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Miguel Ángel García
Geoesferas
FISICOQUÍMICA DE LAS GEOESFERAS

La Tierra está fundamentalmente formada por 15 elementos:
   - Fe, O, Mg  →  90 %
   - S, Ni  →  1-3 %
   - Los 9 restantes se encuentran en proporciones menores al 1 %.
El Fe y el Mg ganan % en la corteza, al abundar en el manto sup. (silicatos de Fe y Mg), manto inf. (óxidos y sulfuros de Fe) y núcleo (Fe metálico). El Si pierde % dado que su presencia está limitada a la corteza y manto sup.

Como se comprueba por el cuadro anterior, la composición global de la corteza terrestre es intermedia entre la del granito (corteza continental) y la del basalto (corteza oceánica).
De todos los elementos químicos que entran a formar parte de la corteza, sólo unos pocos se encuentran en proporciones sup. al 1 % → elementos geoquímicos.

ESTRUCTURA HORIZONTAL DE LA CORTEZA
 


Corteza
continental

(d=2,3)
Espesor promedio 33 km; es más delgada en las zonas de escudo y plataformas (25 km) y más gruesa (70 km) debajo de las grandes cordilleras.
Es muy antigua, habiéndose detectado rocas de 3.800 m.a.
Estructura y composición muy variadas, ya que está formada por acreción lateral de sucesivos cinturones de rocas que ciñen a otros más antiguos.
Unidades Escudos o cratones
Zonas estables, sin actividad sísmica desde hace 250 m.a. Formados por rocas ígneas y metamórficas de hace más de 600 m.a. Relieve rebajado, a veces recubierto de sedimentos modernos y horizontales.
Áreas orogénicas
Enormes series de rocas sedimentarias plegadas, con rocas ígneas y metamórficas.
Rifts continentales
Plataforma continental → hasta 200 m
Corteza
oceánica

(d=2,8)
Es más delgada y reciente que la continental (180 m.a.). Espesor promedio 10 km (en zonas típicamente oceánicas varía entre 5-8 km, alcanzando espesores mucho mayores en la pendiente continental y en el glacis).
Estructura y composición más uniforme que en la corteza continental.
Unidades Llanura abisal Montes submarinos
Pitones
Guyots
Dorsales
Intermedia = transicional (márgenes continentales) De carácter continental y espesor intermedio entre las dos anterores (unos 20 km). Coincide con los arcos-isla.
Se caracteriza por la delgadez de la llamada “capa granítica” o nivel 2 de la corteza continental (se supone que este adelgazamiento está relacionado con los fenómenos de expansión y de subducción de las placas litosféricas).
Pasivos Pendiente Talud
Glacis
Caños submarinos → corrientes de turbidez
Activos Arcos de islas volcánicas
Fosas oceánicas

La parte emergida de los continentes ocupa el 29 % de la superf. y los océanos el 71 % restante. Pero las plataformas continentales (11 %) son parte de los continentes, correspondiendo a zonas de escudo arrasadas por la erosión y sumergidas posteriormente. Por lo tanto, estructuralmente, las áreas continentales ocupan el realidad el 40 % y las estrictam. oceánicas, el 60 %.
Nivel medio de los continentes: 870 m.
Nivel medio del fondo de los océanos: -3.730 m.

Cratones o escudos
Son antiguas cordilleras de edad anterior a los 600 m.a. (precámbricas), arrasadas y convertidas actualmente en penillanuras. Son las áreas más estables de la corteza continental (los sedimentos postpaleozoicos no están plegados).
Forman vastas extensiones con relieves llanos. Están constituidos por rocas muy antiguas intensamente plegadas, metamorfizadas y granitizadas en muchas partes. Constituyen el núcleo alrededor del cual se va disponiendo la nueva corteza, construida en orogenias más recientes.
Sobre los escudos, y bordeando a los orógenos que los circundan, se sitúan las llamadas plataformas interiores, zonas de relieves llanos, gran parte de las cuales presentan unas depresiones → surcos alaucógenos o cubetas sedimentarias, donde se acumulan sedimentos, que, a diferencia de los geosinclinales, han permanecido horizontales sin sufrir plegamientos.

Estructura de la corteza continental

Áreas orogénicas
Son las cadenas de montañas de edad postprecámbrica (posteriores a los 600 m.a.). Representan áreas inestables de la corteza continental. Los orógenos se disponen alrededor de los cratones formando cinturones orogénicos que van agrandando los continentes (de hecho, los cinturones orogénicos constituyen la mayor parte de la corteza continental).

Rifts continentales
Son fosas de origen tectónico, como consecuencia de la rotura actual de una placa continental por distensión a ambos lados del rift. Se produce una ascensión magmática desde la astenosfera. El ensanchamiento de estos rifts origina océanos incipientes.

Plataforma continental
Son las zonas de escudo que bordean los continentes cubiertas por aguas oceánicas someras → mares epicontinentales, hasta una profundidad de unos 200 m. (anchura: 65-100 km; pend.: 0.5-2 %). Son penillanuras de materiales antiguos arrasadas y cubiertas por el mar después del último periodo glaciar.
Las plataformas continentales son el asiento de una importante sedimentación terrígena y organógena que se acumula en grandes espesores, tanto mayores cuanto más alejados de la costa, por lo que esta capa de sedimentos recuerda un prisma triangular, paralelo a la costa y con la base situada al final de la plataforma.
La plataforma continental es muy reducida o no existe en aquellas costas muy montañosas e inestables.

Fondo de la cuenca oceánica o llanura abisal
Se extiende con una topografía uniforme hasta los 5.500 m de profund. Suele estar cubierta de sedimentos pelágicos muy finos que no alcanzan espesores importantes. A medida que nos alejamos de las dorsales, estos sedimentos aumentan de espesor y son de más edad.

Estructura de la corteza océanica

Sobre estos fondos destacan algunas formas topográficas:
- Montes marinos → suelen tener forma cónica, ya que la mayoría son volcanes. Si su cima es muy aguda se llaman pitones.
- Guyots → montes marinos que tienen la parte sup. como una meseta plana. Son viejas islas volcánicas sumergidas por el hundimiento gradual de la corteza; su forma tronco-cónica se explica por la erosión subaérea. Su edad aumenta con la distancia a las dorsales.

Dorsales océanicas
Cordilleras submarinas (anchura: 1000-3000 km; h: 1500-3000 m), formadas por lavas basálticas. Se caracterizan por tener una fosa tectónica central longitudinal → rift (anchura: 25-50 km; profund.: 1000-1300 m), a través del cual el magma procedente de la astenosfera se incorpora a la corteza (→ volcanes de fisura) en forma de lavas, provocando la progresiva separación de los bloques fallados a uno y otro lado del rift.
El eje de las dorsales tiene un aspecto quebrado, porque a lo largo del mismo existen una serie de fallas de desgarre horizontal transversales a dicho eje → fallas transformantes, debidas a que, como la salida del material lávico por el rift no tiene en toda la fisura la misma intensidad, los empujes laterales del magma son diferentes. El movimiento inicial de desgarre queda compensado entre las porciones de rift desplazadas.
Tb. hay numerosas fumarolas con ecosistemas cuyos productores son bacterias sulfurosas.

La circulación de agua a través de las grietas de las dorsales origina aberturas hidrotermales, en cuyas proximidades se depositan minerales susceptibles de ser explotados (→ depósitos hidrotermales de óxidos de Fe). Tb. surgen en dichas zonas oasis de vida; la E que mueve estos ecosistenas procede del sulfuro de H emanado, utilizado por bacterias quimiosintéticas, que forman el primer eslabón de la cadena trófica.

Según el tipo de erupciones submarinas, hay dorsales lentas y rápidas:

- Dorsales lentas → las coladas adoptan la forma de lavas almohadilladas = pillow-lavas, las cuales forman una costra que impide que la colada se extienda, cayendo por las pendientes, adoptando el aspecto de “dedos de guante”.

- Dorsales rápidas → producen coladas laminares, ya que el magma es más fluido y se emite en grandes cantidades y con mayor rapidez, dando lugar a mantos de lava de superficie plana que se extienden a ambos lados de las fisuras, cubriendo grandes extensiones.
A veces se forman lagos de lava: en superf. se forma una costra y el int., aún fluido, escapa; cuando la cámara hueca se derrumba deja un paisaje ruiniforme de columnas huecas.

Características de las dorsales:

(i) Son zonas de gran actividad volcánica, de naturaleza basáltica, lo que explica su flujo térmico excepcionamente alto. Sus rocas son exclusivamete volcánicas, con edades < 1 m.a. Nunca hay rocas sedimentarias plegadas.
(ii) Los basaltos de los fondos oceánicos no superan los 135 m.a. (frente a los 3.600 m.a. de la corteza continental). Por consiguiente, los fondos de los antiguos océanos deben hacer sido sustituidos varias veces en el curso de la hª de la Tierra. Además, la edad de los basaltos aumenta a medida que nos alejamos de la dorsal.
(iii) Ausencia de sedimentos. Éstos aumentan a medida que nos alejamos de la dorsal. Si hay sedimentos, forman una capa delgada y no están comprimidos.
(iV) Tienen gran actividad sísmica de foco somero.
(V) Presentan valores de g por encima de la media.
(Vi) Presentan anomalías magnéticas simétricas respecto al rift.

• Márgenes continentales pasivos
Se caracterizan por su estabilidad, sin manifestaciones sísmicas y ni volcánicas, debido se localizan sobre una única placa tectónica.
Se distingue en ellos la pendiente continental, la cual tiene una parte alta → talud continental, en la cual la sedimentación es casi nula por tener gran inclinación, y otra parte baja → glacis continental, donde se acumulan sedimentos terrígenos y pelágicos; de pendiente suave, se extiende a lo largo de centenares de km, hasta alcanzar el verdadero fondo de la cuenca oceánica, a unos 4.000 m de profundidad.
El talud es atravesado por cañones submarinos, que son el resultado de corrientes erosivas de nat. fangosa → corrientes de turbidez.

Márgenes continentales activos
Se caracterizan por su inestabilidad, con manifestaciones sísmicas y volcánicas, ya que corresponden a franjas de colisión de dos placas. Por ello, el talud se continúa bruscamente con las fosas oceánicas (profundidad ≤11 km; long. ≤ 3.200 m; anchura ≤100 km), ligadas a la zona de Benioff (→ plano de falla de unos 45º de inclinación hacia el continente, situado debajo del arco insular, sísmicamente activo), formadas a consecuencia de la subducción de la placa oceánica bajo la continental, y que se van llenando lentamente de sedimentos.
Si hay sedimentación con subsidencia hablamos de geosinclinal.
Como consecuencia del empuje que provoca la subducción de una placa bajo la otra, se levantan arcos de islas volcánicas , que se sitúan entre las fosas y el continente, separados de éste por un mar marginal, y que describen un arco cóncavo hacia aquél.
A veces, las fosas y los arcos isla que los acompañan, sustituyen a gran parte de la plataforma continental.

COMPOSICIÓN DE LAS GEOSFERAS
 


(i) COMPOSICIÓN DE LA CORTEZA CONTINENTAL  (ver fig.)

Nivel superior Rocas sedimentarias o volcánicas sin metamorfizar, atravesadas por intrusiones plutónicas.
Nivel intermedio
(antes "capa granítica")
Contiene rocas de carácter ácido a intermedio: de tipo metamórfico (gneises, migmatitas) y plutónicas (granitos, tonalitas).
Este nivel está separado del inf. por la discontinuidad de CONRAD (que sólo existe en la corteza continental), a una profundidad media de 17 km. (Los dos niveles anteriores antes se llamaban SIAL).
Nivel inferior
(antes "capa basáltica")
Contiene rocas de composición muy diversa, tanto ácidas como básicas (las máficas, basálticas, se van haciendo más frecuentes con las profundidad): ultrametamórficas (granulitas), plutónicas (gabros, anortositas), metasedimentarias (arcillas, calizas metamorfizadas).
 
De los métodos geológicos se dedujo que el 75 % de las rocas superficiales son sedimentarias, cuya composición global es similar al granito; del resto de rocas (plutónicas, metamórficas...), su composición es en un 95 % la del granito. Casi todos los materales arrojados por los volcanes tienen la composición del basalto.
Basándose en estos datos, SUESS llegó a la conclusión de que la superf. del planeta constaba de dos capas:
(i) Una superficial, de composición granítica, constituida principalmente por silicatos de Al, a la que llamó SIAL.(ii) Otra situada debajo de la ant., de composición basáltica, constituida principalm. por silicatos de Mg, a la que denominó SIMA.
 


(ii) COMPOSICIÓN DE LA CORTEZA OCEÁNICA  (ver fig.)

Nivel 3 (zócalo):
Capa de gabros
(5000 m)
Los gabros se solidifican y se separan de la fusión basáltica en la cámara magmática. Están intesamene fracturados y alterados debido a la circulación de aguas termales.
Tb. aparecen piroxenitas, serpentinas (silicato hidratado de Mg) (se supone que proceden del metamorfismo por hidratación de las peridotitas del manto subyacente), anfibolitas (originadas por el metamorfismo térmico de una parte de los basaltos suprayacentes). Por debajo de este nivel aparecen las peridotitas del manto sup.
Nivel 2:
Capa basáltica (2000 m)
Entre los gabros aparece un sistema de diques verticales, por lo que salen lavas basálticas en forma de coladas laminares y lavas almohadilladas (pillow-lavas) procedentes del manto. Tb. hay hialoclastitas.
Nivel 1:
Capa sedimentaria (1300 m)
Capa de sedimentos de espesor variable, inexistente en las dorsales, siendo mayor hacia el margen continental, donde puede alcanzar los 13 km. Edad reciente (los más antiguos del Triásico, 230 m.a.)
Esta capa planteó una paradoja geológica: siempre han existido océanos, pero los océanos actuales no contenían sedimentos más antiguos de 200 m.a.

Corteza oceánica en las dorsales oceánicas → no hay sedimentos, y el nivel inf. está reemplazado por basaltos toleíticos (muy básicos, con un 50 % de sílice), que forman una capa de espesor muy variable, llegando a alcanzar los 30 km bajo el eje de la dorsal, dando lugar a una raíz de mat. que se hunde en el manto sup. El espesor se va adelgazando al alejarse de eje de las dorsales.

(iii) COMPOSICIÓN DEL MANTO (d=3,3 a 6 g/cm3)

Se cree que el manto presenta una composición química uniforme, pero la composición mineralógica varía con la profundidad  → zonación:

Manto superior
(< 400 km)
Formado por rocas ultrabásicas (silicatos y óxidos de Fe y Mg), tipo peridotita, a veces con eclogita y dunita. Predominan los olivinos, piroxenos y granates.
Incluye, en el límite superior en contacto con la litosfera, el canal de baja velocidad o astenosfera (de unos 100 km de espesor). Se acerca a la superficie terrestre en las proximidades de las dorsales.
Zona de transición
(400-700 km)
Abundan los minerales con estructura "espinela".
Manto inferior (700-2900 km) Sulfuros y óxidos metálicos, minerales más densos que los del manto sup. El manto profundo, en su parte más cercana al núcleo, se cree que está enriquecido con metales y compuestos metálicos.
La P y la T hacen que los silicatos se alteren a estructuras como la de la perovskita (un átomo de Si se une a 6 de oxígeno).
Capa D" Hay una capa en semifusión, de límites difusos → zona de transición entre los materiales sólidos del manto y el núcleo interno líquido.

En el manto existen corrientes térmicas profundas, no sólo en sentido vertical, sino tb. en el horizontal. Las corrientes de convección no se limitan sólo a la astenosfera, sino que se considera un doble nivel de células de convección, uno en el manto sup. hasta los 670-700 km y otro en el manto inf.


(iii) COMPOSICIÓN DEL NÚCLEO

Por su d=12 g/cm³, debe ser de hierro metálico (> 90 %) + níquel (4 %) (sulfuro de Fe y sulfuro de Ni, metalizados y cristalizados), similar a los sideritos (que contiene Fe y Ni, por ej., troilita, SFe).
Capas:
Núcleo externo (2900-5150 km) (d=10,6 g/cm³) → líquido; sus corrientes convectivas son las que originan el campo magnético dipolar.
Núcleo interno (13 g/cm³) sólido.
Tb. se especula con la existencia de elementos radiactivos (40K), lo que proporcionaría la energía para las corrientes de convección del núcleo ext., el cual se comporta como un fluido. Aquí se cree que tienen lugar corrientes térmicas helicoidales, responsables del campo magnético.

RESUMEN DE LA COMPOSICIÓN DE LAS GEOSFERAS
 
L
I
T
O
S
F
E
R
A




(100
150 km)
CORTEZA
(35 km)
Moho
CORTEZA CONTINENTAL (33 km)
(25-70 km)
d=2,3
Unidades Escudos = cratones Rocas ígneas y metamórficas (>600 m.a.), a veces con sedimentos modernos horizontales.
Orógenos Rocas sedimentarias plegadas, con rocas ígneas y metamórficas.
Plataforma continental (< 200 m)
Niveles Superior Rocas sedimentarias o volcánicas, con intrusiones graníticas
Intermedio Rocas metamórficas y plutónicas
Inferior Rocas diversas, más básicas en profundidad
CORTEZA
OCEÁNICA

(10 km)
d=2,8
Capas Sedimentaria
(1300 m)
Inexistente en la dorsales, con 13 km en el margen continental. Edad reciente (< 230 m.a.).
Basáltica
(2000 m)
Coladas basálticas laminares
Lavas almohadilladas (pillow-lavas)
Diques basálticos verticales
De gabros
(5000 m)
Se solidifican separándose del fundido basáltico.
Tb. hay piroxenitas, serpentinas, anfibolitas.
CORTEZA
INTERMEDIA

(20 km)
Coincide con los arcos-isla.
MANTO
SUP.

(400 km)
d=3,3
MANTO LITOSFÉRICO     →    Moho (35 km)(25-70 km)
ASTE
NOS
FERA

(250)
Peridotita (olivino + piroxeno)
M
E
S
O
S
F
E
R
A
Zona de transición (400-700 km)
MANTO
INF.

(2900 km)
d=6
Repetti (700 km)
Peridotita con bolsadas de eclogita.
Capa D" (2700-2900 km) Zona de transición del manto silicatado al núcleo metálico.
Plumas térmicas.
E
N
D
O
S
F
E
R
A
NÚCLEO
d=12
NÚCLEO
EXT.

(5150 km)
d=10,6
Fluido  
Gutenberg (2900 km)
Zona de transición (4980-5120 km) → cambio de fase liquída a sólida por el ↑ P.
NÚCLEO
INT.

d=13
Sólido
Lehmann-Wiechert (5120 km)  (R=6.371 km)
 
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