Corteza Continental y Corteza Oceánica
Muchos elementos químicos que raramente se encuentran en la Tierra, están por el contrario concentrados en las rocas graníticas. Este hecho le otorga a la corteza continental una importancia inmensa, desproporcionada en relación con su masa insignificante, si tomamos en consideración la masa total del planeta.
Para comprender estos hechos es necesario investigar sobre el origen y evolución de la corteza continental, partiendo necesariamente del conocimiento de su composición total. Para tal efecto, un método posible podría ser compilar todas las descripciones de las rocas de la superficie terrestre, que han sido hechas hasta el presente, pero esto no sería suficiente. Un extenso y exhaustivo programa de perforaciones profundas y toma de muestras, no sólo que estaría fuera del alcance de la tecnología actual de perforaciones sino que sería altamente prohibitivo desde el punto de vista económico.
Afortunadamente, una solución más simple se encuentra a la mano, toda vez que la naturaleza ha realizado ya el más extenso muestreo de la corteza, por medio de la erosión de los continentes y la deposición de sedimentos. Todos estos sedimentos, que más tarde se han transformado en rocas sedimentarias, nos dan sorprendentemente una composición promedio de las rocas de la superficie terrestre. En este muestreo estarán ausentes, sin embargo, los elementos solubles en agua, tales como el sodio y el calcio. Entre los elementos insolubles que se transfieren de la corteza a los sedimentos, sin distorsión de sus abundancias relativas, están los 14 elementos de las "tierras raras", conocidos entre los geoquímicos como los REEs (rare earth elements). Estas etiquetas representativas son excelentes para descifrar la composición de la corteza, toda vez que sus átomos no entran fácilmente en la estructura cristalina de los minerales más comunes. Ellos tienden, por el contrario, a concentrarse entre los últimos constituyentes del granito, como resultado del enfriamiento de un magma que originará la mayor parte de la corteza continental.
Tomando en consideración que los patrones de REEs que se encuentran en una gran variedad de sedimentos son similares, los geoquímicos deducen que el intemperismo, la erosión y la sedimentación deben mezclar suficientemente los minerales de una gran variedad de rocas ígneas y crear, de esta manera, una muestra total de la composición de la corteza continental. Todos los miembros del grupo REEs establecen algo así como una marca, un tipo de composición de la corteza continental, a través del tiempo. Y, si tomamos en cuenta que estos elementos se concentran en los últimos estadios de la consolidación de las masas graníticas, sus patrones de abundancia relativa, a través del tiempo, son un registro de los eventos ígneos que han tenido influencia en la evolución de la corteza.
Utilizando estos registros geoquímicos, los geólogos han determinado que la composición de la parte superior de la corteza continental es aproximadamente granodiorítica, una roca ígnea compuesta mayormente de minerales claros, cuarzo y feldespato, con pintas diseminadas de minerales obscuros. De esta manera se establece una diferencia fundamental entre corteza continental y corteza oceánica. La corteza del fondo oceánico es basáltica.
A una profundidad de 10 a 15 km en la corteza continental, rocas de composición mayormente basáltica son probablemente comunes. La naturaleza exacta de este material es todavía controversial y los geólogos se encuentran pesando sus ideas con mediciones del calor producido, dentro de la corteza, por importantes elementos radiactivos, como el uranio, el torio y el potasio 40. Pero parece razonable que al menos partes de esta enigmática e inaccesible región puedan consistir de basalto, entrampado y acomodado por debajo de los continentes de menor densidad relativa.
Es esta propiedad física de las rocas graníticas – su baja densidad relativa – la que explica el porqué la mayor parte de los continentes no se encuentra sumergida. La corteza continental se eleva, en promedio, unos 125 m sobre el nivel del mar y, un 15% del área continental está sobre los 2.000 m. Estas medidas contrastan grandemente con la profundidad del piso oceánico que se halla, en promedio, a 4.000 m por debajo del nivel del mar, como una consecuencia directa de la mayor densidad de la corteza oceánica, compuesta mayormente de basalto y cubierta con una fina capa de sedimentos.
En la base de la corteza, tanto continental como oceánica, se encuentra la discontinuidad Mohorovicic comúnmente llamada Moho. Y, por debajo de la corteza se encuentre el manto. La inter-fase denominada Moho separa, por lo tanto, la corteza del manto. Esta superficie marca un cambio radical en la composición, hacia una roca extremadamente densa, rica en olivina, que infrayace toda la corteza, tanto continental como oceánica. La diferencia básica entre corteza y manto es de naturaleza química. Estudios geofísicos, interpretando el comportamiento de las ondas sísmicas, han encontrado la interface Moho alrededor de todo el mundo.
Estas investigaciones geofísicas han descubierto también que una parte del manto superior, hasta una profundidad de 400 km, se encuentra como "soldada" a la corteza superior. Esta parte del manto superior, conjuntamente con la corteza, constituyen lo que se conoce como "la litosfera", que se mueve lateralmente en el proceso conocido como "deriva continental" de la Tectónica de Placas, que no es lo mismo que el concepto de "deriva continental" de A. Wegener. Como soporte de estas ideas se presentan los análisis de inclusiones minerales encontradas en diamantes, supuestamente provenientes de esta región sub-cortical. Y en cuanto a la edad de los diamantes, su datación indica una edad superior a los 3.000 m.a. (millones de años), lo que demuestra la antigüedad de estas profundas raíces continentales.
Curiosamente, hasta mediados del siglo pasado no había evidencias de que las rocas del suelo oceánico tuvieran diferencias fundamentales con las rocas de los continentes. Se creía que el fondo oceánico estaba constituido de otros continentes meramente sumergidos. Esta percepción creció naturalmente del concepto que afirmaba que la corteza continental cubría totalmente la Tierra y que se había originado como la "escoria" que flotó de un planeta en estado de fusión original. Aunque en la actualidad se acepta que la Tierra era un planeta fundido a muy temprana edad de su proceso evolutivo, una corteza granítica "primaria" nunca existió en esos tiempos, como se pensaba anteriormente.
Evolución de la geodiversidad de la corteza terrestre
¿Cómo fue que estas dos clases de cortezas, la continental y la oceánica, lograron desarrollarse en el planeta Tierra?
Para responder a esta pregunta es necesario tener en consideración la evolución del sistema solar. En la región de la nebula solar primordial, ocupada por la órbita terrestre, la mayor parte de los gases emigraron y solamente los fragmentos rocosos del tamaño suficiente para resistir la inmensa actividad solar inicial, fueron acumulándose. Estos objetos fueron juntándose, por acreción, hasta formar nuestro planeta, en un proceso que duró de 50 a 100 m.a.
Tardíamente, en este estado de formación, un masivo planetesimal, probablemente del tamaño de Marte, chocó contra el casi formado planeta Tierra. El manto rocoso del planetesimal se eyectó hacia una órbita para dar origen a la Luna, mientras que el núcleo metálico de este cuerpo se introdujo en el interior del planeta Tierra. Un evento catastrófico de esta naturaleza debió haber fundido totalmente la Tierra y, probablemente, en el proceso posterior de enfriamiento y solidificación se formó una corteza basáltica inicial.
Es posible que en este estado de su evolución la Tierra haya sido muy semejante al planeta Venus actual. Nada de esta corteza primaria ha sobrevivido. No se sabe si se sumergió en el manto de manera similar a lo que pasa ahora, o si fue acumulándose localmente hasta constituir masas suficientemente espesas como para hundirse hacia el interior del planeta. De todas maneras, no hay evidencias de la existencia de corteza
granítica en este estadio de su desarrollo. Si hubiera existido corteza granítica, trazas de esta corteza pudieron sobrevivir en la forma de granos de zircón, que hacen parte de la composición mineralógica de los granitos y que son muy resistentes a la erosión. Existen zircones muy antiguos (los más antiguos se encuentran en rocas sedimentarias de Australia, y tienen 4.300 m.a.), pero son muy, pero muy escasos.
Más información acerca de los estadios tempranos de formación de la corteza se encuentran en las rocas antiguas que han logrado preservarse intactas a través del tiempo. Rocas denominadas gneiss Acasta, que se originaron en el interior de la corteza, tienen poco menos de 4.000 m.a. y afloran al noroeste de Canadá. Otras rocas, ligeramente más jóvenes, se han encontrado en varias partes del mundo, pero las que han sido mejor estudiadas se encuentran al oeste de Groenlandia. La abundancia de rocas de origen sedimentario atestigua la presencia de agua de escorrentía y, probablemente, la presencia de verdaderos océanos en estas épocas remotas. Pero, estas rocas difieren en 400 o 500 m.a. del momento inicial de la acreción que formó la Tierra. La falta de registros correspondientes a este intervalo de tiempo puede deberse a un masivo bombardeo de asteroides que pudo haber alterado la corteza terrestre original.
De la información que se ha preservado en las rocas sedimentarias, los geólogos saben que la formación de la corteza continental ha sido un proceso que se ha desarrollado a lo largo de la historia de la Tierra, pero este proceso no ha sido el mismo a través del tiempo. Por ejemplo, en el límite entre el Arqueozoico y el Proterozoico, hace 2.500 m.a., se nota un cambio muy pronunciado en la composición de las rocas.
La composición de la corteza superior, antes de este límite, contiene constituyentes menos desarrollados, compuestos de basalto y de granitos ricos en sodio. Estas rocas constituyen la llamada "suite tonalita-trondjemita-granodiorita" o "suite TTG". Esta composición difiere considerablemente de la presente corteza superior, la misma que está dominada por la presencia de granitos ricos en potasio.
Los profundos cambios experimentados en la composición de la corteza hace 2.500 m.a. parece que están relacionados con cambios en el régimen tectónico de la Tierra. Antes de este tiempo, altos niveles de actividad radiactiva produjeron mucho calor en el planeta. En consecuencia, en el Arqueozoico temprano, la corteza oceánica fue más caliente, más espesa, más liviana, y por consiguiente más flotante; hecho que le impedía sumergirse en el interior del planeta. Por el contrario, bajo las secciones más espesas de esa corteza, que pueden asemejarse a la actual Islandia, rocas de una corteza más densa se fundieron y originaron rocas ígneas ricas en sodio, como las de la suite TTG. Rocas algo similares se forman actualmente en pocos lugares, tales como el sur de Chile, donde una joven y delgada corteza oceánica se hunde inclinadamente en el manto. Pero estas rocas modernas, que se producen por el proceso de la Tectónica de Placas, son ligeramente diferentes de sus parientes más antiguas del Arqueozoico, que se produjeron por hundimiento de placas densas de una corteza más espesa.
El estilo moderno de la Tectónica de Placas no comenzó a operar sino en el Arqueozoico tardío (hace 3.000 a 2.500 m.a.), cuando la corteza oceánica se enfrió, perdió su flotabilidad y fue capaz de profundizarse en el manto. La tendencia original del magma, a formarse con la composición de la suite TTG, explica el porqué la corteza creció como una mezcla de basalto y tonalita durante el Arqueozoico. Grandes porciones de corteza continental, probablemente entre el 50 y el 70% de la corteza actual, emergieron durante este tiempo, con un mayor episodio de crecimiento entre 3.000 y 2.500 m.a. Desde aquel tiempo, las alturas relativas de las plataformas continentales y del fondo oceánico se han mantenido más o menos estables.
Al inicio del Proterozoico, hace 2.500 m.a., la corteza terrestre ya había asumido mucho de su fisonomía actual y había comenzado el ciclo moderno de la Tectónica de Placas Comúnmente, la corteza oceánica se forma por la erupción de basalto a lo largo de la red global de cordilleras medio-oceánicas. Más de 18 km cúbicos de rocas se producen cada año por este proceso. La corteza así formada se mueve lateralmente, a uno y otro lado del rift medio-oceánico, "soldada" a una parte del manto superior, lo que conjuntamente se denomina "la litosfera". La litosfera es rígida y se deforma elásticamente, mientras que la astenosfera, que se encuentra por debajo de la litosfera, se deforma plásticamente. La diferencia básica entre litosfera y astenosfera es de naturaleza física. La litosfera oceánica se hunde en el manto en los "contactos de subducción" (subduction contacts), dejando marcas de este movimiento en el piso oceánico, tales como las profundas fosas oceánicas o "trenches".
En las zonas de subducción, al mismo tiempo que la corteza basáltica del fondo oceánico se introduce en el manto, lo hacen también los sedimentos marinos cargados de agua. A una profundidad de aproximadamente 80 km, el calor interno envía hacia la parte superior del manto el agua y otros volátiles de los sedimentos que subducen. Estas sustancias actúan entonces como lo hace un soplete en un taller de fundición. induciendo la fusión de las rocas del entorno, a menores temperaturas. En otras palabras, disminuyen el punto de fusión de las rocas.
El magma experimenta un proceso de fraccionamiento magmático y se producen las andesitas, mientras que el substrato más básico, probablemente se hunde en el manto en un proceso que se llama "delaminación" (delamination). El magma andesítico así producido llega eventualmente a la superficie, donde produce espectaculares erupciones explosivas. Extensas cadenas montañosas y volcánicas, como Los Andes, con la fuerza de sus sustancias volátiles en ebullición, añaden anualmente unos 2 km cúbicos de lava y de ceniza. Las andesitas proveen la materia prima para la conformación litológica de los continentes.
Pero las rocas graníticas, ricas en sílice, que vemos en la superficie de los continentes, provienen del interior de la corteza continental. La acumulación de calor, dentro de la corteza continental, puede producir la fusión de las rocas y el magma resultante puede subir, eventualmente, a la superficie. Aunque parte de este calor puede originarse en la desintegración de elementos radiactivos, una fuente posiblemente más segura de calor puede ser el magma basáltico que asciende de las profundidades del manto y que queda entrampado por debajo de la cobertura granítica. Así, esta masa de roca fundida, el magma basáltico, puede actuar como lo hace una llama por debajo de la sartén.
El crecimiento episódico de la corteza terrestre
Aunque la variación más dramática en el desarrollo de la corteza continental ocurrió al final del Arqueozoico, hace 2.500 m.a., parece que los continentes experimentaron cambios episódicos a través del tiempo geológico. Por ejemplo, notables adiciones o crecimientos de corteza continental, ocurrieron de 2.000 a 1.700 m.a., de 1.300 1.100 m.a. y de 500 a 300 m.a. El que los continentes de la Tierra hayan experimentado tales crecimientos episódicos podría parecer contradictorio. Uno puede preguntarse, ¿por qué la corteza ha de formarse por cambios episódicos, si la producción de calor interno y su liberación por medio del reciclamiento de la corteza es un proceso continuo?
Una comprensión más detallada de la Tectónica de Placas ayuda a resolver este problema. Durante el período Permiano, hace 250 m.a., los mayores continentes de la Tierra convergieron para formar un solo gran continente llamado Pangea. Este no fue el único caso: la formación de tales supercontinentes ha ocurrido con intervalos de aproximadamente 600 m.a. Estos mayores ciclos tectónicos, que juntan y separan los continentes, han sido documentados desde el Proterozoico temprano e, incluso, ha habido sugerencias de que el primer supercontinente pudo haberse formado durante el
Arqueozoico. Tales ciclos tectónicos, de gran escala, pueden haber modulado el tiempo del crecimiento cortical. Cuando un supercontinente se rompe, la corteza oceánica está madura y pronta para formar nueva corteza continental, mediante el proceso de subducción. Cuando los continentes individuales tienden a juntarse, un "arco de islas" (island arc) puede chocar con una plataforma continental. Tales episodios crean nueva corteza continental, cuando las rocas del arco de islas se añaden al margen continental .
Por más de 4.000 m.a. los continentes actuales han venido conformándose en sucesivas conjunciones y dispersiones, durante las cuales se han mezclado los más variados terrenos. Entre esta amalgama resultante está la información que se puede disponer sobre la historia de la Tierra. Esta historia, elaborada del estudio de las rocas, es como un gran rompecabezas que ha demandado mucho tiempo resolverlo.
Pero, el conocimiento que se tiene ahora del origen y evolución de la corteza nos permite comprender que entre todos los planetas conocidos, la Tierra es verdaderamente excepcional, un caso único. Por un afortunado accidente de la naturaleza – su habilidad para mantener activa la Tectónica de Placas – un planeta y solamente uno, entre todos los planetas conocidos, ha sido capaz de dar origen a una corteza continental estable, donde vivimos; a la atmósfera como hoy la conocemos y, por supuesto, a la vida.
Galo Yanez P.
Geólogo, M. Sc., Ph. D. Profesor jubilado, Universidad de Oriente.
Este trabajo es una interpretación del artículo "The evolution of Continental Crust", de Taylor S. R. y McLennan S. M., publicado en Scientific American, Special edition. Vol. 15, Nº 2, Sept. 2005.
Marzo del 2007
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