La tectónica de placas (del griego tekton "el que construye") es la teoría científica que establece que la litosfera (la porción superior más fría y rígida de la Tierra) está fragmentada en una serie de placas que se desplazan sobre el manto terrestre fluido (astenosfera). Esta teoría también describe el movimiento de las placas, sus direcciones e interacciones.
Las diferentes placas se desplazan con velocidades del orden de 5 cm/año lo que es, aproximadamente, la velocidad con que crecen las uñas de las manos. Dado que se desplazan sobre la superficie finita de la Tierra, éstas interaccionan unas con otras a lo largo de sus fronteras o límites (ver abajo) provocando intensas deformaciones en la corteza y litosfera de la Tierra, lo que da lugar a grandes cadenas montañosas como los Andes y Alpes) y grandes sistemas de fallas asociadas con estas como la falla de San Andrés). El contacto por fricción entre los límites de las placas es responsable de la mayor parte de terremotos. Otros fenómenos asociados son la creación de volcanes (especialmente notororios en el cinturón de fuego del Pacífico) y las fosas oceánicas.
Existen, unas 14 placas tectónicas principales. Éstas, junto a otro grupo más numeroso de placas menores, como la Arábiga, Nazca, Caribe, Cocos y Filipina, se mueven unas contra otras yse dan tres tipos de bordes: convergente (dos placas chocan una contra la otra), divergente (dos placas se separan) y transformante (dos placas se deslizan una junto a otra).
La teoría de la tectónica de placas tiene un precedente, la de deriva continental, propuesta por Alfred Wegener en la década de 1910 y la de expansión del fondo oceánico, propuesta y aceptada en la década de 1960, que mejoraba y ampliaba a la anterior.
Desde su aceptación ha revolucionado las ciencias de la Tierra, con un impacto comparable al que tuvieron las teorías de la Gravitación Universal de Isaac Newton y Albert Einstein en la o las leyes de Johannes Kepler en la Astronomía.
Se piensa que el origen de las placas se debe a corrientes de convección en el interior del manto las cuales fragmentan a la litosfera. Las corrientes de convección son patrones circulatorios que se presentan en fluidos que se calientan en su base. Al calentarse la parte inferior del fluido se dilata y por lo tanto emerge una fuerza de flotación que hace que el fluido ascienda. Al alcanzar la superficie se enfría, desciende y se vuelve a calentar, estableciéndose un movimiento circular auto-organizado. En el caso de la Tierra se sabe, a partir de estudios de reajuste glaciar, que la astenosfera se comporta como un fluido en escalas de tiempo de miles de años y se considera que la fuente de calor es el núcleo terrestre. Éste se estima que tiene una temperatura de 4500 grados C. De esta manera, el papel de las corrientes de convección en el interior del planeta es el de liberar el calor original almacenado en su interior adquirido durante su formación.
Así, en zonas donde dos placas se mueven en direcciones opuestas (como es el caso de la placa Africana y de Norte América que se separan a lo largo de la cordillera del Atlántico) las corrientes de convección forman nuevo piso oceánico, caliente y flotante, formando las cordilleras meso-oceánicas o centros de dispersión. Conforme se alejan de los centros de dispersión las placas se enfrían, tornándose más densas y hundiéndose en el manto a lo largo de zonas de subducción donde el material litosférico es fundido y reciclado.
Una analogía frecuentemente empleada para describir el movimiento de las placas es que éstas "flotan" sobre la astenosfera como el hielo sobre el agua. Sin embargo, esta analogía solo es parcialmente válida ya que las placas tienden a hundirse en el manto como se describió anteriormente.
La tectónica de placas tiene su origen en dos teorías que le precedieron: la teoría de la Alfred Wegener a principios del siglo XX y pretendía explicar el intrigante hecho de que los contornos de los continentes ensamblan entre sí como un rompecabezas y que éstos tienen historias geológicas comunes. Esto sugiere que los continentes estuvieron unidos en el pasado formando un supercontinente llamado Pangea que se fragmentó durante el período Pérmico, originando los continentes actuales. Esta teoría fue recibida con escepticismo y eventualmente rechazada porque el mecanismo de fragmentación (deriva polar) no podía generar las fuerzas necesarias para desplazar las masas continentales.
La teoría de expansión del piso oceánico fue propuesta hacia la mitad del siglo XX y está sustentada en observaciones geológicas y geofísicas que indican que las cordilleras meso-oceánicas funcionan como centros donde se genera nuevo suelo oceánico conforme los continentes se alejan entre sí.
El desplazamiento del suelo marino fue sugerido por Hess, unos años antes de la publicación de la hipótesis de Vine-Matthews. En la exploración del Glomar Challenger la edad de los sedimentos marinos (determinada por los microfósiles) situados directamente sobre las lavas basálticas era mayor cuando los lugares estaban a mas distancia de la Dorsal Central Atlántica. Representando en un sistema la Edad (y) en millones de años y la distancia (x) en km. al eje de la cordillera de los diferentes lugares de exploración del barco en el Océano Atlántico los puntos se organizaban en una recta cuyo mejor ajuste daba una velocidad de extensión de 2 cm/año.
Con un valor de desplazamiento de unos pocos cm al año por término medio se crearía toda la superficie de la Tierra en 5x1018 años, una décima parte de la edad de la Tierra, por tanto debe haber algún lugar de la Tierra donde la corteza se destruye y esto aparentemente sucede en las profundas fosas oceánicas. Los movimientos sísmicos nos ayudan a entenderlo. Los movimientos sísmicos se producen casi siempre a poca profundidad, sólo en las cercanias de las fosas se producen seísmos a mas de 700 Km.
La teoría de la tectónica de placas fue forjada principalmente entre los años 50 y 60 y se le considera la gran teoría unificadora de las Ciencias de la Tierra, ya que explica una gran cantidad de observaciones geológicas y geofísicas de una manera coherente y elegante. A diferencia de otras ramas de las ciencias, su concepción no se le atribuye a una sola persona como es el caso de Newton o Charles Darwin. Fue producto de la colaboración internacional y del esfuerzo de talentosos geólogos (Tuzo Wilson, Walter Pitman), geofísicos (Harry Hess, Alan Cox) y sismólogos (Linn Sykes, Hiroo Kanamori, Maurice Ewing), que poco a poco fueron aportando información acerca de la estructura de los continentes, las cuencas oceánicas y el interior de la Tierra.
A principios de 1967 Jason Morgan de la Universidad de Princeton aplicó la idea de falla de transformación a una superficie esférica. Dividió la superficie de la Tierra en unos 20 trozos o placas tectónicas algunos pequeños, otros mayores y separados por límites de tres clases:
Los bloques eran rígidos de unos 100 km. de espesor formando la litosfera. Por debajo de ellos se situaba la Astenosfera.
Por el Teorema de Euler cualquier bloque situado sobre una esfera puede desplazarse sobre ella por simple rotación sobre un eje dado. La velocidad de los movimientos relativos de dos bloques es proporcional a la velocidad de rotación y a la distancia al eje de rotación. Morgan halló que el eje de rotación de la zona de fractura entre los 30ºN y 10ºS del océano Atlántico se hallaba a 62ºN y 32ºW cerca del extremo sur de Groenlandia. Esto llevó a Le Pichon a recopilar datos sobre las zonas de fractura y anomalías magnéticas en todo el mundo. Ideó un modelo simple con sólo 6 placas mayores Americana, Euroasiática, Africana, India, Pacífica y Antártida y usó las velocidades de extensión deducidas de las anomalías magnéticas para calcular los centros de rotación de las placas. Teniendo presente la simplicidad del modelo tuvo un notable éxito, probando que la apertura de los océanos Pacífico, Atlántico e Indico podía describirse por una rotación simple. Además retrocediendo en el tiempo logró describir la historia de la apertura de los océanos en el Mesozoico.
Son los bordes de una placa y es donde se presenta la mayor actividad "tectónica" (sismos, formación de montañas, actividad volcánica) ya que es en éstos, donde se da la interacción entre placas. La litosfera se extiende hasta una profundidad de 100 km. y es mas delgada y densa debajo del océano y mas ancha y ligera debajo de los continentes. Los terremotos se confinan en esta zona. Por debajo de ellos se situaba la Astenosfera una capa de roca más caliente y plástica porque en ella las rocas están cerca de la temperatura de fusión.
Hay tres clases de límite:
En determinadas circunstancias, se forman zonas de límite o borde, donde se unen tres o más placas formando una combinación de los tres tipos de límites.
En los límites divergentes, las placas se alejan y el vacío que resulta de esta separación es rellenado por material de la corteza, que surge del magma de las capas inferiores. Se cree que el surgimiento de bordes divergentes en las uniones de tres placas está relacionado con la formación de puntos calientes. En estos casos, se junta material de la astenosfera cerca de la superficie y la energía cinética es suficiente para hacer pedazos la litósfera. El punto caliente que originó la dorsal mesoatlántica se encuentra actualmente debajo de Islandia, y el material nuevo ensancha la isla algunos centímetros cada siglo.
Un ejemplo típico de estos tipos de límite son las dorsales oceánicas (por ejemplo, la dorsal mesoatlántica) y en el continente por las grietas como el Gran Valle del Rift.
Las características de los bordes convergentes dependen del tipo de litosfera de las placas que chocan. Cuando una placa oceánica (más densa) choca contra una continental (menos densa) la placa oceánica es empujada debajo, formando una zona de subducción. En la superficie, la modificación topográfica consiste en una fosa oceánica en el agua y un grupo de montañas en tierra.
Cuando dos placas continentales colisionan, se forman extensas cordilleras. La cadena del Himalaya es el resultado de la colisión entre la placa Índica y la placa Euroasiática. Cuando dos placas oceánicas chocan, el resultado es un arco de islas (por ejemplo, Japón)
Las placas pueden influir en el clima de dos maneras distintas.
La influencia de placas tectónicas sobre clima no se produce de golpe. Se necesitan millones de años para que los movimientos de las placas produzcan cambios importantes.
Nota final:
Hemos contado la historia de los descubrimientos geológicos desde que la Deriva continental era una idea sin mecanismo plausible, hasta la Tectónica de placas. No nos parece competencia de este trabajo, relativo al cambio climático, el camino inverso es decir la aplicación de la Tectónica de placas a un mejor conocimiento de la historia de la Tierra.