5: Algunas preguntas sin respuesta
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Las placas tectónicas no se desplazan o deambulan aleatoriamente por la superficie de la Tierra; son impulsadas por fuerzas definidas pero invisibles. Aunque los científicos no pueden describir con precisión ni comprender completamente las fuerzas, la mayoría cree que las fuerzas relativamente poco profundas que impulsan las placas litosféricas están acopladas con fuerzas que se originan mucho más profundas en la Tierra.
¿Qué impulsa las placas?
A partir de pruebas sísmicas y otras geofísicas y experimentos de laboratorio, los científicos generalmente coinciden con la teoría de Harry Hessde que la fuerza impulsora de la placa es el movimiento lento del manto caliente y ablandado que se encuentra debajo de las placas rígidas. Esta idea fue considerada por primera vez en la década de 1930 por Arthur Holmes, el geólogo inglés que más tarde influyó en el pensamiento de Harry Hess sobre la propagación del fondo marino. Holmes especuló que el movimiento circular del manto transportaba a los continentes de la misma manera que una cinta transportadora. Sin embargo, en el momento en que Wegener propuso su teoría de la deriva continental, la mayoría de los científicos todavía creían que la Tierra era un cuerpo sólido e inmóvil. Ahora sabemos mejor. Como declaró elocuentemente J. Tuzo Wilson en 1968, “La tierra, en lugar de aparecer como una estatua inerte, es una cosa viva, móvil”. Tanto la superficie de la Tierra como su interior están en movimiento. Por debajo de las placas litosféricas, a cierta profundidad el manto se funde parcialmente y puede fluir, aunque lentamente, en respuesta a fuerzas constantes aplicadas durante largos periodos de tiempo. Así como un metal sólido como el acero, cuando se expone al calor y la presión, puede ablandarse y tomar diferentes formas, también lo puede hacer roca sólida en el manto cuando se somete a calor y presión en el interior de la Tierra durante millones de años.
Izquierda: Dibujo conceptual de celdas de convección asumidas en el manto (ver texto). Por debajo de una profundidad de unos 700 km, la losa descendente comienza a ablandarse y fluir, perdiendo su forma. Abajo: Croquis que muestra celdas de convección comúnmente vistas en agua hirviendo o sopa. Esta analogía, sin embargo, no toma en cuenta las enormes diferencias en el tamaño y los caudales de estas celdas.
Se cree que la roca móvil debajo de las placas rígidas se mueve de manera circular algo así como una olla de sopa espesa cuando se calienta a ebullición. La sopa caliente sube a la superficie, se extiende y comienza a enfriarse, para luego volver a hundirse hasta el fondo de la olla donde se recalienta y vuelve a subir. Este ciclo se repite una y otra vez para generar lo que los científicos llaman una célula de convección o flujo convectivo. Si bien el flujo convectivo se puede observar fácilmente en una olla de sopa hirviendo, la idea de que tal proceso revuelva el interior de la Tierra es mucho más difícil de entender. Si bien sabemos que el movimiento convectivo en la Tierra es mucho, mucho más lento que el de la sopa hirviendo, quedan muchas preguntas sin respuesta: ¿Cuántas células de convección existen? ¿Dónde y cómo se originan? ¿Cuál es su estructura?
La convección no puede realizarse sin una fuente de calor. El calor dentro de la Tierra proviene de dos fuentes principales: la desintegración radiactiva y el calor residual. La desintegración radiactiva, un proceso espontáneo que es la base de los “relojes isotópicos” utilizados para fechar rocas, implica la pérdida de partículas del núcleo de un isótopo (el progenitor) para formar un isótopo de un nuevo elemento (la hija). La desintegración radiactiva de los elementos químicos naturales, especialmente el uranio, el torio y el potasio, libera energía en forma de calor, que migra lentamente hacia la superficie de la Tierra. El calor residual es la energía gravitacional sobrante de la formación de la Tierra —hace 4,6 mil millones de años— por la “caída conjunta” y la compresión de los escombros cósmicos. Cómo y por qué el escape del calor interior se concentra en ciertas regiones para formar celdas de convección sigue siendo un misterio.
Hasta la década de 1990, las explicaciones predominantes sobre lo que impulsa la tectónica de placas han enfatizado la convección del manto, y la mayoría de los científicos de la tierra creían que la propagación del fondo marino era El material frío y denso convecta hacia abajo y el material más caliente, más ligero se eleva debido a la gravedad; este movimiento del material es una parte esencial de la convección. Además de las fuerzas convectivas, algunos geólogos argumentan que la intrusión de magma en la cresta que se extiende proporciona una fuerza adicional (llamada “empuje de cresta”) para impulsar y mantener el movimiento de la placa. Así, los procesos de subducción se consideran secundarios, una consecuencia lógica pero en gran medida pasiva de la propagación del fondo marino. En los últimos años sin embargo, la marea ha cambiado. La mayoría de los científicos ahora favorecen la noción de que las fuerzas asociadas con la subducción son más importantes que la propagación del fondo marino. El profesor Seiya Uyeda (Universidad de Tokai, Japón), experto de renombre mundial en tectónica de placas, concluyó en su discurso principal en una importante conferencia científica sobre procesos de subducción en junio de 1994 que “la subducción.. juega un papel más fundamental que la propagación del fondo marino en la conformación de las características superficiales de la tierra” y “correr la maquinaria tectónica de placas”. El hundimiento controlado por gravedad de una losa oceánica fría y densa en la zona de subducción (llamada “tracción de losa”) —arrastrando el resto de la placa junto con ella— se considera ahora como la fuerza impulsora de la tectónica de placas.
Sabemos que las fuerzas que trabajan en lo profundo del interior de la Tierra impulsan el movimiento de la placa, pero tal vez nunca entendamos completamente los detalles. En la actualidad, ninguno de los mecanismos propuestos puede explicar todas las facetas del movimiento de las placas; debido a que estas fuerzas están tan enterradas, ningún mecanismo puede ser probado directamente y probado más allá de toda duda razonable. El hecho de que las placas tectónicas se hayan movido en el pasado y sigan moviéndose hoy en día es indiscutible, pero los detalles de por qué y cómo se mueven seguirán desafiando a los científicos en el futuro.
¿Tectónica de placas extraterrestre?
La Tierra puede ser única en nuestro sistema solar porque parece ser el único planeta que todavía está volcánica y tectónicamente activo; nuestro planeta por lo tanto permanece muy vivo, mientras que los otros aparentemente han cesado de actividad desde hace mucho tiempo. La actividad volcánica requiere una fuente de calor interno, y es el escape de este calor el que alimenta la tectónica de placas. Si bien el vulcanismo jugó un papel importante en la historia temprana de Marte, la Luna y probablemente Mercurio, sus pequeños tamaños en relación con la Tierra resultaron en la pérdida de calor interno a un ritmo mucho más rápido. Han sido globos inactivos durante los últimos mil millones de años más o menos.
Venus aún puede estar activo, aunque la evidencia es cuestionable. En 1979, la nave espacial Pioneer-Venus midió una gran cantidad de azufre en la atmósfera superior del planeta; la cantidad de azufre luego disminuyó en los próximos años. Esta observación sugiere que la alta concentración de azufre medida en 1979 puede haber resultado de un evento catastrófico, tal vez una erupción volcánica. A partir de 1990, las imágenes de radar realizadas por la nave espacial Magallanes revelaron características volcánicas dramáticas y valles largos y profundos similares en tamaño y forma a las trincheras oceánicas en la Tierra.
Izquierda: Imagen generada por computadora de la Fosa Aleutiana (en violeta); los colores “cálidos” (amarillo a rojo) indican máximos topográficos y los colores “fríos” (verde a azul) representan elevaciones más bajas. Abajo: La topografía de Artemisa Corona, una característica similar a trinchera en Venus, mostrada a la misma escala vertical y horizontal que la Fosa Aleutiana. (Imágenes cortesía de David T. Sandwell, Scripps Institution of Oceanography.)
La nave espacial Voyager descubrió varias plumas volcánicas que se elevaban muchos cientos de kilómetros sobre la superficie de Io, una de las lunas de Júpiter y aproximadamente del tamaño de nuestra Luna. Los científicos especulan que pueden existir grandes charcos de azufre líquido en Io, posiblemente calentados por las fuerzas mareales resultantes de la atracción gravitacional entre Io y Júpiter. La energía térmica generada por tales fuerzas mareales puede ser suficiente para producir convección en el interior de Io, aunque nadie ha reconocido claramente ninguna característica superficial que pueda haberse formado a partir de dicha convección.
La superficie de Ganímedes, otra luna de Júpiter y aproximadamente del tamaño de Mercurio, se rompe en muchos bloques en forma de placa, con depresiones largas y estrechas entre algunos de ellos. Queda por responder si estas características superficiales representan antiguas tectónicas de placas “fósiles”, o se están formando activamente. Para determinar si la tectónica de placas está ocurriendo en Ganímedes es la búsqueda de evidencia de un océano profundo debajo de su superficie helada. Tal masa de agua, si existe, podría contribuir a la convección interna.
Un penacho volcánico de gas de dióxido de azufre (SO 2) que se eleva a unos 150 km por encima de la superficie de Io. Esta imagen mejorada por computadora fue capturada “en vivo” por la nave espacial Voyager 2 el 4 de marzo de 1979. (Imágenes cortesía de la NASA.)
La tasa de pérdida de calor es fundamental para la actividad tectónica de un planeta. El tamaño es un factor determinante: los cuerpos más grandes pierden calor más lentamente y por lo tanto permanecerán activos por más tiempo. Otro factor es la composición, que influye en la capacidad de convección de un cuerpo. Por ejemplo, un interior líquido, como puede existir dentro de Ganímedes, es más probable que conveccione y conduzca la tectónica de placas que los interiores “pedregosos” de la Luna, Mercurio, Venus y Marte. La cantidad de elementos radiactivos presentes en la composición del planeta también afecta la probabilidad de convección interna, ya que la descomposición de estos elementos produce calor. Al parecer, los interiores de la Luna, Mercurio y Marte son demasiado rígidos o han perdido demasiado de su calor interno para conveccionar e impulsar la tectónica de placas.
Eventualmente la Tierra, también, perderá tanto calor que su interior dejará de conveccionar. Luego cesarán el terremoto y la actividad volcánica. No se formarán nuevas montañas, y el ciclo geológico de construcción de montañas, erosión, sedimentación y formación del suelo se interrumpirá y también cesará. Exactamente cómo una Tierra enfriada cambiará las condiciones de la superficie —y si nuestro planeta seguirá siendo habitable— nadie lo sabe. Afortunadamente, ¡estos cambios no sucederán en muchos miles de millones de años!