Introducció i marc general

La Terra és un planeta geològicament actiu. L’article es centra en la tectònica de plaques, paradigma fonamental de la geologia actual, que permet interpretar una gran part dels processos geològics i oferir-ne una explicació integrada. Aquesta tectònica de plaques, que fins ara només es coneix plenament desenvolupada a la Terra, constitueix un estadi dins l’evolució planetària i no afecta únicament la geosfera, sinó també la resta de subsistemes del sistema Terra: l’atmosfera, la hidrosfera i la biosfera. Per això, quan es parla de la Terra com d’un planeta geològicament viu, cal entendre que aquesta vitalitat també té implicacions biològiques i ambientals.

L’article es divideix en tres parts. En la primera, s’examina la Terra com a planeta; en la segona, s’exposa breument la tectònica de plaques, en què consisteix, com s’hi arriba i per què es manifesta a la Terra i no en altres planetes; finalment, en la tercera, s’analitzen les principals conseqüències d’aquesta dinàmica. La Terra forma part del sistema solar, integrat per una estrella central —el Sol—, vuit planetes, els seus satèl·lits, diversos cossos irregulars, com ara els asteroides, i altres regions externes del sistema, com el cinturó d’asteroides, el cinturó de Kuiper i el núvol d’Oort, on es localitzen nombrosos cometes formats per roca i gel. Al seu torn, el sistema solar s’insereix dins una galàxia espiral barrada, la Via Làctia, que forma part del Grup Local.

Origen del sistema solar i formació de la Terra

L’origen del sistema solar se situa fa aproximadament 4,6 mil milions d’anys, en un dels braços de la galàxia, a partir d’un núvol de gas i pols. En aquest context, una nebulosa experimenta un procés de contracció gravitatòria, probablement induït per l’explosió d’una supernova, que fa que el conjunt de material adopti una disposició planar i rotacional. Les partícules de gas tendeixen a concentrar-se a la part central del disc, i a mesura que augmenten la pressió i la temperatura s’arriba a condicions de fusió nuclear que permeten la formació del Sol, una estrella mitjana de tipus G. Paral·lelament, les partícules de pols del voltant col·lideixen entre si en un procés d’acreció de planetesimals, descrit l’any 1944 per Otto Schmidt, i donen inici a la formació dels futurs planetes.

En una primera fase es formen cossos petits, d’ordre centimètric o mètric, és a dir, els planetesimals; posteriorment, aquests evolucionen cap a planetoides, de dimensions quilomètriques, fins que finalment donen lloc als planetes. En aquest procés, un d’aquests cossos, just abans que la Terra completés la seva formació, col·lideix amb el planeta. Segons la hipòtesi més acceptada, aquest cos, anomenat Theia, s’incorpora en gran part a la Terra, mentre que una fracció important de material terrestre és expulsada a l’espai. Aquest material queda orbitant al voltant del planeta i acaba originant la Lluna.

La Terra, juntament amb Mercuri, Venus i Mart, pertany al grup dels planetes interiors o terrestres, mentre que Júpiter, Saturn, Urà i Neptú constitueixen els planetes exteriors. Els planetes terrestres es caracteritzen per mides relativament reduïdes, atmosferes poc desenvolupades o gairebé inexistents, pocs satèl·lits o cap, velocitats de rotació menors que les dels exteriors i períodes orbitals relativament curts. Presenten, a més, nuclis metàl·lics i densitats elevades en comparació amb els planetes gegants.

Estructura interna de la Terra

La densitat mitjana de la Terra és d’uns 5,5 g/cm³, mentre que la de Júpiter és inferior a 1 g/cm³. Aquest contrast evidencia la diferència entre planetes terrestres i gegants gasosos. Pel que fa a la Terra, convé distingir entre característiques internes i externes. Internament, és habitual parlar d’escorça, mantell i nucli; tanmateix, cal preguntar-se com s’arriba a aquest model. La Terra té un diàmetre relativament modest a escala planetària, d’uns 12.700 km, i un radi mitjà de 6.370 km, lleugerament superior a l’equador que als pols. Malgrat això, el coneixement directe del seu interior és molt limitat.

Mitjançant sondatges que permeten recuperar roques sòlides, l’exploració directa només arriba a uns pocs quilòmetres de profunditat, molt lluny del centre del planeta. Les roques transportades pels volcans, especialment aquelles que no arriben a fondre’s completament, ofereixen informació aproximada sobre fondàries de 300 o 400 km. Això significa que el coneixement directe continua essent molt reduït en relació amb els 6.370 km del radi terrestre. Per aquesta raó, l’estructura interna de la Terra es reconstrueix principalment a partir de l’estudi de les ones sísmiques.

Les ones constitueixen mecanismes de transmissió d’energia i es classifiquen, de manera general, en mecàniques, electromagnètiques i gravitacionals. Les gravitacionals són les menys conegudes i no s’aborden aquí. En canvi, tant les mecàniques com les electromagnètiques són ben conegudes. La diferència principal és que les ones mecàniques necessiten un medi per transmetre’s, mentre que les electromagnètiques no depenen d’un medi material.

Entre les ones mecàniques s’inclouen les ones marines, les ones sonores que es transmeten per l’aire i, especialment, les ones sísmiques, que es propaguen a través de les roques. Les ones electromagnètiques, en canvi, inclouen la llum, les ones de ràdio o la radiació ultraviolada, i no necessiten cap medi material. Les ones sísmiques són les que s’utilitzen per estudiar l’interior de la Terra, i tradicionalment es divideixen en diversos grups segons la seva naturalesa i el seu comportament.

Un primer grup correspon a les ones internes, és a dir, les ones P i S; un segon grup inclou les ones superficials, com les Love i les Rayleigh; i encara hi ha altres modalitats d’ones que aquí no es tracten. Les que resulten especialment rellevants per a l’estudi de l’interior terrestre són les ones P, o primàries, que arriben primer als sismogrames, i les ones S, o secundàries. El sismògraf detecta les vibracions del terreny produïdes quan una massa de roques acumula energia fins que es fractura i l’allibera en forma d’ones sísmiques.

Quan aquestes ones interactuen amb la superfície terrestre, es manifesten com a terratrèmols. El registre instrumental d’aquestes vibracions queda reflectit en els sismogrames. Tant les ones P com les ones S resulten fonamentals per interpretar l’interior terrestre, ja que les variacions en la seva propagació permeten inferir canvis en la naturalesa física dels materials.

Les variacions en la velocitat de les ones P i S donen lloc a discontinuïtats sísmiques. Les grans discontinuïtats permeten identificar les principals capes internes de la Terra. La primera gran divisió se situa a la discontinuïtat de Mohorovičić, que separa l’escorça del mantell.

Com passa sovint en geofísica, aquestes discontinuïtats prenen el nom del científic que les identifica. La discontinuïtat de Mohorovičić marca, doncs, el límit entre l’escorça i el mantell.

Cap als 670 km de profunditat se situa la discontinuïtat que separa el mantell superior del mantell inferior. A uns 2.900 km de fondària es localitza la discontinuïtat de Gutenberg, que separa el mantell del nucli extern. Finalment, cap als 5.120 km de profunditat, la discontinuïtat de Lehmann diferencia el nucli extern del nucli intern.

Una particularitat essencial és que les ones P es poden propagar tant per sòlids com per fluids, mentre que les ones S només es transmeten per sòlids.

Quan les ones P arriben al nucli extern, la seva velocitat disminueix de manera notable, mentre que les ones S deixen de propagar-s’hi. Aquest comportament indica que el nucli extern es comporta com un fluid. En canvi, la propagació en el nucli intern suggereix que aquest darrer té un comportament sòlid.

Si aquesta informació es representa de manera esquemàtica, s’obté una Terra formada per una escorça —continental i oceànica—, un mantell superior, un mantell inferior, un nucli extern i un nucli intern. Si, a més, aquesta estructura s’agrupa segons el comportament mecànic dels materials, és possible distingir la litosfera, rígida i integrada per l’escorça i la part superior del mantell; l’astenosfera, de comportament més plàstic; la mesosfera; el nucli extern, líquid, i el nucli intern, sòlid. Quan es parla marins, presenta una estructura relativament constant: una capa de sediments, una capa de roques volcàniques i una capa de roques plutòniques.

Si aquesta classificació s’organitza segons el comportament mecànic dels materials, es diferencia la litosfera, formada per l’escorça i la part superior rígida del mantell; l’astenosfera, de comportament més plàstic; la mesosfera, que continua essent dúctil però amb propietats diferents; el nucli extern, líquid, i el nucli intern, sòlid. Quan es considera l’escorça, cal distingir de nou dos grans tipus. L’escorça oceànica, pròpia dels fons marins, presenta de manera general una estructura formada per sediments, roques volcàniques i roques plutòniques.

Aquestes tres capes apareixen de manera generalitzada als oceans. L’escorça oceànica té una densitat aproximada de 3 g/cm³ i és clarament més densa que la continental. La seva naturalesa és principalment basàltica. L’escorça continental, en canvi, presenta característiques oposades.

L’escorça continental presenta una estructura molt més heterogènia, amb una combinació de sediments, roques ígnies i roques metamòrfiques. En superfície hi predominen sovint els sediments, mentre que a més profunditat són freqüents les roques metamòrfiques i ígnies. La seva densitat és més baixa, entorn de 2,7 g/cm³, i el seu gruix és molt superior al de l’escorça oceànica, ja que pot oscil·lar aproximadament entre 30 i 80 km. Des del punt de vista extern, la Terra mostra un contrast fonamental entre terres elevades, corresponents als continents, i terres deprimides, associades als fons oceànics. Aquest contrast crida l’atenció dels geòlegs des dels inicis de la disciplina.

Relleu terrestre i antecedents de la tectònica de plaques

Si es representa la Terra sense els oceans, s’observa que hi ha terres emergides continentals, però també relleus importants en les zones submergides. Entre aquests relleus destaca una gran serralada submarina que travessa tots els oceans: les dorsals oceàniques. Tot i que no són visibles directament perquè se situen sota fondàries de 3.000 a 4.000 metres, constitueixen un element estructural fonamental del relleu terrestre. Aquesta diferència entre terres elevades i terres deprimides, especialment pel que fa a les muntanyes, crida l’atenció dels geòlegs des dels inicis de la geologia moderna, que es consolida com a disciplina científica durant el segle XIX amb aportacions decisives de figures com Lyell.

En les primeres interpretacions, la Terra es concep com un cos que es va refredant progressivament i que, en contreure’s, arruga la seva superfície, de manera anàloga a una poma quan s’asseca. Aquest arronsament generaria zones convexes, associades a les muntanyes, i zones deprimides, relacionades amb els oceans. En aquest context, el geòleg nord-americà James Hall formula una hipòtesi sobre la formació de les serralades, especialment aplicada als Apalatxes, que manté una gran influència durant molt de temps.

Aquesta explicació es concreta en la hipòtesi del geosinclinal. Segons aquest model, les zones elevades s’erosionen i els sediments s’acumulen en depressions allargades. L’acumulació progressiva de materials incrementa el pes, la pressió i la temperatura, i afavoreix processos de deformació i plegament a mesura que aquests sediments s’enfonsen sobre un substrat més plàstic. Finalment, així es formarien les serralades, sempre a partir de moviments essencialment verticals. Tanmateix, quan els geòlegs europeus estudien estructures com els Alps o els Pirineus, observen grans plecs i desplaçaments horitzontals, fet que porta a reconsiderar la idea que tota l’orogènesi s’expliqui només per moviments verticals.

Les primeres hipòtesis mobilistes resulten encara poc consistents des d’un punt de vista científic, i en aquest context es poden esmentar treballs com els de Pellegrini. Tanmateix, l’any 1915 Alfred Wegener, meteoròleg, juntament amb el seu sogre Vladimir Köppen, proposa a l’obra L’origen dels continents i els oceans la hipòtesi de la deriva continental. Segons Wegener, les muntanyes s’originen en relació amb el desplaçament de fragments continentals procedents d’una massa única inicial. Per sustentar aquesta proposta, recorre a diverses proves: l’encaix aproximat de les línies de costa, especialment entre Amèrica del Sud i Àfrica; la presència de sediments d’origen glacial en continents avui separats; la continuïtat de dipòsits i estructures geològiques a banda i banda dels oceans; i la distribució de fòssils idèntics en regions actualment allunyades.

En el marc dels models basats en moviments verticals, aquestes coincidències s’intenten explicar mitjançant ponts continentals que apareixen i desapareixen; per exemple, s’imaginen connexions temporals entre Amèrica del Sud i Àfrica que després s’enfonsen. El problema de Wegener és que no aconsegueix explicar satisfactòriament el mecanisme del moviment continental. Apel·la a una força relacionada amb la rotació terrestre, però aquesta resulta insuficient. Per això, la seva teoria queda arraconada durant un temps. No és fins després de la Segona Guerra Mundial que els avenços en magnetisme i, sobretot, els sondatges oceànics, que permeten recuperar mostres del fons marí, aporten noves proves. Es constata que l’escorça oceànica és molt més jove que la continental i que presenta l’estructura en tres capes ja esmentada: sediments, roques volcàniques i roques plutòniques. També s’observa que aquesta escorça es fa progressivament més antiga a mesura que s’allunya de la dorsal oceànica i que la seva densitat augmenta. A més, des del punt de vista paleomagnètic, es comprova que hi ha bandes de minerals magnetitzats segons el camp actual i altres segons camps invertits; quan aquestes bandes es comparen a banda i banda de la dorsal, mostren una disposició especular. Tot plegat permet a autors com Hess i Matthews formular la teoria de l’expansió del fons oceànic.

Fonaments de la tectònica de plaques

Segons aquesta interpretació, l’escorça oceànica es genera a les dorsals i s’expandeix lateralment. A mesura que es refreda i es densifica, adquireix les condicions necessàries per enfonsar-se sota una altra placa. Això permet explicar, per exemple, que la placa de Nazca subdueixi sota la placa sud-americana.

Els sismòlegs identifiquen en aquestes zones un pla d’enfonsament inclinat, aproximadament d’uns 45 graus. Al mateix temps, es constata que l’activitat volcànica i sísmica no es distribueix aleatòriament, sinó que es concentra en franges concretes del planeta. A partir de totes aquestes dades, el geofísic canadenc Tuzo Wilson integra les diferents línies d’evidència i formula la teoria de la tectònica de plaques.

Es parla de teoria perquè aquest model es verifica de manera consistent, permet formular prediccions i supera l’estadi d’una simple hipòtesi. Segons aquesta teoria, la superfície terrestre es divideix en un conjunt de plaques litosfèriques que es mouen les unes respecte de les altres. Aquestes plaques, formades per litosfera, es desplacen sobre els materials més plàstics de l’astenosfera.

Els moviments entre plaques poden ser de tres tipus: separació, apropament i lliscament lateral.

Els límits de separació corresponen, principalment, a les dorsals oceàniques. En aquests sectors, una litosfera inicialment continental es fragmenta com a conseqüència d’un increment de temperatura a la seva base. A mesura que es fractura i se separa, la descompressió afavoreix la generació de magmes i la formació de roques volcàniques i plutòniques, de manera que s’hi origina nova escorça oceànica.

A mesura que aquesta litosfera oceànica es va formant i es va allunyant de la dorsal, es refreda, es densifica i s’enfonsa progressivament respecte del relleu inicialment més elevat de la dorsal. Arriba un moment en què la seva densitat és prou gran perquè una part d’aquesta litosfera pugui introduir-se per sota d’una altra placa. Així, a la dorsal s’identifica un límit constructiu, on es crea nova litosfera oceànica, mentre que les vores continentals associades esdevenen marges passius.

Aquests marges passius són especialment rellevants perquè l’escorça continental s’hi aprima i apareix una escorça de transició. Es tracta sovint de zones cobertes per mars poc profunds, on es dipositen sediments rics en matèria orgànica, favorables a la formació de combustibles fòssils com el petroli o el carbó. També són espais aptes per al desenvolupament de deltes, esculls i altres ambients sedimentaris d’interès geològic i econòmic. Cal afegir que no totes les dorsals oceàniques són submarines.

A la regió de l’Afar (Àfrica oriental), per exemple, s’observa un procés inicial de fragmentació continental que constitueix l’inici de la formació de litosfera oceànica, encara sense inundació marina completa. Això permet estudiar in situ processos d’expansió. Islàndia n’ofereix un altre exemple especialment accessible, ja que allí aflora en superfície un fragment de dorsal oceànica i es poden analitzar directament les estructures associades.

La figura anterior ens mostra:

  1. Distribució dels volcans al rift de l’Àfrica oriental, el triangle d’Afar i la península aràbiga. La forma dels símbols indica si s’ha reportat deformació (quadrat) o no (triangle). Els colors indiquen si s’han reportat erupcions històriques. EA Erta Ale, AD Alu-Dalafilla, Du Dubbi, Na Nabro, DMH Dabbahu Manda Hararo, F Fentale, Bo Boset, TM Tullu Moye, Al Aluto, Co Corbetti, Pa Paka, Lo Longonot, OL Oldoinyo Lengai, Nya Nyamuragira, Nyi Nyiragongo, Ru Rungwe.
  2. e) Model esquemàtic de l’evolució dels rifts continentals al sistema delrift de l’Àfrica oriental.
  3. Expansió incipient del fons oceànic.
  4. Rifts continentals madurs, amb vulcanisme axial del rift que forma grans centres silicis i fissures basàltiques. L’extensió és acomodada per una combinació de formació de falles i magmatisme.
  5. Formació del rift en fase inicial, amb activació de falles de vora del rift, subsidència d’una zona ampla i vulcanisme difús.
  6. Inici de la formació del rift simultani amb episodis de basalts d’inundació.

Associats a aquests contextos hi ha també fenòmens hidrotermals. A Islàndia, per exemple, es poden observar guèisers generats per l’escalfament d’aigües subterrànies en contacte amb magmes propers. En el medi oceànic profund, on l’aigua circumdant es troba a temperatures molt baixes, la sortida d’aigües hidrotermals a 100-150 °C dona lloc als anomenats fumers blancs, i a temperatures encara més elevades, de 200-300 °C o superiors, als fumers negres. Els elements dissolts precipiten i originen dipòsits metal·lífers d’interès miner. A continuació apareix el segon gran tipus de moviment de plaques: l’apropament, que pot produir-se entre litosfera oceànica i continental, entre dues litosferes oceàniques o entre dues litosferes continentals.

Si es pren com a referència una dorsal oceànica situada a uns 4.000 metres de fondària, en un medi on l’aigua circumdant es troba a temperatures molt baixes, la sortida de fluids hidrotermals calents origina fumers blancs quan les temperatures són aproximadament de 100 a 150 °C, i fumers negres quan se superen valors de 200 a 300 °C. Els materials dissolts en aquests fluids precipiten i formen dipòsits metal·lífers d’interès miner.

Pel que fa als moviments convergents, es poden distingir tres grans situacions: la convergència entre litosfera oceànica i continental, com en el cas de la placa de Nazca i Sud-amèrica; la convergència entre dues litosferes oceàniques, com al Japó, a les Filipines o a les Kurils; i la convergència entre dues litosferes continentals, com a l’Himàlaia, entre la placa índica i la placa euroasiàtica.

Convergència entre litosfera oceànica i continental

En el primer cas, com passa amb la placa de Nazca sota Amèrica del Sud, la placa que subdueix és sempre la litosfera oceànica, perquè és la més densa. La litosfera continental, menys densa, no tendeix a enfonsar-se. A mesura que la placa oceànica descendeix, l’augment de pressió i temperatura modifica progressivament el seu comportament, afavorint processos que desemboquen en fusió parcial. Per això, en aquestes zones es desenvolupa un cinturó sísmic molt actiu, amb terratrèmols de gran magnitud, i un arc volcànic a la part interna del continent.

Aquest vulcanisme, a diferència del que s’associa a les dorsals, és de caràcter explosiu i es relaciona principalment amb roques de composició andesítica, mentre que el vulcanisme dels centres d’expansió és sobretot basàltic i menys explosiu. A les zones de subducció sempre apareix, a la part frontal, una fossa oceànica. Els sediments arrossegats cap a aquesta zona són comprimides i apilats per la placa que subdueix, i formen estructures d’acreció al marge continental.

Així, l’escorça continental pot créixer per acreció de materials sedimentaris i tectònics incorporats al marge. Aquesta dinàmica contribueix a explicar el caràcter heterogeni i caòtic de l’escorça continental. A més, en alguns casos, fragments d’escorça oceànica poden ser impulsats sobre la litosfera continental mitjançant un procés anomenat obducció, i donen lloc a les ofiolites.

Convergència entre litosfera oceànica i oceànica

Un altre tipus de contacte convergent és el que s’estableix entre dues litosferes oceàniques, com en el cas del Japó. En aquest context, subdueix la placa oceànica més densa. L’angle d’enfonsament sol ser més gran, la sismicitat és molt intensa i el vulcanisme continua essent explosiu, amb predominança de roques intermediàries, especialment andesites. La nova escorça que es desenvolupa en aquests contextos ja no és plenament oceànica ni continental, sinó de caràcter intermedi.

Com en el cas anterior, els sediments dipositats són incorporats tectònicament al marge. A la part posterior de l’arc volcànic es desenvolupa sovint un mar posterior amb un centre d’expansió, com succeeix al mar del Japó. En aquestes zones es poden acumular sediments i poden aparèixer esculls coral·lins i altres estructures amb interès com a possibles reservoris de petroli. Es tracta, igualment, de regions amb vulcanisme intens i sismicitat molt elevada.

Un aspecte important de les zones de subducció, tant de tipus andí com de tipus japonès o filipí, és que la placa pot experimentar moviments sobtats de reajustament. Quan això ocorre, es desplaça una gran massa d’aigua i es poden generar tsunamis. Per tant, aquests contextos concentren simultàniament terratrèmols, tsunamis i vulcanisme, és a dir, diversos riscos geològics majors.

Convergència entre litosfera continental i continental

El tercer cas d’apropament correspon a la col·lisió entre litosfera continental i litosfera continental, com en el cas de l’Himàlaia. En aquest procés, una placa que inicialment inclou també litosfera oceànica la va subduint fins que finalment entren en contacte dues masses continentals. A partir d’aquest moment, la subducció ja no pot continuar de la mateixa manera, perquè la litosfera continental no s’enfonsa fàcilment.

  1. Abans de la col·lisió entre l’Índia i Àsia, el marge septentrional de l’Índia consistia en una gruixuda plataforma de sediments de plataforma continental, mentre que el d’Àsia era un marge continental actiu amb un prisma d’acreció i un arc volcànic ben desenvolupats.
  2. La col·lisió continental va plegar i fracturar les roques de l’escorça situades als marges d’aquests continents, formant l’Himàlaia. Aquest esdeveniment va anar seguit de l’aixecament gradual de l’altiplà del Tibet a mesura que el subcontinent indi era empès sota Àsia.

La placa índica es desplaça des del sud cap al nord fins a col·lidir amb la placa euroasiàtica, en un procés que s’interpreta dins el cicle de Wilson. En aquesta situació, la litosfera continental no pot subduir fàcilment, però sí encavalcar-se parcialment i generar un important engruiximent cortical. Tots els materials intermedis —illes, atols, fragments diversos— són intensament deformats i incorporats a la zona de col·lisió, mentre que part del material més profund s’introdueix sota la massa continental oposada. Això contribueix, novament, al caràcter complex de l’escorça continental.

En el cas de la col·lisió entre la placa índica i la placa euroasiàtica, tots els materials intermedis —illes, atols i fragments de naturalesa diversa— són intensament deformats, apilats i incorporats a la zona de sutura. Una part d’aquests materials s’afegeix a la litosfera continental, mentre que una altra part s’introdueix a major profunditat. Aquest procés contribueix a explicar l’estructura complexa i heterogènia de l’escorça continental.

En aquest cas no hi ha vulcanisme associat comparable al de la subducció oceànica, però sí una sismicitat molt intensa. També hi poden haver encavalcaments de fragments de litosfera oceànica. La zona de contacte entre la placa índica i la placa euroasiàtica constitueix una sutura tectònica.

Lliscament lateral. Falla transformant.

L’últim tipus de moviment és el lliscament lateral, amb exemples clàssics com Califòrnia o la falla nord-anatòlica a Turquia. En aquests límits, les plaques es desplacen horitzontalment l’una respecte de l’altra.

Aquest desplaçament lateral no genera vulcanisme ni implica ni creació ni destrucció d’escorça. Per això, a diferència dels límits convergents, no es tracta de límits destructius ni, com a les dorsals, de límits constructius. Tanmateix, l’acumulació i l’alliberament sobtat de tensió tectònica hi provoca terratrèmols molt intensos.

A diferència dels límits convergents, on es destrueix litosfera oceànica, i dels divergents, on se’n genera de nova, als límits transformants no es crea ni es destrueix escorça. El que hi té lloc és un desplaçament lateral relatiu entre plaques, amb una acumulació de tensió que s’allibera en forma de sismicitat.

En el cas de Califòrnia, per exemple, s’interpreta que els desplaçaments acumulats al llarg de la falla de San Andreas podrien modificar substancialment la posició relativa de diferents sectors del territori. Es tracta, igualment que a Turquia, d’àrees densament poblades exposades a terratrèmols potencialment molt destructius.

La regió d’Istanbul, de fet, se sotmet històricament a nombrosos terratrèmols.

Cicle de Wilson

Wilson no només formula la teoria de la tectònica de plaques, sinó que també proposa un cicle, conegut com a cicle de Wilson. Segons aquest model, els continents tendeixen a agrupar-se cada 400 o 500 milions d’anys. Quan totes les masses continentals s’uneixen, actuen com una mena de coberta que dificulta l’evacuació de calor interna, fet que afavoreix la fragmentació posterior, l’obertura d’oceans, la generació d’escorça oceànica, la subducció i, finalment, la formació de noves serralades abans d’una nova reunificació continental.

 

Vegem-ne una animació del Cicle de Wilson.

Mecanismes impulsors i singularitat terrestre

Aquesta successió de processos explica que es generin muntanyes, que es produeixin col·lisions continentals i que els continents es tornin a agrupar abans d’iniciar un nou cicle. La causa fonamental d’aquests moviments és l’alliberament de calor interna, és a dir, de l’energia primordial conservada des de la formació de la Terra i de la calor generada internament. Aquesta transferència de calor es produeix principalment per conducció i per convecció.

En el mantell, que presenta un comportament plàstic, la transferència principal és la convecció. Aquest fenomen consisteix en l’ascens dels materials més calents i menys densos i el descens dels materials més freds i més densos, de manera que es tendeix a redistribuir l’energia. Inicialment s’interpreta que grans cel·les convectives afecten tot el mantell i que són les responsables directes del moviment de les plaques.

Actualment es considera que, tot i que la convecció participa en la fragmentació inicial i en l’ascens del material calent, en les fases avançades té un paper fonamental l’estrebada gravitatòria associada a les plaques que subdueixen. Quan la litosfera oceànica es densifica i s’enfonsa, arrossega la resta de la placa. A més, l’interior terrestre mostra punts especialment actius, sovint relacionats amb plomalls tèrmics o hot spots, per on ascendeix material menys dens des de nivells profunds i es generen edificis volcànics.

A mesura que les plaques oceàniques es densifiquen, s’enfonsen en el mantell més plàstic i contribueixen a mantenir la circulació convectiva, ja que introdueixen materials relativament freds en zones més calentes. La tomografia sísmica permet visualitzar indirectament aquestes heterogeneïtats tèrmiques i identificar plomalls que donen lloc a hot spots. En el cas d’Islàndia, s’interpreta que la seva singularitat respon a la combinació d’un centre d’expansió i d’un punt calent profund, la qual cosa explica que la dorsal oceànica aflori en superfície.

La Terra, un planeta singular

Per què la Terra presenta tectònica de plaques i altres planetes no? La resposta depèn de diversos factors. Un dels més importants és la capacitat de conservar calor interna durant períodes molt llargs. En aquest sentit, la relació entre superfície i volum és determinant: un planeta amb molta superfície en relació amb el seu volum perd la calor molt més ràpidament i no manté tan fàcilment una dinàmica interna activa.

Un altre factor essencial és la reologia del mantell. Si el mantell és massa viscós, la mobilitat es dificulta; si és excessivament poc viscós, la dinàmica no afavoreix necessàriament la fragmentació litosfèrica. En aquest comportament influeix molt el contingut en volàtils, especialment l’aigua i el diòxid de carboni. També és determinant el gruix de la litosfera: una litosfera massa gruixuda costa molt de fracturar, mentre que una de massa prima no permet establir límits de plaques estables.

També és fonamental el gruix de la litosfera. Una litosfera molt gruixuda és difícil de fracturar i tendeix a limitar la mobilitat de plaques; en canvi, una litosfera excessivament prima es fractura amb facilitat i no afavoreix l’establiment de límits tectònics estables. Per això, el gruix litosfèric constitueix un factor clau per a l’existència d’una tectònica de plaques plenament desenvolupada.

La proporció entre nucli i mantell també és important: un nucli excessivament gran implicaria un mantell massa reduït per mantenir una convecció adequada. Tot plegat ajuda a explicar per què planetes com Venus, tot i tenir una mida semblant a la de la Terra, no desenvolupen una tectònica de plaques equivalent. Venus presenta vulcanisme, però combina una litosfera gruixuda, temperatures molt elevades i un contingut reduït de volàtils al mantell, factors que dificulten una tectònica comparable a la terrestre.

Conseqüències de la tectònica de plaques

El fet que alguns planetes presentin tectònica de plaques i d’altres no té conseqüències profundes. En el cas de la Terra, aquesta dinàmica influeix directament en la geosfera, ja que genera serralades, desplaça continents i controla una part essencial de l’evolució geològica del planeta. Però els seus efectes no es limiten a la geosfera, sinó que també s’estenen a la hidrosfera.

La tectònica de plaques també influeix en la hidrosfera. Tradicionalment s’explica el cicle hidrològic extern: l’aigua del mar, dels rius i dels llacs s’evapora, forma núvols, precipita en forma de pluja o neu i retorna finalment als oceans, tant per escorrentia superficial com per circulació subterrània. Aquest és només un dels components del sistema hídric terrestre.

Tanmateix, també hi ha un subcicle hidrològic intern. A les dorsals oceàniques, on es forma escorça oceànica a partir de la solidificació de magmes, molts minerals incorporen aigua en la seva estructura. Així, la litosfera oceànica queda parcialment hidratada.

Quan aquesta litosfera arriba a una zona de subducció, una part d’aquesta aigua pot ser alliberada a través del vulcanisme. Això constitueix el subcicle hidrològic intern superficial. Però una altra part acompanya les plaques que s’enfonsen al mantell superior i fins i tot al mantell inferior, de manera que contribueix a hidratar parcialment aquests dominis interns.

Per tant, al mantell hi ha una quantitat d’aigua potencialment molt important, possiblement diverses vegades superior a la que es troba en superfície. El fet que el balanç global d’aigua del planeta no variï substancialment al llarg del temps indica que aquest cicle hidrològic intern i extern funciona de manera integrada.

La tectònica de plaques també s’associa estretament amb el cicle de les roques. A les dorsals i a les zones de subducció es formen roques volcàniques; l’erosió dels relleus genera sediments; l’increment de pressió i temperatura origina roques metamòrfiques; i els processos de subducció poden retornar materials a l’interior, on es fonen de nou. Per això, una mateixa roca pot passar per etapes molt diverses al llarg de la seva història geològica.

Com que les roques estan formades per minerals, els dipòsits minerals tampoc no es distribueixen de manera aleatòria, sinó que s’associen a contextos geològics concrets. El coneixement de la història tectònica d’una regió permet, per tant, valorar la probabilitat de trobar-hi determinats recursos. De la mateixa manera, la tectònica condiciona l’obertura de conques, l’acumulació de matèria orgànica i la formació de combustibles fòssils.

Per això, la tectònica de plaques permet entendre on es poden localitzar, amb més probabilitat, recursos minerals i combustibles fòssils. Igualment, obre conques sedimentàries internes o marges favorables a l’acumulació de matèria orgànica i, en conseqüència, a la generació de petroli, gas o carbó.

Tanmateix, la seva influència no s’acaba aquí, ja que també afecta el clima a llarg termini.

En primer lloc, crea relleus. Les serralades actuen com a obstacles que modifiquen la circulació atmosfèrica i condicionen la distribució de les precipitacions.

Quan masses d’aire humides es veuen obligades a ascendir per damunt d’un relleu, la seva temperatura disminueix, l’aigua condensa i es produeixen precipitacions orogràfiques. Això explica, per exemple, per què determinades zones sotmeses a l’entrada recurrent de masses humides registren taxes de precipitació molt elevades.

La separació i el desplaçament dels continents també modifiquen la circulació oceànica global. Actualment, aquesta circulació contribueix a redistribuir la calor des de les zones més càlides cap a latituds altes. Quan la disposició continental canvia, aquesta circulació també es transforma i el clima global se’n ressent.

Els volcans alliberen també gasos amb efectes climàtics importants. El diòxid de carboni contribueix a l’escalfament, mentre que el diòxid de sofre pot incrementar l’albedo atmosfèric i afavorir un refredament temporal. Per tant, el vulcanisme actua igualment com un mecanisme de regulació climàtica.

La disposició dels continents també influeix en la meteorització química i en el nivell del mar. Quan els continents es reuneixen, poden afavorir una major meteorització i una fixació més intensa del diòxid de carboni en forma de carbonats, cosa que tendeix a afavorir el refredament global. Quan, en canvi, els continents se separen, la meteorització pot disminuir i la tendència general afavoreix l’escalfament.

Aquestes relacions no són lineals, sinó que impliquen mecanismes de retroalimentació. Si les masses continentals se situen en latituds polars, es pot afavorir un refredament, però la disminució de la meteorització també pot permetre una acumulació progressiva de diòxid de carboni a l’atmosfera, la qual cosa tendeix a compensar el refredament inicial. Es tracta, per tant, d’un sistema amb efectes reguladors complexos.

Aquestes interaccions s’han d’interpretar com a mecanismes de retroalimentació. Si la major part de les masses continentals se situa prop dels pols, la tendència inicial pot afavorir el refredament global. Tanmateix, en aquests contextos la meteorització disminueix, i això redueix la fixació del diòxid de carboni en minerals i sediments. En conseqüència, el CO₂ tendeix a acumular-se a l’atmosfera i actua com a mecanisme compensatori, afavorint un escalfament posterior. Es tracta, doncs, d’un exemple de retroalimentació negativa dins el sistema climàtic.

En conseqüència, la tectònica de plaques influeix de manera decisiva en el clima a llarg termini. Juntament amb factors astronòmics, com els cicles de Milankovitch, contribueix a regular les grans tendències climàtiques del planeta. Finalment, aquesta dinàmica també afecta la biosfera.

Quan els continents romanen units, moltes espècies poden ocupar àrees contínues molt extenses. Quan aquestes masses es fragmenten i es desplacen, les poblacions queden separades en ambients diferents, sotmeses a condicions climàtiques i pressions selectives diverses. Aquest aïllament afavoreix fenòmens d’especiació i l’aparició de noves espècies.

Un exemple clàssic és la formació de l’istme de Panamà. Quan aquesta connexió terrestre apareix, es produeix un intercanvi biòtic entre Nord-amèrica i Sud-amèrica, amb la competència entre faunes que havien evolucionat separadament. Algunes línies s’expandeixen i d’altres s’extingeixen. Paral·lelament, les poblacions marines que abans mantenien continuïtat queden separades i poden divergir evolutivament. Això mostra com la tectònica de plaques afavoreix tant la convergència biogeogràfica com la vicariança i l’especiació.

Per tant, la tectònica de plaques influeix també de manera decisiva en l’evolució biològica. Gràcies a aquesta perspectiva, es pot afirmar que la Terra no és només un planeta geològicament actiu, on es reciclen materials i es formen i desmantellen muntanyes, sinó també un sistema en què les condicions climàtiques varien, la hidrosfera es reorganitza i la vida experimenta transformacions profundament lligades a la dinàmica interna del planeta.

Conclusió i orientacions bibliogràfiques

En síntesi, la Terra es pot considerar un planeta viu des del punt de vista geològic, perquè la seva dinàmica interna estructura la geosfera i condiciona també la hidrosfera, el clima i la biosfera. A continuació es presenta una bibliografia bàsica per aprofundir en aquestes qüestions.

Entre els materials recomanats hi ha obres de síntesi sobre l’evolució de la tectònica de plaques i sobre l’interior de la Terra, així com articles divulgatius de nivell avançat que resulten especialment útils per consolidar els conceptes principals.

També són útils obres clàssiques sobre les grans controvèrsies geològiques i llibres més recents sobre l’evolució de la Terra i de la biosfera, especialment aquells que tracten processos com la convergència, la divergència, la vicariança i la pressió selectiva en relació amb els canvis tectònics.

Entre les obres recomanables destaca L’evolució de la Terra, de Rabadà, una síntesi relativament recent que ofereix una visió general dels principals processos geològics. També resulten d’interès els treballs dedicats a l’evolució biològica i als processos de convergència, divergència, vicariança i pressió selectiva, especialment quan s’analitzen en relació amb la dinàmica tectònica.

Fonts consultades

 

Jordi Coll Vera - 2026