La tectònica global o tectònica de plaques

La convecció, per a la majoria dels especialistes, és el mecanisme que fa moure les plaques litosfèriques. La convecció és possible gràcies a l’existència, per dessota de lalitosfera, d’una zona en estat parcial de fusió, l’astenosfera. A la figura hom ha reproduït dos dels models de convecció que han estat proposats: a dalt, la litosfera és arrossegada pel moviment d’àmplies celles a l’astenosfera; a baix, la convecció inclou la litosfera, que és empesa pel magma ascendent a les crestes oceàniques, i estirada cap a l’astenosfera a les zones de subducció per la litosfera oceànica freda.

Servei de Fotografia/C.B.M., original de Bott.

Secció ideal de la terra (a la dreta), que mostra les diferents capes deduïdes a partir de les corbes de variació de la propagació de les ones sísmiques a través del planeta, segons K.E. Bullen (a l’esquerra). A, escorça; B, mantell; C, zona de transició; D, mantell inferior; E, nucli extern; F, zona de transició; G, nucli intern. A l’esquerra es mostra com les ones P (longitudinals) es transmeten per totes les zones de l’interior de la Terra, per bé que amb velocitats força diferents. Les ones S (transversals) es transmeten més lentament per l’escorça i el mantell, però no dintre del nucli.

Servei de Fotografia/C.B.M., original de Lepp.

Els punts triples són aquells on coincideixen tres plaques litosfèriques. L’esquema A mostra un punt triple on coincideixen límits de plaques dels tres tipus. El B, representa la posició relativa de les plaques de l’esquema A en una situació ulterior. A l’esquema C, en planta, es mostra la varietat de punts triples que es donen, segons els tipus de límits de plaques que concorren. Els punts triples no són fixos i el seu moviment depèn de la disposició de les vores d’acreció, subducció i transformants que hi coincideixen i de les velocitats relatives de les distintes plaques. L’evolució dels punts triples és complexa i influeix decisivament en l’evolució de les estructures geològiques associades a les vores de placa implicades.

Servei de Fotografia/C.B.M., original de "The Cambridge Encyclopaedia of Earth Sciences"

Els límits de les plaques són de tres tipus, segons quin sigui el moviment relatiu d’aquestes: límits constructius o d’acreció, si hi ha separació; convergents, si les plaques s’apropen; i transformants, si té lloc un lliscament lateral entre les plaques. El dibuix representa els tres tipus de límits i les seves relacions.

Servei de Fotografia/B.A.V., original de Sawkins i col·laboradors.

Cal dir, finalment, que si bé aquests principis són ja ben sòlidament establerts damunt d’un ingent conjunt de dades d’observació i de mesures experimentals, les causes originàries dels moviments esmentats i diversos aspectes importants del detall dels processos indicats no són encara ben coneguts. Amb tot, això no invalida pas la teoria, ni molt menys els principis. De fet, l’èxit que hom obté de la seva aplicació en la interpretació de molts fenòmens geològics concrets i en llur predicció i la seva coherència amb les noves dades d’observació de tota mena que van essent conegudes, n’acrediten prou bé la legitimitat.

Vistes totes les consideracions precedents, tractem ara de glossar una mica alguns aspectes que interessen més particularment les finalitats de l’obra present. D’aquesta manera segurament s’eliminarà l’aspecte involuntàriament dogmàtic que podria tenir la simple exposició dels principis esmentats. Considerarem successivament els quatre punts que tenen més interès en el nostre cas: en primer lloc, la constitució de les plaques; a continuació, els processos d’eixamplament dels fons oceànics i llurs conseqüències; després, alguns dels processos geològics lligats a l’activitat dels límits entre plaques convergents; i, finalment, els processos propis de l’interior de les plaques.

La individualitat i la constitució de les plaques litosfèriques

La litosfera és formada per dues parts concèntriques de diferent densitat, separades per la discontinuïtat de Mohorovičić. L’externa, més lleugera, és l’escorça, i la interna, el mantell superior. L’escorça continental correspon als continents, les plataformes continentals i moltes illes, i la seva composició mitjana, tot i que és formada de roques molt diverses, s’acosta a la de les roques granítiques. L’escorça oceànica, dessota els fons oceànics, té una composició diferent que, en conjunt, s’acosta a la de les roques basàltiques.

Servei de Fotografia/B.A.V., original de Press i Siever

Fa ja molts anys, els geòlegs i els geofísics s’adonaren que l’activitat volcànica i els terratrèmols no es distribuïen pas de qualsevol manera per tota la Terra. De fet, encara que no en siguin exclusius, aquests fenòmens es concentren en una fracció petita, en zones relativament estretes i allargades com, per exemple, entorn de l’oceà Pacífic. Aquestes zones coincideixen en aquest cas, i en d’altres —no en tots—, amb l’existència d’importants serralades i d’arcs o garlandes d’illes. En l’exemple del Pacífic, és, respectivament, el cas de la serralada dels Andes i la serralada nordamericana per antonomàsia, i el de les garlandes d’illes com les Aleutianes, Sakhalin, del Japó, les Filipines, i la major part d’Indonèsia. Es tracta, doncs, de zones molt ben diferenciades respecte a les àrees —molt més extenses, sigui que formin part de continents, o de mars i oceans—, on l’activitat volcànica i sísmica és molt menys important i, fins i tot, manca en àmplies extensions, i on, llevat de casos molt locals, tampoc no es troba evidència de roques que hagin sofert deformacions importants, en èpoques geològicament recents.

Aquest contrast, però, no hauria estat una prova suficient de l’existència de plaques ben individualitzades les unes respecte a les altres. Les proves han trigat força més anys. En realitat, fins passada la meitat del present segle no se n’han conegut de definitives. Aquestes proves procedeixen essencialment dels resultats de recerques sismològiques i de geologia i geofísica marines, que han permès de precisar l’existència i les posicions dels "límits" entre les plaques.

Abans d’examinar amb més detall algunes qüestions importants sobre aquests límits, caldrà tractar una mica de la constitució de les plaques.

La composició de la litosfera no és pas homogènia. S’hi distingeixen dues parts concèntriques. L’externa és l’escorça i és més lleugera que la interna, que pertany al mantell, l’anomenat mantell superior. La diferència de densitat fa que les ones sísmiques es transmetin amb velocitats netament diferents a l’escorça i al mantell superior, més de pressa en aquest darrer. Així, al límit entre l’escorça i el mantell —que és l’anomenada superfície o discontinuïtat de Mohorovičić, o senzillament Moho— es produeixen fenòmens de refracció i reflexió de les ones sísmiques. Aquests fenòmens es poden conèixer amb l’estudi dels sismogrames i permeten de determinar la profunditat a la qual es troba aquell límit, és a dir el Moho. D’escorça terrestre n’hi ha de dos tipus, de composició diferent: continental i oceànica.

L’escorça continental correspon a les àrees continentals, en el sentit geològic del terme; és a dir, que comprenen, endemés dels continents, les plataformes continentals i moltes de les illes. Així és que l’escorça continental constitueix el 50 % del total de l’escorça, mentre que les terres emergides no arriben a ocupar el 30 % de la superfície terrestre. L’escorça d’aquest tipus té una densitat aproximada de 2,7 i el seu gruix varia segons els indrets. A l’interior dels continents té com a mitjana uns 35 km, però pot depassar els 60 en algunes serralades; localment pot arribar als 80 km, i baixar a menys de 20 en certes depressions. A les vores de les àrees continentals, però, l’escorça continental s’aprima progressivament fins a desaparèixer: són els marges continentals, que ordinàriament corresponen a les plataformes i els talussos continentals, submergits. Les roques que constitueixen l’escorça continental són les que normalment afloren a les terres emergides i són molt variades. De totes maneres, prenent l’escorça en conjunt, la seva composició mitjana s’acosta a la de les roques granítiques. Aquestes són abundantment representades a la seva part superior, mentre que a la inferior ho són les granulítiques i diorítiques, un xic menys riques en silici.

Dessota els fons oceànics i les illes volcàniques que n’emergeixen, l’escorça té una composició diferent que, en conjunt, s’acosta a la de les roques basàltiques. És l’escorça oceànica que, directament o amagada sota una capa prima de sediments joves, cobreix l’altre 50 % de la superfície del globus terrestre. La seva densitat mitjana és aproximadament de 3,0. El gruix de l’escorça oceànica és netament més petit que el de la continental; té com a mitjana uns 7km i només excepcionalment s’acosta als 10.

Les característiques del mantell superior, que amb l’escorça suprajacent constitueix la litosfera, no són tampoc uniformes ni homogènies. Algunes presenten evidents correlacions amb les de l’escorça suprajacent; això indica que escorça i mantell formen un conjunt molt solidari. El mantell infrajacent a l’escorça oceànica té propietats físiques un xic diferents del que hi ha dessota l’escorça continental. El gruix del mantell també és més gran en aquest darrer cas: una mitjana de 100 a 120 km, en contrast amb menys de 60 sota l’escorça oceànica. D’aquesta manera, en el conjunt de la litosfera apareixen encara més contrastades les parts oceàniques i les continentals. La majoria de les plaques són mixtes, és a dir que comprenen regions dels dos tipus. El mantell superior és fonamentalment compost per roques peridotítiques, més denses i més pobres en silici que les basàltiques. La densitat del mantell superior és aproximadament de 3,3.

És important de remarcar que, així com el límit superior —Moho— del mantell superior és força ben definit, l’inferior ho és menys. En el primer cas hi ha un canvi de composició; en el segon, una transició gradual, per bé que ràpida, a l’astenosfera, que no implica cap canvi de composició sinó d’estat físic. La litosfera és sòlida; l’astenosfera té, minoritàriament, una part del seu material fos. Per això no té el comportament rígid de la primera, sinó que, en conjunt, es comporta com un cos dúctil, si bé molt viscós. Aquest fet és d’una importància fonamental i explica la possibilitat dels moviments de les plaques, així com de les transferències de matèria que, com veurem més endavant, són absolutament indispensables per al desenvolupament d’aquests processos.

Pangea és el nom amb què es coneix l’única gran placa que existia a final del Paleozoic, en la qual eren reunits, segons sembla, tots els continents. Ulteriorment s’anà fragmentant i s’individualitzaren diverses plaques. És demostrat que al llarg de la història geològica els processos que s’han desenvolupat als límits de les plaques han fet variar llurs contorns i àrees. A la figura hom ha representat (a dalt) la Pangea, on s’han dibuixat les línies de costa actual, en la posició que ocuparien si es fés enrere la història geològica fins a final del Paleozoic, i la situació actual (a baix).

Servei de Fotografia/J.M.G., original de Press i Siever

En les primeres presentacions de la tectònica global, el conjunt actual de la litosfera es considerava dividit en sis o vuit grans plaques. Les ulteriors recerques han demostrat que llur nombre és més gran, i que juntament amb les grans plaques, les àrees de les quals són de l’ordre de la desena o del centenar de milions de quilòmetres quadrats (l’africana i l’americana, per exemple), n’hi ha d’altres, les àrees de les quals són d’uns ordres de magnitud fins a ben inferiors. Finalment, cal remarcar que ni la superfície, ni el nombre, ni la individualitat de les plaques són constants. S’ha demostrat que al llarg de la història geològica, els processos que es desenvolupen als límits de les plaques fan variar llurs contorns i llurs àrees. I que plaques diferents poden arribar a soldar-se i constituir-ne una de sola, així com processos de ruptura a l’interior d’una placa poden originar-ne la divisió en plaques diferents. Al final del Paleozoic, per exemple, sembla que tots els continents eren reunits en una gran placa, la Pangea, que ulteriorment s’anà fragmentant. Amb tot, la individualitat de les plaques pot persistir durant milions d’anys, sense variacions radicals quant a l’àrea total ni, fins i tot, quant als grans trets d’una bona part dels seus contorns.

L’eixamplament dels fons oceànics

Va ésser ara fa un quart de segle que es va descobrir un procés geològic extraordinàriament important, que explica una sèrie de fets aparentment inconnexos i, sobretot, constitueix un dels fonaments de la tectònica global: és el procés d’eixamplament dels fons oceànics. L’eixamplament és conseqüència de la progressiva separació de les parts del fons situades a banda i banda de les crestes oceàniques.

La deriva dels continents és una conseqüència de l’expansió oceànica i el manteniment del volum de la Terra gràcies a les vores destructives, principalment les de subducció. En eixamplar-se els fons oceànics a partir de les crestes oceàniques, els continents situats a banda i banda s’allunyen passivament de la cresta, transportats per la placa en el seu moviment. Així, Àfrica i Amèrica del Sud formaven part d’un mateix continent i es tocaven. La formació i l’eixamplament progressius de l’Atlàntic, amb la creació de litosfera oceànica entremig del dos continents, ha fet que s’allunyessin l’un de l’altre.

Servei de Fotografia/R.M.D., original de Burke i Tuzo Wilson

L’eixamplament dels fons oceànics és conseqüència de la separació progressiva de les parts del fons situades a banda i banda de les crestes oceàniques. Si aquesta separació no origina l’obertura d’un hiatus cada cop més ample és a causa de les contínues erupcions volcàniques que van afegint material rocallós nou a les vores en curs de separació. Amb aquest procés la litosfera va creixent al llarg de les crestes oceàniques.

Servei de Fotografia/B.A.V., original de Toksöz

Fou a la cresta central de l’Atlàntic on aquest procés es posà en evidència per primer cop. Si la separació esmentada no origina l’obertura d’un hiatus cada cop més ample és pel fet que les contínues erupcions volcàniques van afegint material rocós nou a les vores en curs de separació. És a dir, la litosfera creix lentament al llarg de les crestes oceàniques. Les crestes oceàniques corresponen a un dels tipus de límits entre plaques. Si a banda i banda d’aquests límits s’afegeix material nou a les vores de les plaques limitants, això vol dir que aquestes se separaran, que es mouran. Aquest fet forneix una explicació a la deriva dels continents, que havia estat ja invocada des de feia molts anys per diversos investigadors per tal d’explicar tota una sèrie de fets relatius a la distribució d’estructures i de terrenys geològics, així com diferents fets paleoclimàtics, paleontològics i d’altres, que no tenen cap explicació raonable si s’admet que la situació relativa de les àrees continentals no ha sofert canvis gaire considerables durant la història geològica. L’eixamplament dels fons oceànics, que explica l’edat progressivament més jove de l’escorça oceànica, des de les vores fins a les crestes oceàniques, i tota una sèrie d’altres fets, sí que forneix una explicació de la deriva continental. Ara bé, aquesta no és pas exclusiva dels continents, sinó que afecta la placa sencera en la qual es troba el continent.

Mapa simplificat de bandes magnètiques del fons oceànic. Les bandes, paral·leles a les crestes oceàniques, són formades per consolidació de les laves, producte de les erupcions volcàniques en èpoques progressivament més recents a mesura que s’acosten a la cresta. Les bandes, que es poden diferenciar gràcies als estudis paleomagnètics, han estat datades radiomètricament i mitjançant els fòssils continguts en els sediments associats a les roques volcàniques. Aquestes dades permeten de reconstruir el procés d’eixamplament del fons oceànic.

Maber, original de Press i Siever

La magnetització normal i invertida de les roques del fons oceànic permet de definir les bandes magnètiques oceàniques. Al llarg de la història de la Terra hi ha hagut nombroses inversions del camp magnètic, fet que ha quedat reflectit en les roques. Hom diu que la magnetització de les roques és normal si té la mateixa polaritat que el camp magnètic actual; inversa si és l’oposada. Les bandes magnètiques estan disposades simètricament a ambdós costats de les crestes oceàniques i han rebut diversos noms. A la figura, s’han representat les bandes normals en verd i les inverses en taronja.

Servei de Fotografia/C.B.M., original de Press i Siever

Han estat els estudis sobre paleomagnetisme els que han permès de conèixer amb força precisió el desenvolupament del procés d’eixamplament dels fons oceànics, el qual, de fet, es fa mitjançant el creixement de les plaques per les vores corresponents a crestes oceàniques. Aquests estudis han revelat, entre d’altres fets, que l’escorça, al fons dels oceans, és constituïda per un conjunt de bandes paral·leles a les crestes oceàniques. Aquestes bandes han estat formades per consolidació de les laves producte de les erupcions volcàniques en èpoques progressivament més recents a mesura que s’acosten a la cresta. Amb les determinacions radiomètriques de les edats de les roques, i les datacions mitjançant els fòssils continguts en els sediments associats a les roques volcàniques, hom pot així reconstruir el procés de l’eixamplament dels fons; més encara, datar la iniciació de l’obertura de l’àrea oceànica.

L’amplada del fons originat entre dues dates concretes permet, per la seva banda, mesurar l’increment de l’amplada del fons oceànic en funció del temps. Aquest increment no és pas uniforme; varia, en un sentit o l’altre, en el transcurs de la història, i també segons la situació del lloc, però no de qualsevol manera. Els increments de l’amplada del fons així mesurats són de l’ordre de centímetres per any. En uns casos i durant certes èpoques pot atènyer més d’1 dm/any. Per bé que semblin petits, increments d’aquest ordre, sostinguts durant desenes de milions d’anys, expliquen perfectament processos com el de l’obertura de l’oceà Atlàntic que separa en milers de quilòmetres les àrees continentals de l’antic i el nou continent, originàriament adjacents.

Un altre resultat important d’aquests estudis ha estat comprovar que en els fons oceànics no hi ha roques tan antigues com les que es troben als continents, algunes de les quals arriben a ultrapassar els 3 × 109 anys d’edat. Als fons oceànics són excepcionals els indrets constituïts fa més de 200 milions d’anys, i en cap cas no s’hi troben parts d’una edat gaire més antiga.

Hi ha, però, evidències que en èpoques més antigues també hi havia oceans, amb l’escorça de la mateixa natura que els oceans actuals. Aquests fets porten a la conclusió inevitable que, contràriament a l’escorça continental, l’escorça oceànica és subjecta a un procés de renovació.

Islàndia és una de les poques regions on la cresta central de l’Atlàntic emergeix per sobre la superfície de les aigües. És, de lluny, la porció de cresta oceànica més gran en aflorament subaeri i ha estat objecte d’estudis intensos. La gran taca blanca de la part superior de la fotografia correspon a la glacera de Vatnajökull.

"Geology from Space"

D’altra banda, aquests fets també són coherents amb la comptabilitat que hi ha d’haver entre la realitat del procés d’eixamplament dels fons oceànics, ben comprovat i conegut actualment, i la necessitat —segons indiquen els resultats de recerques astronòmiques i també geofísiques— de mantenir un volum aproximadament constant del globus terrestre durant la història geològica, almenys des de temps ja remots d’aquesta. Cal, doncs, un mecanisme pel qual l’escreix de litosfera oceànica que es va produint al llarg dels límits d’acreció de les plaques trobi alguna compensació en d’altres indrets. Si bé l’àrea coberta per la litosfera continental pot tenir algunes variacions en el temps, els estudis fets permeten d’excloure que aquestes variacions hagin estat gaire importants, i en tot cas serien del tot insuficients per a "absorbir" l’increment de les àrees oceàniques. Els processos que es desenvolupen en límits de plaques d’altres tipus mostraran bé com es realitza aquesta compensació.

Els límits convergents

Com ha quedat plantejat, les plaques s’eixamplen en certs llocs mentre que el volum del globus de la Terra ha de mantenir-se aproximadament constant. Per tant, o bé a l’interior de les plaques es produeixen escurçaments suficientment importants com per a compensar aquells eixamplaments, o bé hi ha d’haver un altre mecanisme que ho permeti. Hom coneix suficientment l’estructura de l’interior de les plaques i la seva evolució com per a poder descartar la primera d’aquelles possibilitats; en efecte, les deformacions a l’interior de les plaques són massa petites. El mecanisme mitjançant el qual es pot mantenir prou constant aquell volum és el de la subducció, que consisteix en l’enfonsament de la vora d’una placa litosfèrica a l’astenosfera, per dessota del marge d’una altra de veïna.

La subducció de litosfera oceànica per sota de litosfera continental comporta una sèrie de processos geològics diversos, però relacionats. S’originen fosses oceàniques allargades paral·lelament als marges del continent. L’activitat magmàtica (volcans, intrusions granítiques, etc.) es concentra en una faixa també paral·lela al marge esmentat, però terra endins. També l’activitat sísmica, important, té lloc sobretot a prop del marge del continent. Els punts vermells indiquen la situació dels focus sísmics importants.

Servei de Fotografia/B.A.V., original de Press i Siever

El mecanisme de la subducció ha estat descobert sobretot pels resultats de l’estudi dels sismes de certes zones, com les de la perifèria de l’oceà Pacífic a l’Amèrica del Sud, i al llarg de les garlandes d’illes (Aleutianes, el Japó, Marianas, etc.) que s’estenen des d’Alaska fins al N d’Austràlia. En aquestes zones es produeixen nombrosos terratrèmols, els focus de molts dels quals es disposen aproximadament segons superfícies inclinades vers l’interior del continent o de l’arc d’illes que s’enfronta amb l’oceà. S’hi enregistren així terratrèmols de focus progressivament més profunds, fins a atènyer, alguns, 600 o 700 km. Això indica l’existència de material sòlid en unes profunditats que, fora d’aquestes zones, corresponen a l’astenosfera, que, pel seu estat físic, no pot originar terratrèmols. Això implica, doncs, que algunes plaques litosfèriques poden enfonsar-se per dessota d’altres i introduir-se als dominis de l’astenosfera. En molts casos, aquest procés és, en certa manera, suggerit pel fet que és en aquestes zones de subducció on es troben les grans fosses oceàniques, amb profunditats que poden atènyer més de 10 000 m. És el cas, per exemple, de les fosses de Xile, les Marianas i Puerto Rico.

Les zones de subducció per dessota la litosfera oceànica originen els arcs d’illes volcàniques. La litosfera, rígida sobre l’astenosfera parcialment fosa, fa un gruix d’uns 70 km sota els oceans, i de 100-150 km sota els continents. Es forma a les crestes oceàniques i, a les zones de subducció, s’enfonsa dins l’astenosfera i s’hi fon. Com a conseqüència, es forma un arc d’illes volcàniques. Els corrents de convecció provoquen la separació de l’arc del continent. D’aquesta manera s’ha format el mar del Japó, per exemple.

Servei de Fotografia/B.A.V., original de Press i Siever

L’entrada d’aquest material no es tradueix pas en un augment local del volum. Per tant, el material astenosfèric desplaçat ha de moure’s d’alguna manera vers les zones d’acreció. Així, gràcies a l’estat físic de l’astenosfera, que es comporta, per bé que amb una viscositat molt gran, com un fluid, es pot mantenir sense gaires variacions la forma del globus de la Terra, i són possibles les derives, no dels continents sols, sinó solidàriament amb la resta de la litosfera, de les plaques a les quals pertanyen. La inexistència de focus sísmics a profunditats més grans que 700 km indica la desaparició de la litosfera o, més ben dit, el reciclatge de la seva matèria en anar-s’hi produint processos de fusió parcial que permeten d’incorporar-la i diluir-la al si de Tastenosfera. D’aquesta manera, els processos d’acreció de les plaques, llurs moviments, els processos de subducció, i els corrents a l’interior de Tastenosfera s’integren en un gran procés que, de primer cop d’ull, podria semblar un cicle complet de la matèria astenosfèrica que a les zones d’acreció s’incorporaria a la litosfera per retornar-hi. No és exactament així, encara que, efectivament, hi ha un considerable grau de reciclatge. De fet, una part del material astenosfèric acaba incorporant-se a l’escorça continental, la qual només és subjecta a la subducció molt excepcionalment. Calen, però, algunes precisions més.

La subducció pròpiament dita afecta l’escorça oceànica i la part infrajacent del mantell de la placa que és afectada per aquest procés. Els materials sedimentaris que poden haver-se dipositat damunt del sol volcànic de l’àrea oceànica no són engolits a les zones de subducció, sinó que queden acumulats, escatats i plegats davant de la vora de la placa encavalcant, com una mena d’encenalls davant del tallant d’un ribot. Això és degut a llur menor densitat, que dificulta el procés mecànic d’engoliment. Així doncs, de fet, el reciclatge abans al·ludit es limita a l’escorça oceànica i a la part superior del mantell.

Orogen originat per la col·lisió entre escorces continentals de dues plaques, precedida de subducció de l’escorça oceànica d’una d’elles. Observeu la vergència dominant cap a la placa que subdueix, la localització de l’activitat volcànica i les restes de litosfera oceànica que han quedat, en superfície, pessigades a la zona de sutura entre les dues plaques. Les restes de litosfera oceànica —les anomenades sèries ofiolítiques— són petites, però importants testimonis dels antics oceans que s’estenien entre dues plaques que actualment són soldades en un orogen.

Servei de Fotografia/B.A.V., original de Josep M.Fontboté

D’altra banda, com que el procés de subducció es realitza a velocitats del mateix ordre de magnitud que els increments de la superfície de les plaques en llurs límits d’acreció, ateses les dimensions de les plaques i la persistència dels moviments durant llargues èpoques geològiques, hom s’explica perfectament el fet que no hi hagi enlloc fons oceànics gaire antics, geològicament parlant. Hi ha, doncs, un contrast molt net entre l’escorça continental, en la qual es conserven extenses àrees de roques molt antigues formades milers de milions d’anys enrere, i l’escorça oceànica que es va renovant, de la qual, les parts més antigues no tenen gaire més de 200 milions d’anys.

Fins ara hem tractat la subducció com una conseqüència del moviment convergent de les plaques, que implica forçosament l’engoliment de la litosfera oceànica d’una placa dessota el marge de l’altra. El procés, tal com l’hem descrit, podrà continuar mentre hi hagi disponible litosfera oceànica a la placa que és subduïda. Ara bé, cal plantejar-se què passa quan aquesta litosfera acaba per ésser consumida. El cas és especialment interessant i ben corrent.

Secció geològica dels Alps, serralada deguda a una col·lisió complexa, que queda reflectida en l’espectacular estructura de plecs i mantells de corriment. És un bon exemple de serralada de col·lisió recent.

Servei de Fotografia/B.A.V., original de "The Cambridge Encyclopaedia of Earth Sciences"

Quasi totes les plaques individualitzades durant els darrers 200 milions d’anys tenen parts amb escorça oceànica i parts continentals. A la majoria de les zones de subducció la placa suprajacent presenta, al seu marge, escorça continental. Això fa que, quan la litosfera oceànica de la placa afectada per la subducció és comprimida, el seu marge continental entri en contacte amb el de la placa suprajacent i es produeixi una "col·lisió". Del desenvolupament d’aquest procés tractarem més endavant, atès que és el mecanisme fonamental de l’orogènia. Abans, però, cal tractar breument d’altres processos lligats a la subducció.

Distribució dels terratrèmols i volcans. Els terratrèmols i les erupcions volcàniques són les manifestacions actuals més evidents de la dinàmica interna de la Terra. Es concentren en faixes estretes que han estat utilitzades per a definir els límits de les plaques actuals. Destaquen les grans concentracions sísmiques del cinturó circumpacífic i del cinturó alpí, que s’estén des de la Serralada Bètica fins a Indonèsia. Aquestes faixes corresponen a les vores de placa convergents, de subducció o col·lisió. Els punts vermells representen els epicentres dels terratrèmols i, els negres, els volcans actius.

Maber, a partir de fonts diverses

El procés de subducció és especialment propici a un gran desenvolupament de la sismicitat. De fet, hom ha comprovat que no sols els terratrèmols són freqüents i sovint importants a les zones de subducció, sinó que també l’avaluació de l’energia dissipada pels terratrèmols en relació a la superfície hi dona valors particularment alts. És només a les zones de subducció on es produeixen sismes de focus situats a profunditats superiors a 100 km, que poden arribar fins a 700 km. Tot això s’explica bé pel fet que només és a les zones de subducció on es troben les grans lloses de materials rígids de la litosfera, capaços d’originar terratrèmols a profunditats molt més grans que a la resta del globus. D’altra banda, el lliscament d’una placa dessota l’altra, i la introducció de la placa subduïda a l’astenosfera, molt viscosa, no es fan sense el desenvolupament d’esforços mecànics d’una gran magnitud, una part dels quals es resolen en fractures noves i en el moviment al llarg d’altres de més antigues vencent grans friccions i, per tant, originant ones sísmiques.

D’altra banda, la introducció de la litosfera de la placa subduïda, més freda, en el si de l’astenosfera, més calenta, produeix una gran pertorbació en la disposició de les temperatures en profunditat, molt persistent a causa de la baixa conductivitat tèrmica de les roques. Només serà molt lentament que els materials subduïts aniran uniformitzant llur temperatura en relació amb la de l’astenosfera. Aquesta diferència de temperatures facilita, per un costat, la subducció de la litosfera, i més concretament dels materials del mantell superior de la placa subduïda, que tenen una composició molt semblant a la de l’astenosfera, però que són més densos perquè tenen una temperatura més baixa. Aquest fet contribueix al moviment de conjunt de la placa vers la zona de subducció, per la tracció operada pel seu marge que va essent engolit a l’astenosfera, sense que això vulgui dir, ben entès, que aquest sigui l’únic motor de les plaques; el desigual escalfament de l’astenosfera dona lloc a corrents de convecció que són, probablement, l’agent principal d’aquell moviment.

La subducció també té importants conseqüències quant a l’activitat volcànica (i magmàtica, en general) i a certs importants processos metal·logènics. En efecte, l’escorça oceànica engolida a les zones de subducció és una escorça enriquida en aigua. Les roques volcàniques, que en constitueixen una part considerable, han incorporat a llur composició grans quantitats d’aigua en diverses formes (minerals hidratats, amb aigua de constitució, etc.), durant llur procés de consolidació en els fons oceànics. Sotmesos aquests materials a temperatures cada cop més altes, a mesura que avança el procés de subducció, aquesta aigua facilitarà la fusió de les roques de la placa subduïda i migrarà, en part, cap a la placa suprajacent, on produirà efectes anàlegs.

Així s’explica el gran desenvolupament del vulcanisme als marges de les plaques suprajacents a les zones de subducció, com hom observa, per exemple, a la perifèria del Pacífic, així com la composició de les roques volcàniques, que en molts casos indiquen que llurs magmes provenen de l’escorça continental, parcialment fosa. Al mateix temps, aquesta migració d’aigua en estat supercrític, ateses les condicions de pressió i temperatura, procedent de gran profunditat, facilita la incorporació, en diverses formes, de molts elements químics, que després podran ésser selectivament concentrats en certs indrets de la part superior de l’escorça, i que originaran així jaciments minerals variats i en molts casos d’una gran riquesa, com hom pot comprovar, per exemple, a les serralades de l’W del continent americà.

Endemés dels fenòmens volcànics, sísmics i d’altres acabats d’esmentar, a les zones on limiten plaques convergents es desenvolupen precisament els processos orogènics pròpiament dits.

Les característiques de l’orogen són diferents, segons que en el contacte entre les plaques es desenvolupi un procés de subducció, o bé es tracti ja d’una col·lisió entre l’escorça continental d’una placa i l’altra. Ben entès que la col·lisió ve molt correntment precedida per una subducció, i l’orogen resultant conté, llavors, estructures d’una etapa i de l’altra, les quals són de característiques diferents. Entre les serralades modernes hi ha exemples de les unes i les altres; així, els Andes pertanyen al primer tipus, mentre que l’Himàlaia i els Alps pertanyen al segon. En certs casos, però, la subducció sembla haver-se desenvolupat poc, com és el cas de la Serralada Bètica, o gens, com als Pirineus pròpiament dits, i són els processos de col·lisió els que han regit majoritàriament o exclusivament el desenvolupament de l’orogènia.

Les serralades de plegament, els orògens, es formen on limiten plaques convergents. Les seves característiques són diferents segons que el contacte entre les plaques sigui de subducció o bé de col·lisió entre dues escorces continentals. A la fotografia del satèl·lit Landsat es veuen els Macdonell Ranges del cor d’Austràlia, serralada de plegament antiga emparedada entre dos blocs rígids de roques precambrianes de més de 2200 milions d’anys.

"Geology from Space"

La convergència de plaques, a mesura que avança la subducció i, sobretot, quan es desenvolupa la col·lisió, dona una estructura cada cop més complicada a l’orogen, amb la successiva producció d’escataments de l’escorça continental que, per raó de la seva baixa densitat, no pot ésser arrossegada cap avall vers l’astenosfera. Així, s’origina un engruiximent considerable de l’escorça continental al llarg d’una zona més o menys ampla (ordinàriament d’uns centenars de quilòmetres). És precisament aquesta acumulació de material lleuger la que, en definitiva, explica per què els orògens moderns corresponen a serralades més o menys altes. Amb el temps, els processos d’erosió, sense comptar possibles contribucions d’altres factors, van aprimant aquestes acumulacions i les serralades són progressivament aplanades.

Un altre resultat de la continuació d’aquest procés de col·lisió es l’esborrament o emmascarament progressiu del límit entre les plaques. En anar-se prolongant les deformacions a banda i banda de l’antic límit i estendre-s’hi les fractures i els encavalcaments d’escates d’escorça, la convergència de les plaques es va fent mitjançant moviments d’ajustament entre els nombrosos compartiments que resulten individualitzats per fractures. Així, en lloc d’un límit ben definit es va diferenciant una zona cada cop més ampla, que pot depassar folgadament els 100 km a banda i banda, en la qual la sismicitat i les deformacions indiquen que s’hi desenvolupen els efectes del moviment de convergència, que sovint s’associa amb un component de lliscament lateral. Aquest és justament el cas actual del contacte entre les plaques africana i eurasiàtica de la Mediterrània occidental, complicat encara pel fet de l’existència de territoris corresponents a antigues microplaques intermèdies entre les dues plaques principals ara al·ludides.

Els processos propis de l’interior de les plaques

Les deformacions a l’interior de les plaques més importants es caracteritzen per un aprimament de l’escorça continental i una estructura de blocs individualitzats per falles i basculats i diversament enfonsats, que donen lloc a zones ensorrades respecte de les terres veïnes. El diagrama mostra una fossa tectònica formada pel mecanisme que acabem d’explicar.

Servei de Fotografia/R.M.D., original de Molnar i Tappennier

Tal com hem indicat, l’activitat dels processos geològics de deformació de l’escorça, amb l’acompanyament de fenòmens sísmics, volcànics, i d’altres, es concentra preferentment als marges de les plaques. Ara bé, l’interior d’aquestes plaques no queda totalment exclòs de tals deformacions; encara que, en conjunt, representen uns canvis energètics i materials molt més reduïts, tenen la seva importància i contribueixen poderosament a una evolució geològica diferenciada d’unes regions respecte a les altres, dins d’una mateixa placa. D’altra banda, com veurem, alguns dels processos que comencen essent típicament de l’interior de la placa, al final acaben donant lloc a la fragmentació d’aquesta i esdevenen llavors processos de marge o vora de placa. Endemés, en molts casos és clarament evident la relació genètica que hi ha entre els processos de l’interior i els dels marges d’una placa.

Ens limitarem només a parlar d’alguns dels processos geodinàmics intraplaca: els dels tipus que s’han desenvolupat a l’àmbit geogràfic que interessa aquesta obra en èpoques geològiques relativament recents i que han tingut, i tenen encara, una important repercussió en les característiques geològiques que ara trobem en aquest àmbit.

La rigidesa que les plaques tenen en conjunt, fora de llurs zones marginals, no exclou pas la possibilitat de deformació. Hi ha, evidentment, la producció de fractures, pròpia d’un cos rígid sotmès a esforços mecànics suficients per a depassar el límit de ruptura després d’un interval de deformació elàstica. Moltes observacions i mesures directes han demostrat, certament, situacions d’esforços diferencials al si de les plaques, desigualment repartides en l’espai i en el temps. L’activitat sísmica a l’interior de les plaques és molt més reduïda que a llurs vores, però en certes zones pot ésser considerable, i en força casos també hi ha, o hi ha hagut en temps recents, activitat volcànica.

Les zones de "rift" intracontinental són zones de l’escorça continental, notòriament aprimades i estructurades en blocs enfonsats i basculats. En general corresponen a zones deprimides respecte de les regions veïnes. En molts casos, una part de la zona és envaïda per la mar o ocupada parcialment per llacs. Bons exemples en són la regió dels grans llacs de l’Àfrica oriental, Etiòpia, la mar Roja i Palestina i el sistema de fosses d’Europa occidental.

Servei de Fotografia/R.M.D., original de Bijou-Duval i col·laboradors

Les deformacions més importants que es desenvolupen a l’interior de les plaques són, sense cap dubte, les corresponents a unes zones llargues (poden arribar a ser de milers de quilòmetres) i relativament estretes (generalment de menys d’uns pocs centenars de quilòmetres i, en certs llocs, de menys d’1 km) que es troben en algunes regions, com la que s’estén des dels grans llacs de l’Àfrica oriental, Etiòpia, la mar Roja i arriba fins al N de Palestina; i la que des de la baixa vall del Rin s’estén fins a la mar d’Alborán, afectant una part de l’Europa occidental. Es caracteritzen per un aprimament de l’escorça continental (i també del mantell superior infrajacent) i una estructura de blocs individualitzats per falles. Els blocs són diversament enfonsats, aixecats i basculats, però, en conjunt, la zona afectada per aquesta estructura és deprimida respecte a les terres veïnes. En molts casos, una part de la zona és envaïda per la mar o ocupada parcialment per llacs. Són les zones anomenades zones de "rift" intracontinentals, —el terme anglès "rift", fenedura o esquerda, actualment ha esdevingut internacional—, situades a l’interior dels continents, i aulacògens, si incideixen més o menys perpendicularment al marge d’una placa.

D’acord amb el que hem indicat quant a l’aprimament de l’escorça, aquestes zones comporten una extensió lateral, si fa no fa transversal a la direcció del seu allargament. Això implica, per tant, una extensió superficial de la placa i un moviment divergent de les parts de la placa limitants del "rift"; i d’altra banda, també, una ascensió de l’astenosfera a nivells més a prop de la superfície. Se’n deriva una doble conseqüència: les zones de "rift" i els aulacògens són zones febles de l’escorça continental, en les quals es concentraran els efectes de deformació deguts als esforços mecànics que afectin la placa; s’hi localitzen anomalies geotèrmiques, en el sentit que es troben temperatures de l’escorça i del mantell més altes que a les altres parts de l’interior de la placa, a profunditats iguals; i també hi acostuma a haver un flux de calor més important. La feblesa mecànica i l’existència de materials de l’astenosfera, parcialment fosos, a una profunditat relativament petita, expliquen bé l’abundància de manifestacions volcàniques en aquestes zones. I, de la mateixa manera, els moviments entre blocs, al llarg de les fractures que els limiten, expliquen l’activitat sísmica que s’hi dóna, que es caracteritza per la poca profunditat dels focus dels terratrèmols, a causa del poc gruix relatiu de la litosfera, únic embolcall que, per la seva rigidesa, pot originar-los.

La mar Roja (esquerra) i el golf d’Adén (dreta) ens mostren el naixement d’un nou oceà. Els estrets braços de mar que separen Aràbia i Àfrica s’han obert a 1-2 cm/any, i a l’eix d’aquests mars s’hi han anat afegint basalts, associats a erupcions volcàniques submarines lligades als processos d’eixamplament oceànic.

"Geology from Space"

Els processos de "rift" intracontinental poden tenir un final: és a dir, la separació es pot estabilitzar en un moment determinat de la seva evolució. Aquesta estabilització comporta un refredament de l’astenosfera, amb la solidificació progressiva del material fos que tenia, el qual s’incorpora així a la litosfera, amb el seu corresponent engruiximent. Però, en certs casos, el procés pot anar endavant. La litosfera s’aprima, fins a trencar-se’n la continuïtat, i el material astenosfèric fos crea una intercalació volcànica entre els marges de les plaques que se separen. Si aquesta separació resta encara limitada, es creen hiatus de l’escorça continental a l’interior d’una placa, els quals s’omplen amb sol de característiques oceàniques. La mar Càspia i la mar Negra, amb llurs fons de composició oceànica, poden haver-se format d’aquesta manera, així com les anomenades mars marginals, com ho són les situades entre la costa oriental d’Àsia i les garlandes d’illes situades més a l’E. És el cas també de certes conques modernes dintre de la Mediterrània, com veurem. Si el procés de ruptura de la continuïtat avança, pot arribar-se finalment a la ruptura total de la placa en dues, i entremig es formarà un nou espai oceànic. Aquest fou el procés pel qual, a partir del començament de l’Era Secundària, s’han constituït els fons oceànics que actualment trobem a la Terra, a partir d’una gran placa continental única: la Pangea.

Cal recordar, encara que sigui molt breument, que els processos de deformació a l’interior de les plaques no són tots de caràcter extensiu. També n’hi ha d’escurçament, per bé que són menys espectaculars.

Una qüestió important, però no prou coneguda, és la de la causa, en definitiva, d’aquests processos de deformació a l’interior de les plaques. Hi ha dos factors a considerar: l’un, la transmissió dels esforços mecànics per l’interior de les plaques, a causa de l’anisotropia d’aquestes i de la mateixa distribució dels esforços a les zones marginals, que pot crear situacions tensionals que desencadenin la interacció dels processos resultants de l’activitat de l’astenosfera i de la continuació de les situacions mecàniques en qüestió; l’altre és la possibilitat d’escalfaments diferencials de la litosfera. Poden ésser produïts per la distribució desigual de material radioactiu i per la molt probable existència de corrents de convecció a zones més o menys profundes de l’astenosfera. Quant a les situacions d’esforç resultants dels processos dels marges de les plaques, certament tenen un paper molt més important que el que hom havia suposat. Actualment s’accepta que, per exemple, la col·lisió que ha originat l’Himàlaia va produint efectes Àsia endins fins a regions tan allunyades com Sibèria. I, certament, a l’àmbit de la Mediterrània occidental i més en concret a la península Ibèrica, trobem bons exemples de fins a quin punt l’interior de les plaques pot resultar afectat per deformacions lligades, en darrer terme, als processos de col·lisió ocorreguts al marge de les plaques.