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1. La formación de la Tierra y la diferenciación en capas

La situación del planeta Tierra en el Sistema solar es óptima al no estar ni demasiado cerca ni demasiado lejos del Sol.

Se formó hace 4.600 millones de años y durante millones de años recibió numerosos impactos de materia de la nebulosa de la que surgió. Cada colisión liberó gran cantidad de energía que, junto a la que se libera en la desintegración de las sustancias radiactivas, provocó un intenso calentamiento que fundió por completo al planeta.

Esta fusión ocasionó una diferenciación química por medio de la cual los materiales terrestres se reordenaron en capas de acuerdo con sus densidades: los que contenían hierro y níquel, más densos, quedaron en el interior, los más ligeros emigraron a la superficie y los gaseosos formaron la atmósfera primitiva.

El enfriamiento  posterior estableció las tres divisiones básicas de la Tierra desde el punto de vista geoquímico:

• Núcleo en el interior. Va desde los 2.900 km hasta los 6.370 km y se divide en Núcleo interno (de unos 1.216 km de radio) y Núcleo externo (de unos 2.270 km de radio)
• Manto, intermedio. Se extiende hasta una profundidad de 2.900 km y se divide en Manto interno y Manto externo.
• Corteza, en la parte superior. Su grosor oscila entre los 3 km bajo las dorsales oceánicas (Corteza oceánica) y los 70 km bajo algunas cordilleras (Corteza continental).

Desde el punto de vista dinámico la Tierra se divide en:

• Endosfera, que comprende el núcleo externo y el núcleo interno.
• Mesosfera, que comprende parte del manto superior y el manto inferior, yendo desde los 200 hasta los 2.900 km.
• Litosfera, que comprende la corteza y parte del manto superior y va desde la superficie terrestre hasta los 50  a 200 km,

La corteza primitiva desapareció por erosión y otros procesos geológicos por lo que no conocemos su composición inicial y tampoco sabemos hoy ni cómo ni cuando apareció la corteza actual, continental y oceánica.

El interior de la Tierra se caracteriza por un aumento gradual de la temperatura, la presión y la densidad con la profundidad. A unos 100 km de profundidad la temperatura oscila entre 1.200 ºC y 1.400 ºC, en el límite núcleo-manto se calcula que es de 4.500 ºC y en el centro de la Tierra puede superar los 6.700 ºC. En estas condiciones nuestro planeta debería ser una bola fundida rodeada de una delgada capa sólida. Esto no es así porque la presión también aumenta con la profundidad y hace necesario una mayor temperatura para fundir los materiales.

La Tierra es un planeta dinámico cuya superficie ha cambiado notablemente a lo largo del tiempo, siendo dos los procesos que alteran la superficie terrestre:

• Procesos destructivos como la meteorización y la erosión que desgastan la superficie provocando su nivelación.
• Procesos constructivos como el vulcanismo y la formación de montañas (orogénesis) que elevan el nivel de la superficie.

2. Los agentes geológicos

Llamamos agentes geológicos a los medios que modifican el relieve de la superficie terrestre.

Pueden ser:

• Agentes geológicos internos o endógenos si forman el relieve al deformar la corteza terrestre. Se deben a fuerzas desencadenadas por la energía interna de la Tierra que actúan en los bordes de las placas tectónicas, que son fragmentos en los que se divide la litosfera (capa rígida que comprende la corteza y la zona más externa del manto). Las placas litosféricas pueden ser de tres tipos: continentales, oceánicas y mixtas. Las fracturas que las separan se llaman fallas y a través de ellas las placas pueden separarse unas de otras, chocar entre si o deslizarse unas respecto de las otras. Los agentes endógenos más importantes son:
  
  
  • Volcánicos. Un volcán es una hendidura profunda por la que se expulsa al exterior magma (mezcla de materiales fundidos con agua, gases y pequeños fragmentos sólidos de roca) que al solidificar forma nuevas rocas.
    
    
  • Sísmicos. Son movimientos bruscos superficiales originados por los desplazamientos o por los deslizamientos de dos placas tectónicas que liberan gran cantidad de energía que se manifiesta en forma de ondas sísmicas que pueden ser:
    
    
    • Ondas Internas si se propagan por el interior de la Tierra. Tienen poco poder destructivo y, a su vez, se dividen en:
      
      
      • Primarias (P), ondas longitudinales que alternativamente comprimen y dilatan el medio al que afectan en la misma dirección de la propagación.
        
        
      • Secundarias (S), ondas transversales que desplazan perpendicularmente a la dirección de propagación al medio afectado.
        
        
    • Ondas Superficiales si se propagan por la superficie. Tienen un elevado poder de destrucción debido a que tienen una baja frecuencia que provoca resonancia en edificios.
      
      
  • Tectónicos. Están asociados a los movimientos de las placas que si colisionan pueden ocasionar plegamientos y elevaciones, que forman cadenas montañosas, y si se separan permiten el ascenso de material fundido como ocurre en las dorsales oceánicas en un proceso de formación de suelo oceánico.
    
    
• Agentes geológicos externos o exógenos si destruyen el relieve. Son originados por la energía solar, externa a la Tierra, que incide con distinta inclinación y, por tanto, con diferente intensidad sobre la superficie terrestre, según la latitud, lo que provoca un desequilibrio térmico en la superficie terrestre. Estos agentes pueden ser:
  
  
  • Pasivos que disgregan las rocas del suelo, pero no movilizan sus fragmentos. Son los agentes atmosféricos tales como variaciones de temperatura, la humedad, el oxígeno del aire y la vegetación con sus raíces.
    
    
  • Activos si rompen o fragmentan las rocas y son capaces de movilizar los fragmentos formados. Son el agua en sus diversas manifestaciones (lluvia, aguas continentales superficiales, hielo, aguas marinas y aguas subterráneas), los rayos, los meteoritos, la acción humana y el viento.

3. Lyell y los principios de la Geología

La obra de Charles Lyell "Principios de Geología" se convirtió en la obra de Geología más influyente del siglo XIX. Tanto es así que Charles Darwin, tras su lectura, dijo que había cambiado su forma de mirar el mundo y fue una inspiración fundamental para "El origen de las especies".

Fue el científico que resolvió la controversia entre la teoría neptunista (Abraham Werner), defensora de que el origen de las rocas se debía a la cristalización de minerales de sedimentos depositados en el fondo de los océanos, y la teoría plutonista o volcánica (James Hutton) que defendía que las rocas terrestres se originan por procesos que ocurren a elevadas temperaturas en largos periodos de tiempo, decantándose Lyell por la teoría plutonista.

No obstante, hoy ambas teorías están superadas, ya que las rocas se clasifican por su origen en ígneas, sedimentarias y metamórficas.

Lyell, basándose en los trabajos de Hutton, desarrolló la teoría de la uniformidad que establece que todos los procesos naturales que cambian la Tierra en el presente lo han hecho igual en el pasado a lo largo de extensos períodos de tiempo, en contraposición a la teoría catastrofista de la época que defendía que la Tierra había cambiado debido a grandes catástrofes en un corto periodo de tiempo.

Lyell también es considerado uno de los fundadores de la estratigrafía que estudia las capas de la superficie terrestre. Elaboró un método para clasificar los estratos al observar que los estratos marinos más cercanos a la superficie, los más recientes, contenían muchas especies de moluscos que aún existían actualmente, mientras que los estratos más profundos, por tanto más antiguos, contenían menos fósiles de especies actuales. Es decir, podía deducirse la antigüedad de los estratos por el tipo de fósiles que contenga.

4. Wegener y la deriva de los continentes

En 1912, el geólogo alemán Alfred Wegener formuló su hipótesis de la deriva continental que publicó en 1915 en su libro "El origen de los continentes y de los océanos" mediante la cual afirmaba que los continentes estuvieron unidos en el pasado y más tarde se separaron lentamente al desplazarse sobre el manto para alcanzar su posición actual. No aportó pruebas suficientes que la confirmasen.

Su propuesta se oponía a la teoría fijista imperante en la época y que defendía que el manto era sólido y rocoso y no podía permitir los movimientos horizontales de la corteza. Según los fijistas, las montañas se formaron porque el interior de la Tierra se enfría y se contrae haciendo que la capa externa sólida de la Tierra se deforma mediante pliegues y fallas para ajustarse al planeta que se encoge.

La teoría de la Deriva continental se basa en:

• El gran paralelismo que existe entre la costa este de América del Sur y la costa oeste de África, como piezas de un puzle que encajan entre sí.
• La semejanza de fósiles de algunos seres vivos en ambas orillas continentales lo que sugiere alguna conexión en el pasado, al ser de especies no acuáticas que, por tanto, no pudieron desplazarse por un posible océano intermedio.

Defiende que hace 600 millones de años (m.a.) existía un supercontinente llamado Pangea rodeado por el mar de Tetis. Hace 200 m.a. se dividió en los continentes Laurasia y Gondwana. Posteriormente ambos se fueron separando paulatinamente formando todas las tierras emergidas actuales. El mar de Tetis aún persiste hoy como mar Mediterráneo, el mar Caspio y el mar Negro. El movimiento de los continentes continúa hoy y continuará en el futuro con una velocidad entre 1 a 10 cm por año.

El error de Wegener fue suponer que los continentes se abrían paso a través del suelo oceánico impulsados por la energía de las mareas. Fue Arthur Holmes (1931) quien propuso la existencia de corrientes de convección en el manto como causa del movimiento de los continentes. Estas corrientes de convección (ascenso de material muy caliente que luego desciende de nuevo al enfriarse) se producen por diferencias de temperatura y densidad, de manera que los materiales más calientes son menos densos y ascienden y los materiales más fríos, son más densos y descienden.

Harry Hammond  Hess en 1962 formuló la hipótesis de la expansión del fondo oceánico en la cual afirmaba que se está generando continuamente nuevo fondo oceánico en las dorsales centrooceánicas y que el suelo oceánico más antiguo y denso se consume en las zonas de subducción, como en las fosas oceánicas.

5. La tectónica global

Las últimas investigaciones en el campo de la Geología conducen a unificar las teorías de la deriva continental y de la expansión del fondo oceánico en otra más completa denominada Tectónica de placas.

La teoría de la Tectónica de placas es una teoría global, ya que puede explicar conjuntamente la expansión del fondo oceánico, la deriva continental, el vulcanismo, los movimientos sísmicos y la orogénesis o formación de montañas con los movimientos de los bordes de las placas litosféricas.

El modelo dinámico de la división en capas de la Tierra propone que parte del manto superior junto con la corteza se comportan como una capa rígida y quebradiza denominada litosfera, situada sobre la mesosfera (el resto del manto) y ésta sobre la endosfera (el núcleo).

La litosfera está dividida en una serie de fragmentos sólidos y rígidos llamadas placas litosféricas. La mayoría contiene corteza continental y oceánica y unas pocas sólo corteza oceánica y están en continuo y lento movimiento actuando unas sobre otras a través de sus bordes o límites que pueden ser de varios tipos:

• Límites divergentes, si las placas se separan unas de otras construyendo litosfera. Son las conocidas como Dorsales oceánicas o extensas cordilleras submarinas donde las placas se separan porque asciende magma del manto para crear nuevo suelo oceánico.
  
  

• Límites convergentes, si las placas se aproximan unas a otras, destruyendo litosfera y creando dos tipos de zonas:
  
  
  • Zonas de subducción, situadas en las fosas abisales donde las placas se aproximan y una de ellas (la menos densa, generalmente continental) cabalga sobre otra que se hunde (la más densa, generalmente oceánica) y que se funde incorporándose al manto. También originan cordilleras (Andes)
    
    
  • Zonas de colisión donde las placas, dos continentales entre sí, colisionan produciendo grandes plegamientos y formación de cordilleras (Alpes, Himalaya, Pirineos...).
    
    
• Fallas transformantes en las que las placas se encuentran pero una se desplaza lateralmente sobre la otra, a través de una fractura o falla, sin que se cree ni destruya litosfera.

John Tuzo Wilson y otros científicos proponen que existen ciclos (ciclo de Wilson) que duran entre 400 y 500 millones de años y en los que ocurren las siguientes fases:

1. La expansión del fondo oceánico con la consiguiente separación de las placas continentales, seguido de...
2. la aparición de zonas de subducción mediante las cuales los continentes se aproximan y dan lugar a...
3. choques de placas que al aproximarse cierran una cuenca oceánica que, posteriormente se...
4. fractura debido a la acumulación de la energía interna en ese punto para así iniciar un nuevo ciclo de expansión oceánica.

Hoy en día todavía no está claro cuál es el motor que hace posible el movimiento de las placas, ya que aunque se apuntó anteriormente que una causa pueden ser las células de convección creadas por el calor procedente de la parte inferior del manto mediante corrientes de convección, hoy hay teorías que apuntan la no existencia de esas células de convección. La fuente de energía necesaria para provocar los fenómenos tectónicos podría proceder de la energía interna de la Tierra, la energía potencial gravitatoria, la energía procedente de la desintegración de elementos radiactivos o todos en conjunto.