Ejercicios: La teoría de la tectónica de placas

¿Qué es una placa litosférica y sobre qué capa más dúctil se desplaza? Explica la diferencia entre litosfera y astenosfera.

Nombra los tres tipos de bordes entre placas litosféricas y describe el movimiento relativo de las placas en cada uno de ellos.

¿Por qué los terremotos y los volcanes no se reparten al azar por la superficie terrestre, sino que se concentran en bandas estrechas y alargadas?

¿Qué es la corteza terrestre y en qué se diferencia del manto? ¿Qué discontinuidad los separa y cómo se detectó?

Nombra al menos dos fuerzas que contribuyen al movimiento de las placas litosféricas, como el empuje de la dorsal, el arrastre del manto o la succión de la placa que subduce, y describe brevemente cada una.

¿Qué es una fosa oceánica y en qué tipo de borde entre placas se forma? Pon un ejemplo actual.

Compara la corteza oceánica y la continental en composición dominante, densidad, espesor y edad máxima de sus rocas.

¿Qué es un punto caliente? Pon un ejemplo y explica por qué su vulcanismo no está asociado a ningún borde de placa.

El esquema muestra tres bordes entre placas (a, b y c). Identifica el tipo de borde de cada panel, describe el movimiento de las placas que en él ocurre y cita un ejemplo real de cada uno.

En una dorsal oceánica cada flanco se aleja del eje a una velocidad de $2.5\ \text{cm/año}$. Calcula cuántos kilómetros se habrá ensanchado el océano al cabo de $10\ \text{Ma}$, teniendo en cuenta que el ensanchamiento total es la suma de los dos flancos.

En un borde convergente de subducción, los terremotos son cada vez más profundos al alejarse de la fosa hacia el continente. Explica a qué se debe esta distribución (plano de Benioff).

En la dorsal del Pacífico oriental cada flanco se aleja del eje a $8\ \text{cm/año}$. Calcula cuánto se habrá ensanchado ese océano en $5\ \text{Ma}$ y compara esa tasa con la de la dorsal atlántica, de $2.5\ \text{cm/año}$ por flanco.

Las anomalías magnéticas del fondo oceánico forman bandas simétricas a ambos lados de la dorsal. Explica qué registran esas bandas y cómo demuestran que el fondo oceánico se expande.

En los arcos volcánicos el magma se genera unos $100\ \text{km}$ por encima de la placa que subduce. Explica qué papel juega el agua liberada por la placa al deshidratarse en la fusión del manto que la recubre.

En los bordes transformantes hay abundantes terremotos pero apenas vulcanismo. Explica por qué, relacionándolo con el tipo de movimiento y con el hecho de que allí no se crea ni se destruye litosfera.

Dos estaciones GPS situadas a ambos lados de una dorsal se separan a razón de $4\ \text{cm/año}$ en total. Estima la edad de la corteza oceánica situada a $240\ \text{km}$ del eje de la dorsal e indica la hipótesis que haces sobre la constancia de la tasa de expansión.

Un informe técnico preliminar para la ubicación de una instalación nuclear estratégica compara dos emplazamientos candidatos: la península de Reykjanes (Islandia) y un sector sobre el basamento granítico de la Meseta Central ibérica. Un analista afirma: «Ambas zonas presentan rocas ígneas abundantes y forman parte de la litosfera de la placa euroasiática, por lo que su peligrosidad geológica a largo plazo ($100,000\ \text{años}$) es equivalente».

1. a) Rebate de forma fundamentada la afirmación del analista, contrastando el contexto geodinámico (tipo de litosfera, régimen térmico, esfuerzos tectónicos y proximidad a bordes de placa) de ambos lugares.
2. b) Predice razonadamente tres procesos o riesgos geológicos que descartarían por completo el emplazamiento islandés frente a la estabilidad del bloque meseteño.
3. c) ¿Significa la baja sismicidad de la Meseta que no existan esfuerzos tectónicos en su interior? Justifica tu respuesta considerando la transmisión intraplaca de tensiones.

En un tramo de la falla de San Andrés, dos estaciones GNSS (GPS geodésico) situadas en la corteza a $15\ \text{km}$ a cada lado del trazo principal no han registrado desplazamiento relativo entre sí en los últimos $160\ \text{años}$. Sin embargo, estaciones regionales situadas a más de $100\ \text{km}$ a ambos lados de la falla registran un movimiento relativo continuo y constante de $35\ \text{mm/año}$. Asimismo, los estudios paleosísmicos muestran que un abanico aluvial cuaternario de $40,000\ \text{años}$ de antigüedad está desplazado lateralmente en la falla un total de $1.4\ \text{km}$.

1. a) Interpreta la aparente discrepancia entre la ausencia de movimiento local en los últimos $160\ \text{años}$ y la velocidad regional medida por GNSS aplicando la teoría del rebote elástico.
2. b) Comprueba con cálculos si la tasa de desplazamiento geológico a largo plazo (deducida del abanico aluvial) es coherente con la velocidad instantánea actual obtenida por GNSS.
3. c) Calcula el déficit de deslizamiento acumulado en el plano de falla bloqueado durante esos $160\ \text{años}$ y predice el desplazamiento co-sísmico esperable si toda esa deformación elástica se liberara de golpe en un solo terremoto.

En las cotas superiores del monte Everest, a más de $8,000\ \text{m}$ de altitud, afloran calizas marinas fosilíferas ordovícicas y mesozoicas (Formación Qomolangma). Por debajo, el macizo está constituido por gneises, esquistos de alto grado y leucogranitos cenozoicos. Datos gravimétricos y de sísmica profunda revelan que la corteza continental bajo el Tíbet y el Himalaya alcanza un espesor de hasta $75\ \text{km}$, casi el doble de la media continental mundial, sin que exista un arco volcánico activo asociado.

1. a) Reconstruye la evolución geodinámica que explica cómo rocas formadas en un fondo marino somero han terminado en la cumbre más alta del planeta, indicando los diferentes tipos de límites de placa que han operado sucesivamente en la región.
2. b) Justifica mediante el principio de isostasia la relación existente entre la raíz cortical de $75\ \text{km}$ y la extraordinaria elevación topográfica del orógeno.
3. c) A diferencia de los Andes, en el Himalaya no se observa magmatismo volcánico activo a pesar de ser una zona de intensa convergencia y sismicidad. Justifica mecánica y térmicamente esta ausencia de vulcanismo.

Se analiza un corte geofísico transversal del margen pacífico sudamericano a los $22^\circ\text{S}$. Se observan los siguientes datos empíricos:

1. Una fosa oceánica profunda con escaso relleno sedimentario y litosfera oceánica de unos $45\ \text{Ma}$ que subduce con un buzamiento de $30^\circ$ hacia el este.

2. Hipocentros sísmicos alineados que alcanzan profundidades de hasta $600\ \text{km}$.

3. Un arco volcánico activo a $280\ \text{km}$ al este de la fosa, que emite lavas predominantemente andesíticas y dacíticas, ricas en volátiles.

4. Una faja corrida y plegada en el antepaís oriental (zona subandina) con cabalgamientos que acortan y engruesan la corteza continental.

1. a) Interpreta el origen térmico y químico del magma del arco: rebate la idea intuitiva de que el magma procede de la simple fundición por fricción de la corteza oceánica que subduce y explica el papel fundamental de la deshidratación de los minerales hidratados.
2. b) Justifica por qué el vulcanismo andino es eminentemente andesítico-dacítico y altamente explosivo, en contraste con el vulcanismo efusivo basáltico de las dorsales meso-oceánicas.
3. c) Predice razonadamente cómo evolucionaría la dinámica tectónica y magmática del margen si la cuenca oceánica se cerrase por completo y colisionara un microcontinente situado en la placa subducente.

La cadena Hawái-Emperador presenta una morfología sistemática: las islas del sureste (como Hawái) son enormes volcanes en escudo emergidos con cotas de hasta $4,200\ \text{m}$ y edades inferiores a $1\ \text{Ma}$. Hacia el noroeste, las islas se transforman paulatinamente en atolones coralinos y, más al norte, en guyots (montes submarinos de cumbre plana sumergidos a más de $1,000\ \text{m}$ de profundidad con edades de hasta $80\ \text{Ma}$). A $3,500\ \text{km}$ al noroeste de Hawái se ubica el guyot Daikakuji, datado en $47\ \text{Ma}$, en el punto exacto donde la alineación cambia bruscamente de orientación (de NO-SE a N-S).

1. a) Explica la secuencia de procesos geológicos (térmicos, isostáticos y morfosedimentarios) que transforman una isla volcánica activa en un guyot sumergido a medida que la litosfera se desplaza alejándose del punto caliente.
2. b) Calcula la velocidad media de avance de la placa del Pacífico entre el momento presente y la formación del codo hace $47\ \text{Ma}$, expresando el resultado en $\text{cm/año}$.
3. c) Se debate si el «codo» de Emperador refleja un cambio brusco en la trayectoria cinemática de la placa del Pacífico o el movimiento propio de la pluma mantélica. ¿Qué prueba geológica contrastable (analizando otras cadenas intraplaca coetáneas del Pacífico o mediante paleomagnetismo) permitiría confirmar si cambió la dirección de la placa?

Considera los siguientes datos geofísicos promedio sobre la litosfera y la astenosfera:

• Litosfera oceánica recién creada en la dorsal: espesor $\approx 12\ \text{km}$; densidad media $\approx 3.05\ \text{g/cm}^3$.

• Litosfera oceánica madura ($>60\ \text{Ma}$): espesor $\approx 100\ \text{km}$; densidad media $\approx 3.35\ \text{g/cm}^3$.

• Litosfera continental típica: espesor $\approx 150\ \text{km}$; corteza de $35\ \text{km}$ (densidad $\approx 2.75\ \text{g/cm}^3$) y manto litosférico de $115\ \text{km}$ (densidad $\approx 3.30\ \text{g/cm}^3$); densidad media global $\approx 3.17\ \text{g/cm}^3$.

• Manto astenosférico superior subyacente: densidad $\approx 3.25\ \text{g/cm}^3$.

1. a) A partir del principio de flotabilidad y los datos anteriores, justifica por qué una dorsal oceánica nunca puede subducir espontáneamente, mientras que una litosfera oceánica vieja puede colapsar e iniciar una subducción.
2. b) Razona por qué la litosfera continental no puede subducir de manera profunda y continua en el manto astenosférico, y predice qué respuesta mecánica experimenta cuando un margen pasivo continental es arrastrado hacia una fosa de subducción.
3. c) Durante la subducción, los basaltos y gabros de la corteza oceánica sufren metamorfismo de alta presión y baja temperatura transformándose en eclogita (densidad $\approx 3.50\ \text{g/cm}^3$). Justifica cómo incide esta transformación de fase en la fuerza de arrastre de la placa (slab pull).

Al analizar la sismicidad registrada en dos límites convergentes distintos (Margen A: fosa de Tonga-Kermadec; Margen B: fosa de Perú-Chile a los $32^\circ\text{S}$), se observan las siguientes diferencias:

• En el Margen A, los hipocentros se distribuyen a lo largo de un plano inclinado con un buzamiento de $60^\circ$ que penetra de forma continua hasta los $680\ \text{km}$ de profundidad.

• En el Margen B, el plano de sismicidad desciende inicialmente con un ángulo de $30^\circ$ hasta los $100\ \text{km}$, luego se vuelve subhorizontal ($<10^\circ$) durante cientos de kilómetros tierra adentro y cesa por completo a profundidades superiores a $150\ \text{km}$.

Además, a nivel planetario no se registra ningún terremoto a profundidades superiores a los $700\ \text{km}$, aunque la tomografía sísmica muestra que la litosfera fría continúa hundiéndose en el manto profundo.

1. a) Justifica a qué factores físicos (edad de la placa oceánica, temperatura, velocidad de convergencia o flotabilidad) se deben las diferencias observadas en la inclinación y profundidad de los sismos entre ambos márgenes.
2. b) Explica el cambio en el comportamiento reológico de los materiales y las transformaciones de fase mineralógicas que justifican la desaparición total de sismos por debajo de los $700\ \text{km}$.
3. c) Si una estación sismológica se ubica en el Margen A a $180\ \text{km}$ de distancia de la fosa hacia el arco, predice razonadamente el rango de profundidad (superficial, intermedio o profundo) en el que detectará los terremotos provocados directamente por la placa en subducción bajo sus pies.

El mapa sismotectónico de la península ibérica muestra una acusada heterogeneidad: en el sector Bético-Rifeño y el arco de Gibraltar se concentra una sismicidad continua con sismos destructivos periódicos (como los de Arenas del Rey en 1884 o Lorca en 2011), mientras que el interior de la Meseta Central se considera prácticamente asísmico. No obstante, las mediciones GNSS demuestran que la placa africana avanza hacia el NO respecto a Eurasia a una velocidad constante de $4\text{ a }5\ \text{mm/año}$.

1. a) Justifica por qué el contacto geodinámico entre Eurasia y África en el sur de Iberia no se manifiesta como una única falla discreta o una fosa clásica, sino como una «frontera difusa» de deformación cortical de cientos de kilómetros de anchura.
2. b) En las Cordilleras Béticas coexisten fallas de desgarre y fallas inversas activas. Explica mecánicamente la coexistencia de ambos tipos de fallas a partir del régimen compresivo oblicuo inducido por la cinemática de placas.
3. c) ¿Se puede considerar que la probabilidad de que ocurra un terremoto en el interior de la Meseta Central es absolutamente nula? Justifica tu respuesta considerando la transmisión intraplaca de tensiones tectónicas y la reactivación de fallas tardihercínicas.