeix just damunt, a l’epicentre.

A partir del focus del terratrèmol es produeixen diferents tipus d’ones sísmiques: Les ones primàries (P), són ones de compressió. Són les més ràpides i les primeres captades pels sismògrafs. Es propaguen per tots els materials, sòlids i fluids. Les ones S, o secundàries, són les segones en arribar als sismògrafs. Tenen un moviment ondulatori i no travessen materials fluids. Ja en superfície, el terreny pateix les ones superficials L, Love i Rayleigh, que amb el seu moviment combinat són les causants de les destrosses. Són els terratrèmols i, en especial les seues ones P i S, els que ens ajuden a comprendre la composició interna de la Terra, degut al seu diferent comportament. La forma més coneguda per mesurar la intensitat d’un sisme és l’escala de Richter, molt inexacta.

Els volcans

Els volcans són estructures geològiques per on el magma de l’interior de la terra (acumulat a la cambra magmàtica baix del volcà) ix en forma de lava, normalment acompanyat de gasos. Normalment tenen forma cònica, degut a que els materials van acumulant-se en els laterals a l’eixir de la xemeneia, o tub d’eixida. Depenent de la fluïdesa i composició de la lava es distingeixen diferents tipus de volcans:

Hawaià: lava molt fluida, que va vessant de manera pausada i s’estén a grans distàncies. No són erupcions violentes ni amb grans explosions. Els més famosos són el Mauna Loa i el Kilauea, a Hawaii.

Strombolià: alternen erupcions explosives amb altres més calmades, que s’acompanyen de bombes volcàniques i lapil·li. Són erupcions més violentes que les hawaianes i formen la típica estructura cònica. Deuen el seu nom a l’illa se Stromboli.

Vulcanià i vesuvià: tenen una lava molt densa, que se solidifica amb rapidesa i produeix explosions violentes, acompanyades de núvols ardents, piroclasts i cendres, que poden sepultar ciutats, com va ocórrer a Pompeia i Herculà per culpa del Vesuvi.

TEMA 3: ESTRUCTURA DE LA TERRA. LA GEOSFERA.

GEOMORFOLOGIA INTERNA

7

Peleà: La seua lava és extremadament densa, formant-se una agulla que tapona l’eixida del cràter. L’enorme pressió provoca una gran explosió acompanyada de núvols de gasos molt densos i ardents, que llisquen sobre la superfície a elevadíssimes temperatures (1.000º) i a velocitats de més de 600 km/h, arrasant amb tot a molts quilòmetres de distància. Rep el nom del Mont Pelé (i de Pelé, déu del foc al Carib), en la Martinica, on van morir 28.000 persones l’any 1902.

El terme piroclast inclou fragments de diferent grandària, expulsat pel volcà i solidificat durant el seu recorregut aeri. De més a menys tenim: bomba, lapil·li i cendra.

Els volcans estan associats normalment als fenòmens vists abans de xoc o obertura de plaques. De vegades aquestes manifestacions no tenen formes còniques, com la sortida de lava per les esquerdes que apareixen en mig de la dorsal amb la separació de les plaques. La lava és el magma quan surt a l’exterior. Quan el magma es refreda lentament dins de la terra parlem de roques plutòniques, com el granit.

Deformacions de l’escorça: orogènesi Tot i que les veurem amb detall al següent tema, fem un repàs dels tipus de roques:

Magmàtiques. Formades per la solidificació del magma. Poden ser: o Plutòniques. El magma se solidifica lentament a l’interior de la terra (granit, diorita, etc.). o Volcàniques. El magma se solidifica a l’eixir a l’exterior (basalt).

Sedimentàries: Es formen a partir de la compactació dels sediments provinents de l’erosió de qualsevol tipus de roca (calcàries, argiles, gres, etc.).

Metamòrfiques: Provenen de la modificació per pressió i/o temperatura de qualsevol tipus de roca, sense arribar a fondre’s (pissarra, gneis, marbre).

El terme orogènesi es refereix a la formació de muntanyes i serralades, normalment per la deformació dels sediments deguda a les forces de compressió o distensió de l’escorça. El resultat dependrà del tipus de xoc (els hem vist abans). Així, una serralada pericontinental, com els Andes o les Rocoses, vindrà de l’alçament dels sediments acumulats entre una escorça oceànica i altra continental, mentre que una serralada intracontinental vindrà del xoc de dues escorces continentals, com ja hem vist (Himàlaia). Podem tindre formacions muntanyoses formades per roques magmàtiques o metamòrfiques, però també van associades al mateix tipus d’esforços tectònics.

El nom orogènia també es pot utilitzar per nomenar etapes concretes de la història de la terra que van donar lloc a serralades importants. Així, l’orogènia herciniana (fa 230 m.a.), que va donar lloc als Urals o als Apalatxes. Més tard, l’orogènia alpina (fa 60 m.a.), a la imatge de la dreta, que va crear els Alps, els Pirineus o l’Himàlaia, entre altres. Dins de l’orogènia en general, i a escala més menuda, cal parlar d’estructures resultants dels esforços, com les falles, les fosses tectòniques, els plegaments, etc.

Estrats i plecs

Anem per parts. Quan parlem de plegaments o de plecs ens solem referir a eixes capes doblegades de materials, més o menys gruixudes, que podem veure quan les talla el traçat d’una carretera o el curs d’un riu. Aquestes capes, o estrats, han estat dipositades, normalment, al fons de mars o grans llacs, de manera horitzontal, natural. Després, els esforços

tectònics les han deformat, de maneres diverses, donant lloc al relleu actual. Depenent del tipus de material, més o menys feble, l’erosió ha fet la resta. De vegades, per les baixades del mar, alguns períodes geològics no estan representats, falten. Altres, com és el cas del canó del riu Colorado, estan quasi tots i, a més, sense plegar. L’erosió del riu els deixa a la vista, que ens mostra la història geològica de la zona com un llibre obert. A més, els estrats de roques sedimentàries solen tindre fòssils, els quals podem datar i esbrinar l’antiguitat dels materials on es presenten.

Anticlinals i sinclinals

Normalment, igual que passa amb un full de paper, si fem força pels dos costats, unes parts s’alcen i altres queden baix. Ja tenim els anticlinals i els sinclinals.

Si es quedés així, els anticlinals serien les serres i els sinclinals les valls. I, evidentment, els estrats més inferiors (4 i 5) serien els de les roques més antigues, dipositades amb anterioritat.

TEMA 3: ESTRUCTURA DE LA TERRA. LA GEOSFERA.

GEOMORFOLOGIA INTERNA

9

I què veuríem nosaltres? La línia negra és el perfil que ens mostraria el paisatge. Degut a l’erosió, els cims de les tres serres centrals serien de materials més antics (3) que els dels penya-segats dels extrems(1 i 2), formats pels materials més moderns. Els més antics de tots, (4 i 5), no ixen a l’exterior. El mateix passa a la serra de Mariola, que per erosió mostra materials juràssics, mentre que les serres veïnes sols mostren materials cretàcics, més joves, tot i que els juràssics estan baix.

Plecs tombats, encavalcaments i mantells de corriment De vegades, els anticlinals i els sinclinals estan tan deformats que es tomben, invertint-se el fet de que els més antics són els de baix. Són els plecs tombats.

Si les forces continuen uns plecs munten damunt d’altres. Tenim un encavalcament. Inclús grans forces tectòniques aconsegueixen desplaçar serralades senceres sobre el material subjacent centenars de kilòmetres, oferint estranyes disposicions als estrats. Són els mantells de corriment. Els Alps són un exemple.

Fractures: diàclasis i falles

Depenent de la magnitud de les forces i de la fragilitat dels materials es produeixen fractures en els estrats. Si no hi ha desplaçament de les parts (sols és una fractura) parlem de diàclasis. Si hi ha desplaçament parlem de falles. Hi ha de tres tipus:

Pot ser degut a que les forces s’han relaxat, i un dels costats (llavis) ha baixat respecte a l’altre. Parlem de falla normal o directa.

Quan hi ha compressió, un dels llavis munta sobre l’altre. És una falla inversa.

Quan el desplaçament dels llavis és horitzontal estem davant d’una falla direccional.

Falla normal Falla inversa

Quan es produeix un sistema de falles el resultat deixa:

Zones enfonsades que reben el nom de fossa tectònica o graben. Moltes de les valls del rius són en realitat fosses tectòniques, com la vall de l’Ebre.

Zones elevades o horst.