La teoria de la tectònica de plaques

Què és una placa litosfèrica i sobre quina capa més dúctil es desplaça? Explica la diferència entre litosfera i astenosfera.

Què és l'escorça terrestre i en què es diferencia del mantell? Quina discontinuïtat els separa i com es va detectar?

Compara l'escorça oceànica i la continental pel que fa a la composició dominant, la densitat, el gruix i l'edat màxima de les seves roques.

Anomena els tres tipus de vores entre plaques litosfèriques i descriu el moviment relatiu de les plaques en cadascun d'ells.

Per què els terratrèmols i els volcans no es reparteixen a l'atzar per la superfície terrestre, sinó que es concentren en bandes estretes i allargades?

Què és una fossa oceànica i en quin tipus de vora entre plaques es forma? Posa'n un exemple actual.

L'esquema mostra tres límits entre plaques (a, b i c). Identifica el tipus de límit de cada panell, descriu el moviment de les plaques que s'hi produeix i cita un exemple real de cadascun.

En un límit convergent de subducció, els terratrèmols són cada vegada més profunds en allunyar-se de la fossa cap al continent. Explica a què es deu aquesta distribució (pla de Benioff).

Als límits transformants hi ha abundants terratrèmols però gairebé gens de vulcanisme. Explica per què, relacionant-ho amb el tipus de moviment i amb el fet que allà no es crea ni es destrueix litosfera.

En una dorsal oceànica cada flanc s'allunya de l'eix a una velocitat de $2,5\ \text{cm/any}$. Calcula quants quilòmetres s'haurà eixamplat l'oceà al cap de $10\ \text{Ma}$, tenint en compte que l'eixamplament total és la suma dels dos flancs.

A la dorsal del Pacífic oriental cada flanc s'allunya de l'eix a $8\ \text{cm/any}$. Calcula quant s'haurà eixamplat aquest oceà en $5\ \text{Ma}$ i compara aquesta taxa amb la de la dorsal atlàntica, de $2,5\ \text{cm/any}$ per flanc.

Les anomalies magnètiques del fons oceànic formen bandes simètriques a banda i banda de la dorsal. Explica què registren aquestes bandes i com demostren que el fons oceànic s'expandeix.

Dues estacions GPS situades a banda i banda d'una dorsal se separen a raó de $4\ \text{cm/any}$ en total. Estima l'edat de l'escorça oceànica situada a $240\ \text{km}$ de l'eix de la dorsal i indica la hipòtesi que fas sobre la constància de la taxa d'expansió.

En un tram de la falla de San Andrés, dues estacions GNSS (GPS geodèsic) situades a l'escorça a $15\ \text{km}$ a cada costat del traç principal no han registrat desplaçament relatiu entre si en els darrers $160\ \text{anys}$. Tanmateix, estacions regionals situades a més de $100\ \text{km}$ a banda i banda de la falla registren un moviment relatiu continu i constant de $35\ \text{mm/any}$. Així mateix, els estudis paleosísmics mostren que un ventall al·luvial quaternari de $40.000\ \text{anys}$ d'antiguitat està desplaçat lateralment a la falla un total d'$1,4\ \text{km}$.

1. a) Interpreta l'aparent discrepància entre l'absència de moviment local en els darrers $160\ \text{anys}$ i la velocitat regional mesurada per GNSS aplicant la teoria del rebot elàstic.
2. b) Comprova amb càlculs si la taxa de desplaçament geològic a llarg termini (deduïda del ventall al·luvial) és coherent amb la velocitat instantània actual obtinguda per GNSS.
3. c) Calcula el dèficit de lliscament acumulat en el pla de falla bloquejat durant aquests $160\ \text{anys}$ i prediu el desplaçament cosísmic esperable si tota aquesta deformació elàstica s'alliberés de cop en un sol terratrèmol.

Anomena almenys dues forces que contribueixen al moviment de les plaques litosfèriques, com ara l'empenyiment de la dorsal, l'arrossegament del mantell o la succió de la placa que subdueix, i descriu breument cadascuna.

Què és un punt calent? Posa'n un exemple i explica per què el seu vulcanisme no està associat a cap vora de placa.

Als arcs volcànics el magma es genera uns $100\ \text{km}$ per sobre de la placa que subdueix. Explica quin paper juga l'aigua alliberada per la placa en deshidratar-se en la fusió del mantell que la recobreix.

La cadena Hawaii-Emperador presenta una morfologia sistemàtica: les illes del sud-est (com Hawaii) son enormes volcans en escut emergits amb cotes de fins a $4.200\ \text{m}$ i edats inferiors a $1\ \text{Ma}$. Cap al nord-oest, les illes es transformen paulatinament en atols coral·lins i, més al nord, en guyots (muntanyes submarines de cim pla submergides a més de $1.000\ \text{m}$ de profunditat amb edats de fins a $80\ \text{Ma}$). A $3.500\ \text{km}$ al nord-oest de Hawaii se situa el guyot Daikakuji, datat en $47\ \text{Ma}$, en el punt exacte on l'alineació canvia bruscament d'orientació (de NO-SE a N-S).

1. a) Explica la seqüència de processos geològics (tèrmics, isostàtics i morfosedimentaris) que transformen una illa volcànica activa en un guyot submergit a mesura que la litosfera es desplaça allunyant-se del punt calent.
2. b) Calcula la velocitat mitjana d'avanç de la placa del Pacífic entre el moment present i la formació del colze fa $47\ \text{Ma}$, expressant el resultat en $\text{cm/any}$.
3. c) Es debat si el «colze» d'Emperador reflecteix un canvi brusc en la trajectòria cinemàtica de la placa del Pacífic o el moviment propi de la ploma mantèl·lica. Quina prova geològica contrastable (analitzant altres cadenes intraplaca coetànies del Pacífic o mitjançant paleomagnetisme) permetria confirmar si va canviar la direcció de la placa?

Considera les dades geofísiques mitjanes següents sobre la litosfera i l'astenosfera:

• Litosfera oceànica acabada de crear a la dorsal: gruix $\approx 12\ \text{km}$; densitat mitjana $\approx 3,05\ \text{g/cm}^3$.

• Litosfera oceànica madura ($>60\ \text{Ma}$): gruix $\approx 100\ \text{km}$; densitat mitjana $\approx 3,35\ \text{g/cm}^3$.

• Litosfera continental típica: gruix $\approx 150\ \text{km}$; escorça de $35\ \text{km}$ (densitat $\approx 2,75\ \text{g/cm}^3$) i mantell litosfèric de $115\ \text{km}$ (densitat $\approx 3,30\ \text{g/cm}^3$); densitat mitjana global $\approx 3,17\ \text{g/cm}^3$.

• Mantell astenosfèric superior subjacent: densitat $\approx 3,25\ \text{g/cm}^3$.

1. a) A partir del principi de flotabilitat i de les dades anteriors, justifica per què una dorsal oceànica mai no pot subduir espontàniament, mentre que una litosfera oceànica vella pot col·lapsar i iniciar una subducció.
2. b) Raona per què la litosfera continental no pot subduir de manera profunda i contínua al mantell astenosfèric, i prediu quina resposta mecànica experimenta quan un marge passiu continental és arrossegat cap a una fossa de subducció.
3. c) Durant la subducció, els basalts i gàbbros de l'escorça oceànica pateixen metamorfisme d'alta pressió i baixa temperatura transformant-se en eclogita (densitat $\approx 3,50\ \text{g/cm}^3$). Justifica com incideix aquesta transformació de fase en la força d'arrossegament de la placa (slab pull).