¿A dónde van las placas tectónicas cuando subducen?

Por nchazarra, el 11 agosto, 2014. Categoría(s): Geología

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Nota: Como se que es verano, os he resumido el contenido de este post en el video de arriba.

Seguramente muchos de nosotros nos hemos preguntado alguna vez sobre dónde van las placas tectónicas cuando una pasa por debajo por debajo de otra en un fenómeno que en geología conocemos como subducción, quizás porque en la mayoría de diagramas que vemos en los libros o en internet solo se incluyen los primeros cientos de kilómetros de profundidad, dejando en el aire el destino de estas.

¿Qué ocurre más allá de estos cientos de kilómetros? ¿Hay un cementerio con los restos de antiguas placas tectónicas en el manto? ¿O quizás se funden antes de alcanzar el núcleo?.

Hace unas semanas nos escribió uno de nuestros lectores, Vicente Sánchez, haciéndonos la siguiente pregunta: “Si tenemos una placa de digamos, 10 kilómetros de altura metiéndose en el manto, por pura lógica, aunque tarde miles de millones de años, alguna vez atravesará el manto (o el núcleo) y debería salir por otra parte. ¿Realmente esto es así y hay alguna posibilidad de que en el futuro el inicio de una placa de 10 kilómetros de alto sobresalga desde el interior o centro de otra placa?.”

Para comprender mejor el asunto, vamos a explicar primero que son los límites de placas. La corteza de nuestro planeta y una pequeña parte del manto (a este conjunto también podemos llamarlo litosfera) está fragmentada en lo que llamamos placas tectónicas. Entre las diferentes placas podemos trazar lo que llamamos límites de placas de los que existen 3 tipos.

Límites de placas actuales. En rojo, los límites divergentes, en negro, los transformantes y la línea con dientes de sierra muestra los márgenes convergentes. El sombreado a rayas rojas indica un límite difuso, donde la deformación provocada por estos procesos ocurre a lo largo de cientos o miles de kilómetros. USGS.
Límites de placas actuales. En rojo, los límites divergentes, en negro, los transformantes y la línea con dientes de sierra muestra los márgenes convergentes. El sombreado a rayas rojas indica un límite difuso, donde la deformación provocada por estos procesos ocurre a lo largo de cientos o miles de kilómetros. USGS.

En primer lugar tenemos los límites divergentes, también conocidos como límites constructivos, que son aquellos donde dos placas se separan una con respecto de la otra mientras al mismo tiempo se va creando una corteza que ocupa el hueco que van dejando. Un ejemplo de este tipo límite lo tenemos, por ejemplo, en las dorsales oceánicas o en el Valle del Rift, en África.

Esquema sencillo de un límite divergente. Cada color representa una placa. En el espacio que van dejando (en púrpura) se iría creando la nueva corteza.
Esquema sencillo de un límite divergente. Cada color representa una placa. En el espacio que van dejando (en púrpura) se iría creando la nueva corteza.

En segundo lugar tenemos los límites transformantes, donde dos placas se desplazan lateralmente una con respecto a la otra. En estos límites ni se crea ni se destruye corteza. El ejemplo más conocido de este tipo de límites es la Falla de San Andrés, en Estados Unidos.

Esquema sencillo de un límite transformante. Cada color representa una placa.
Esquema sencillo de un límite transformante. Cada color representa una placa.

Y por último tenemos los límites convergentes o destructivos, que son los lugares donde dos placas tectónicas se mueven en direcciones opuestas, colisionando, y en la que pueden ocurrir distintas cosas, dependiendo de que tipo de placas sean las que se encuentren en este límite. Aquí pueden aparecer las zonas de subducción, aunque en los casos de colisión entre dos placas continentales aparecen grandes cadenas montañosas, como es el caso de la cordillera del Himalaya, formada por la colisión de la placa Euroasiática y la Indostánica.

Esquema sencillo de un límite convergente. Cada color representa una placa. La placa B en este caso iría introduciendose bajo la A.
Esquema sencillo de un límite convergente. Cada color representa una placa. La placa B en este caso iría introduciendose bajo la A.

Pero centrémonos en el caso de la subducción. La subducción es el proceso por el cual una placa tectónica se mueve bajo otra y la que subduce comienza a hundirse hacia el manto. La velocidad de convergencia entre las placas de las zonas de subducción suele estar en el orden de los varios centímetros por año, una cantidad que aunque no parezca gran cosa a escala humana, es bastante rápida en los procesos geológicos.

¿Podría ocurrir que una de estas placas atravesase toda la Tierra para salir por el otro lado?. No, y por varias razones. Por un lado, hay que entender que la subducción es un fenómeno de reciclaje de la corteza. Y que tengamos constancia, nunca ha ocurrido en la historia de nuestro planeta.

En este proceso, conforme la placa se va hundiendo hacia el manto va sufriendo numerosos procesos de transformación e incluso de fusión, en los cuales partes de esta placa se van incorporando al manto, y también forman magmas que alimentan el vulcanismo que vemos asociado a las zonas de subducción, como los volcanes de Japón o los de los Andes, entre muchos otros, pero también complejos plutónicos que no afloran en superficie.

Esquema sencillo de una zona de subducción. En él se pueden apreciar las distintas partes que forman las zonas de subducción. Trench sería la fosa, Accretionary Wedge es el Prisma de Acreción, formado principalmente por sedimentos que se van acumulando y deformando por el movimiento de la placa. También se ve como ascienden los magmas para alimentar a un volcán desde la placa que va subduciendo. Algunos de estos magmas nunca llegan a salir a la superficie y forman los plutones. USGS.
Esquema sencillo de una zona de subducción. En él se pueden apreciar las distintas partes que forman las zonas de subducción. Trench sería la fosa, Accretionary Wedge es el Prisma de Acreción, formado principalmente por sedimentos que se van acumulando y deformando por el movimiento de la placa. También se ve como ascienden los magmas para alimentar a un volcán desde la placa que va subduciendo. Algunos de estos magmas nunca llegan a salir a la superficie y forman los plutones. USGS.

En algunos casos, trozos de estas placas pueden permanecer en el manto en lo que llamamos discontinuidades sísmicas, que además hay a varias profundidades, y donde cambian bruscamente las propiedades hasta que se integran completamente. En otros casos pueden llegar hasta el límite del manto-núcleo, a 2900 kilómetros de profundidad donde poco a poco irán siendo asimiladas hasta desaparecer por completo al sufrir las altísimas condiciones de presión y temperatura reinantes.

¿Cómo tenemos acceso a toda esta información si no podemos verlo directamente? Para poder saber que ocurre en el interior de nuestro planeta, los sismólogos hacen uso de una técnica denominada tomografía sísmica. Gracias al estudio de las ondas sísmicas que provocan los terremotos y explosiones, podemos generar una imagen tridimensional del interior de la Tierra.

Si la Tierra fuese isótropa, es decir, que tuviese las mismas propiedades de composición, presión y temperatura, elasticidad, etc… en todo su volumen, las ondas sísmicas viajarían en línea recta por su interior hasta las estaciones sísmicas.

Esquema de una Tierra isótropa. En su volumen tiene las mismas propiedades en todas las direcciones. El terremoto se produciría dónde está el dibujo de la “explosión”. Las ondas sísmicas están dibujadas con rayas discontinuas y puntos y seguirían una línea recta. Los cuadrados que hay sobre la superficie serían las estaciones sísmicas.
Esquema de una Tierra isótropa. En su volumen tiene las mismas propiedades en todas las direcciones. El terremoto se produciría dónde está el dibujo de la “explosión”. Las ondas sísmicas están dibujadas con rayas discontinuas y puntos y seguirían una línea recta. Los cuadrados que hay sobre la superficie serían las estaciones sísmicas.

Como no es así, sino que en su interior es altamente variable, las ondas sísmicas sufren procesos de refracción, y curvatura cuando cambian las condiciones. Estudiando estas variaciones en el camino que siguen las ondas y en su velocidad, se pueden inferir las propiedades de los materiales que se atraviesan, como su densidad y temperatura, pudiendo crear una imagen de  los procesos que funcionan en el interior de nuestro planeta.

Esquema de la estructura de la Tierra actual a escala (salvo la corteza, para que se pueda ver). Las distintas capas tienen distintas propiedades, y los rayos sufren fenómenos de refracción. El terremoto se produciría dónde está el dibujo de la “explosión”. Las ondas sísmicas están dibujadas con rayas discontinuas y puntos y siguen líneas normalmente curvas (aunque más complejas que las que vemos aquí). Los cuadrados que hay sobre la superficie serían las estaciones sísmicas.
Esquema de la estructura de la Tierra actual a escala (salvo la corteza, para que se pueda ver). Las distintas capas tienen distintas propiedades, y los rayos sufren fenómenos de refracción. El terremoto se produciría dónde está el dibujo de la “explosión”. Las ondas sísmicas están dibujadas con rayas discontinuas y puntos y siguen líneas normalmente curvas (aunque más complejas que las que vemos aquí). Los cuadrados que hay sobre la superficie serían las estaciones sísmicas.

Por poner un ejemplo sencillo, las ondas sísmicas viajan más rápidamente en materiales fríos y rígidos y más lentamente en materiales más calientes y plásticos, de tal manera que podemos hacernos una idea de cómo es el interior de nuestro planeta usando los terremotos sin necesidad de perforar para poder observar directamente.

Velocidad de las ondas P y S en el interior de la Tierra. Universidad de Cornell.
Velocidad de las ondas P y S en el interior de la Tierra. Universidad de Cornell.

De hecho, la perforación más profunda hecha por el hombre llega a los 12 kilómetros de profundidad, mientras que el centro de nuestro planeta, si pudiésemos colocarlo en algún sitio, estaría a unos 6300 kilómetros de profundidad, por lo que de momento nos tenemos que conformar con los métodos indirectos para poder espiar los procesos que operan en el interior de nuestro planeta.

Otra pregunta que también nos hace Vicente es la siguiente: “Además, al menos aquí en Japón, algunos de los terremotos son con profundidades de 100Km a 500Km (¿Puede que chocando con otra placa? ¿fracturándose?).”

Los terremotos que se producen a profundidades mayores de 70 kilómetros son los que conocemos como “terremotos profundos”, y en la gran mayoría de casos están asociados a las zonas de subducción. Aunque en los últimos años se ha avanzado mucho en el estudio de estos terremotos, no hay una causa única que pueda explicar los mecanismos de todos.

Por un lado, es posible que durante mucho tiempo, trozos de las placas que van subduciendo sean capaces de mantener su rigidez, de tal manera que durante su movimiento puedan sufrir procesos de plegamiento y fracturación que den lugar a la ocurrencia de terremotos con un mecanismo parecido a los que observamos en superficie. La liberación de fluidos durante la fusión de estas porciones, puede provocar también el aumento del nivel de esfuerzos que lleve consigo una liberación súbita de energía en forma de ondas sísmicas.

Otro proceso que se ha propuesto para provocar estos terremotos es lo que conocemos como cambio de fase de los minerales. Un cambio de fase es el cambio de la estructura de los minerales hacia una forma más estable a esas condiciones de presión y temperatura en aumento. Esto podría provocar también que se liberase energía en forma de terremotos profundos.

Como curiosidad, en la provincia de Granada se han localizado un par de eventos muy profundos, alrededor de los 650 km. de profundidad, de los cuales el primero que se tiene constancia es el de 1954 y que tuvo una magnitud de 7. El más reciente ocurrió en 2010 y tuvo una magnitud de 6.3. La causa de estos terremotos sigue todavía en discusión en la actualidad.