Exercicis: De la deriva continental a la tectònica de plaques

Qui va ser Alfred Wegener i què proposava la seva hipòtesi de la deriva continental? Explica per què la comunitat científica de la seva època la va rebutjar malgrat les proves que aportava.

Resumeix les tres proves clàssiques de la deriva continental —encaix de les costes, fòssils compartits i paleoclimes— posant un exemple concret de cadascuna.

Què era Pangea i quan va començar a fragmentar-se? Indica quin oceà es va anar obrint en separar-se Amèrica d'Europa i d'Àfrica.

Explica què és el paleomagnetisme i com les roques ígnies, en refredar-se, «fotografien» la direcció del camp magnètic terrestre del moment en què es van formar.

Què és una dorsal oceànica? Descriu quin procés té lloc al seu eix, quin tipus de roca s'hi genera i quina relació té amb l'expansió del fons oceànic.

Explica la diferència entre continent i placa litosfèrica, i raona, amb l'exemple de la placa sud-americana, per què una mateixa placa pot portar mig continent i mig oceà.

El Mesosaurus, un rèptil d'aigua dolça, apareix fossilitzat només a l'est de Sud-amèrica i al sud d'Àfrica. Raona per què no va poder travessar nedant l'Atlàntic i quina conclusió va extreure Wegener d'aquest repartiment.

En roques de regions avui tropicals (Índia, Àfrica austral, Sud-amèrica) es troben estries glaciars de fa uns $300$ milions d'anys. Explica què indiquen sobre la posició que ocupaven aleshores aquests continents i com encaixen en un sol casquet polar si es reagrupen.

L'esquema mostra les bandes magnètiques del fons oceànic a banda i banda d'una dorsal, amb l'edat de les roques. a) Explica per què les bandes són simètriques i què indica que l'edat creixi en allunyar-se de la dorsal. b) Raona com aquesta dada, desconeguda per a Wegener, va ressuscitar la deriva continental convertida en l'expansió del fons oceànic.

L'expansió de l'Atlàntic avança a un ritme mitjà de $2{,}5\ \text{cm}$ a l'any. Calcula quants quilòmetres s'ha eixamplat l'oceà en els últims $80$ milions d'anys i comenta per què aquesta xifra és només una aproximació.

Explica quina diferència hi ha entre la deriva continental de Wegener i la teoria actual de la tectònica de plaques: què és el que es mou realment en cada model i sobre quina capa ho fa.

Islàndia es parteix en dos a un ritme d'uns $2\ \text{cm}$ a l'any al llarg de la dorsal que la travessa. a) Calcula quants metres s'eixamplarà l'illa en $1\,000$ anys i quants quilòmetres en un milió d'anys. b) Explica per què Islàndia concentra vulcanisme actiu just en aquesta fractura.

El gruix dels sediments del fons oceànic augmenta en allunyar-se de les dorsals, i cap fons oceànic té més d'uns $200$ milions d'anys, enfront de continents amb roques de gairebé $4\,000$ milions d'anys. Raona com ambdues dades encaixen amb l'expansió oceànica i amb l'existència de zones on la litosfera es destrueix.

Les trajectòries de «deriva polar aparent» calculades per a Europa i per a Amèrica del Nord són diferents, com si cada continent hagués vist moure's el pol per un camí diferent. Explica per què aquesta contradicció desapareix si el que es va moure va ser cada continent pel seu compte.

En reconstruir l'encaix de Sud-amèrica i Àfrica, l'ajust és molt millor si s'uneixen les vores de les plataformes continentals i no les línies de costa actuals. Explica per què (erosió, sedimentació i canvis del nivell del mar modifiquen la costa) i què representa realment la vora de la plataforma.

La línia de Wallace, entre les illes indonèsies de Bali i Lombok, separa faunes asiàtiques de faunes australianes malgrat la proximitat. Relaciona aquesta frontera biogeogràfica amb la història tectònica de la regió (apropament de les plataformes de la Sonda i de Sahul i gran profunditat de l'estret) i explica per què les espècies no l'han travessat.

Un equip de geologia analitza una columna estratigràfica i estructural a la península Ibèrica i documenta la següent superposició d'esdeveniments:

1. Un sòcol basal de pissarres i gneissos intensament plegats amb intrusions granítiques datades en uns 305 Ma.

2. En discordança sobre el sòcol, capes continentals de gresos vermells i evaporites del Triàsic (230 Ma), sobre les quals recolzen potents gruixos de calcàries i dolomies marines amb fauna d'aigües càlides del Juràssic i Cretaci.

3. Estructures d'encavalcament i mantells de corriment actius fa 25 Ma que apilen i deformen les calcàries mesozoiques i sediments terciaris, i originen un relleu muntanyós.

1. a) Dedueix a quin context geodinàmic i a quina orogènia correspon el sòcol basal (1), justificant si representa la formació o la ruptura de Pangea.
2. b) Explica el significat geodinàmic de la transició entre els sediments triàsics i les calcàries juràssico-cretàcies (2), relacionant-la amb l'obertura del mar de Tetis i de l'Atlàntic.
3. c) Interpreta l'origen tectònic de la deformació terciària (3): quina orogènia representa, quines masses continentals col·lideixen i quina és la seva relació amb la gènesi i configuració del Mediterrani actual?

Analitza la taula següent amb dades cinemàtiques i geomètriques de quatre plaques litosfèriques:

1. a) Justifica, a partir de la correlació d'aquestes dades, quin mecanisme («slab pull» o estirament de la placa que subdueix davant de «ridge push» o empenyiment de dorsal) exerceix el control dominant en la velocitat de les plaques.
2. b) Si l'empenyiment de dorsal fos el motor principal, quines velocitats relatives esperaries trobar a la placa Antàrtica respecte a la Pacífica? Explica la raó física per la qual l'empenyiment de dorsal no basta per moure plaques a gran velocitat.
3. c) Explica per què la placa Africana es desplaça lentament tot i estar envoltada en gran part per dorsals i convecció mantel·lica ascendent, analitzant l'efecte de l'arrossegament basal i les arrels continentals gruixudes.

El 1960, abans d'acceptar-se la tectònica de plaques, un defensor del fixisme geològic afirmava:

«L'escorça oceànica és una conca permanent i passiva on s'han anat acumulant sediments de manera ininterrompuda des del Precambrià; la idea que els continents es desplacen és una fantasia sense base física.»

1. a) Si l'afirmació del fixista fos certa, quin gruix relatiu i quina antiguitat haurien de tenir els sediments i les roques del fons oceànic? Justifica per què les dades reals obtingudes mitjançant sondejos i testimonis oceànics (absència d'escorça marina anterior a 180 Ma i sediments cridanerament prims a prop de les dorsals) van falsar per complet el model fixista.
2. b) Explica com els mapes batimètrics elaborats per Marie Tharp i la troballa de la vall de rift axial a la dorsal mesoatlàntica van obligar a reinterpretar el paper del fons oceànic en la dinàmica terrestre.
3. c) A partir d'aquest cas històric, avalua per què la hipòtesi de Wegener del 1915 no va poder consolidar-se com a teoria científica en el seu moment i quin paper decisiu va exercir el desenvolupament de nova tecnologia (sonar, magnetometria marina) en el canvi de paradigma.

En un transecte de l'Atlàntic sud perpendicular a l'eix de la dorsal mesoatlàntica s'han datat tres punts clau de l'escorça basàltica simètrica a banda i banda del rift:

• L'anomalia magnètica C5 (10 Ma d'antiguitat) es localitza a 200 km a l'est i a 200 km a l'oest de la dorsal.

• L'anomalia magnètica C34 (84 Ma d'antiguitat) es localitza a 1 400 km a cada costat de la dorsal.

• El límit escorça oceànica-escorça continental (vora del rifting inicial, datat en 130 Ma) es troba a 3 000 km a cada costat.

1. a) Calcula la velocitat d'obertura total de l'oceà Atlàntic sud (expressada en cm/any) per als tres intervals temporals: (i) de 130 Ma a 84 Ma, (ii) de 84 Ma a 10 Ma, i (iii) de 10 Ma a l'actualitat.
2. b) Interpreta els resultats calculats: ha estat constant la velocitat d'expansió del fons oceànic a l'Atlàntic sud? Explica com l'anàlisi de les anomalies magnètiques revela aquestes acceleracions o desacceleracions.
3. c) Dues estacions de posicionament geodèsic espacial (GNSS/GPS) ubicades a Fortaleza (Brasil) i Libreville (Gabon) registren avui que la distància intercontinental s'incrementa a raó de 3,8 cm/any. Compara aquesta dada amb la taxa geològica recent calculada i justifica quin avantatge aporta la tecnologia GNSS/VLBI respecte al registre paleomagnètic en l'estudi de la cinemàtica de plaques.

Analitza les següents dades geodinàmiques comparatives entre dos grans orògens col·lisionals actius:

• Sistema Himàlaia-Tibet: Taxa de convergència: ~4,5 cm/any. Gruix cortical màxim: 75 km. Alçària mitjana de l'altiplà: 4 500 m. Litologia implicada: col·lisió frontal d'un crató precambrià fred, dens i rígid (placa de l'Índia) contra Euràsia.

• Sistema dels Alps: Taxa de convergència: ~0,5 cm/any. Gruix cortical màxim: 50 km. Alçària mitjana de l'orogen: 2 000 m. Litologia implicada: col·lisió obliqua i complexa de microplaques desgallades (bloc d'Apúlia/Adriàtic) contra el marge europeu.

1. a) Justifica, a partir de les diferències en velocitat de convergència, massa i inèrcia litosfèrica dels blocs en contacte, per què l'escorça sota el Tibet ha assolit un engrossiment de gairebé el doble que als Alps.
2. b) Malgrat que la convergència entre l'Índia i Àsia continua activa, els mesuraments mostren que l'altiplà del Tibet pateix actualment falles normals (extensió est-oest) i que els cims més alts han tocat un sostre orogènic. Explica quin fenomen geodinàmic i isostàtic (col·lapse gravitacional) frena el creixement vertical indefinit d'una serralada.
3. c) Prediu raonadament l'evolució estructural de l'orogen de l'Himàlaia durant els pròxims 15 milions d'anys si l'Índia prossegueix el seu avanç: cap a on migraran els encavalcaments actius i què passarà amb la massa rocosa de l'altiplà?

Un mapa geodinàmic de la Mediterrània mostra tres trets destacats:

1. Plans de sisme profunds (zones de Wadati-Benioff) que s'inclinen sota l'arc Hel·lènic (Grècia) i sota l'arc de Calàbria (sud d'Itàlia), assolint focus sísmics de fins a 400 km de profunditat.

2. Cadenes de volcans actius amb magmes explosius rics en andesites i dacites al mar Egeu (Santorí) i al mar Tirrè (illes Eòlies).

3. Conques marines joves (el mar Tirrè i el mar Egeu) el fons de les quals mostra aprimament cortical i falles extensionals actives, malgrat que Àfrica i Euràsia s'aproximen globalment a raó d'uns 0,5 cm/any.

1. a) Interpreta a partir de la sismicitat i el vulcanisme quin procés geodinàmic opera en els arcs Hel·lènic i de Calàbria, deduint l'origen i la naturalesa del magma explosiu d'aquestes zones.
2. b) Resol l'aparent paradoxa del punt 3: com és possible que existeixin conques en extensió i obertura a l'interior d'un oceà que es troba globalment en fase de tancament tectònic? (Pista: considera el retrocés del pla de subducció o «slab rollback»).
3. c) Prediu quina estructura orogràfica i quin tipus d'escorça predominarà a la regió mediterrània d'aquí a uns 40 milions d'anys si continua el moviment convergent, i esmenta dos registres geològics que testificaran en el futur que allà va existir una conca marina.

El 1915, els científics defensors del fixisme explicaven la presència de fòssils idèntics de Mesosaurus (un rèptil d'aigua dolça del Permià) a Sud-àfrica i el Brasil postulant l'existència de «ponts de terra intercontinentals» que posteriorment s'haurien enfonsat al fons del mar.

1. a) Aplica el principi de la isostàsia i la diferència composicional i de densitat entre l'escorça continental (sial) i el mantell/escorça oceànica (sima) per argumentar per què la hipòtesi fixista dels «ponts col·lapsats» és un disbarat físic.
2. b) Analitza les marques d'estries glacials permians trobades a Sud-amèrica, el sud d'Àfrica, l'Índia i Austràlia: justifica per què la seva orientació divergent des de les costes actuals cap a l'interior del continent resulta inexplicable amb els continents fixos, però adquireix coherència immediata si es reconstrueix el supercontinent de Pangea.
3. c) Avalua la frase clàssica: «Wegener va encertar en el què i va fallar en el com». Detalla quin mecanisme motor erroni va proposar ell per a la deriva continental i explica quin concepte tectònic posterior va resoldre satisfactòriament aquesta fallada física.

Un equip de geologia de camp descriu quatre conques tectòniques terrestres (A, B, C i D) amb els següents registres litològics i estructurals:

• Conca A: Vall continental enfonsada amb falles normals escalonades, aprimament de l'escorça, vulcanisme bimodal (riolites i basalts continentals) i llacs allargats amb指向 sediments fluvials i evaporítics.

• Conca B: Braç de mar estret amb marges continentals paral·lels; en el seu eix central ja es registra la formació incipient de fons oceànic basàltic i surgències hidrotermals.

• Conca C: Oceà ample els marges continentals del qual no presenten sismicitat ni vulcanisme (marges passius), acumulant gruixuts prismes sedimentaris sobre la plataforma i el talús continental.

• Conca D: Orogen de col·lisió sense vulcanisme actiu, amb un Moho situat a més de 65 km de profunditat, encavalcaments massius i presència d'ofiolites (associació de peridotites, gabres i laves en coixí) incrustades entre els sediments deformats.

1. a) Dedueix a quina etapa del cicle de Wilson correspon cada conca (A, B, C i D), justificant la teva elecció a partir de dos criteris geològics observables en cada cas.
2. b) Assigna un exemple geogràfic real actual a cadascuna de les quatre etapes descrites.
3. c) A partir de la presència d'ofiolites a la conca D i de la dinàmica del cicle de Wilson, respon: per què no existeix escorça oceànica in situ de més de 180 Ma als oceans actuals, mentre que a les masses continentals trobem roques de més de 3 800 Ma?