Paleomagnetismo, movimiento de placas y migración polar (6 de 9)

David Pratt

New Concepts in Global Tectonics Journal (www.ncgt.org), vol. 1, n° 1, marzo 2013, p. 66-152.

 

 

Contenidos:

06. Tectónica de torsiones
-Desplazamiento polar
-Continentes giratorios
-Fuerzas inerciales

 

 

06. Tectónica de torsiones

Desplazamiento polar

Con base en datos paleomagnéticos seleccionados, la tectónica de torcimiento postula migraciones polares verdaderas a gran escala y "modestas" rotaciones y translaciones de continentes y placas (Storetvedt, 1997, 2003). Se dice que este "deambular" de polos implica una reorientación de toda la Tierra con respecto al eje rotativo y es desencadenado por redistribución de masa a gran nivel dentro del planeta, principalmente como resultado de desgasificación interna y delaminación cortical asociada; asimismo, se cree que los desplazamientos polares son eventos relativamente rápidos y están separados por largos períodos de tranquilidad tectónica. Supuestamente el eje de rotación ha migrado a unos 70º de latitud con respecto a la superficie de la Tierra desde el Paleozoico medio hasta el presente en el plano meridiano 0º/180º. También se cree que hace 35 m.a., cerca del límite Eoceno-Oligoceno (E-O) los polos se movieron más o menos 35º a sus ubicaciones actuales aproximadas dentro de 2 a 3 m.a.

 

Según la tectónica de torsiones (Storetvedt, 1997, p. 246-50; Storetvedt y Bouzari, 2012) la migración general del Polo Norte ha sido hacia el Pacífico, pero también ha habido cambios de dirección. Sobre la base de datos paleomagnéticos, se afirma que en el Jurásico y el Cretácico inferior los polos no eran muy diferentes a los actuales y el paleoecuador atravesaba el Sahara Central. Cien millones de años atrás el ecuador se habría desplazado a la orilla norte del continente africano, pero luego retornó a la posición del Sahara Central hace 80-60 m.a., antes de volver al borde sur del Mediterráneo en el Terciario Inferior. Tras el rápido estallido de migración polar alrededor hace 35 m.a. -cuando dicha línea cambió del Mediterráneo a su posición actual a través de África Central- el ecuador se movió nuevamente al norte a mediados del Mioceno cruzando Arabia Central, antes de regresar a su ubicación actual hace unos 5 m.a.

 

Fig. 6.1. "Ruta de migración polar global" desde mediados del Paleozoico y basada en datos paleomagnéticos europeos y africanos seleccionados "de los cuales se elimina el efecto de los movimientos continentales en la edad alpina". UT = Terciario superior, LT = Terciario inferior, P = Carbonífero superior-Pérmico, LC = Carbonífero inferior (Storetvedt, 1997, fig. 9.5).

 

La tectónica de torcimiento afirma que durante al menos 450 m.a. (Storetvedt, 1997, p. 60) la migración polar se ha limitado en la práctica al mismo plano. El eje sobre el que supuestamente gira la Tierra durante la migración polar pasa a través de dos puntos en el ecuador: 0° N-90° E y 0° N-90° O (este es virtualmente el mismo eje que en la teoría de pendulación ya mencionada). Esto sólo puede suceder si las anomalías de densidad surgen continuamente dentro de la Tierra y se centran en el mismo plano. En términos del sistema de coordenadas actual, para que el Polo Norte se mueva hacia el Pacífico tendrían que aparecer irregularidades de masa positivas en el cuadrante del hemisferio norte centrado en el meridiano 180º o en el cuadrante antipodal; el exceso de masa a 45° norte o sur tendría el mayor efecto. La migración polar (suponiendo que la viscosidad y resistencia del manto sean lo suficientemente bajas para que ocurriera) luego movería estas masas en exceso hacia el ecuador, y con tal que el traslado de polos continúe en la misma dirección, tendrían que producirse anomalías de masa positivas en los mismos cuadrantes anteriores (o en aquéllos al lado opuesto del ecuador para invertir el sentido de migración polar). Sin embargo, para alejar las masas positivas del ecuador y que ya se ubican en éste, las nuevas anomalías másicas deberían ser aún mayores, a menos que las anormalidades ecuatoriales disminuyan o desaparezcan. Estos procesos tendrían que continuar por varios cientos de millones de años, y tal escenario con los polos moviéndose hacia atrás y adelante en el mismo plano es extremadamente artificial y no puede tomarse en serio. Si fuera posible una migración polar a gran escala, seguramente seguiría un camino más aleatorio como el simulado por Goldreich y Toomre (1969; véase la figura 5.3).

 

Según la tectónica de torsiones, desde el Carbonífero inferior a los polos les llevó más de 300 m.a. para migrar 35º (excluyendo las reversiones de dirección) y luego sólo 2 ó 3 m.a. para moverse otros 35º, lo que representa una aceleración céntuple. Storetvedt (1990, p. 158) dice que esto está "bien dentro de las expectativas teóricas" y como referencia cita a Gold (1955) quien asumió una Tierra Maxwell con resistencia cero y baja viscosidad. Tsai y Stevenson (2007) calcularon que el TPW se limitaba a 8º en 10 m.a.; asumieron una viscosidad del manto de 3 x 10²² Pa·s (probablemente con varios órdenes de magnitud demasiado baja) junto con procesos tectónicos de placas como convección de manto y subducción de losa, así como un aumento de las plumas.

 

Un ejemplo de evidencia paleomagnética que Storetvedt presenta para un desplazamiento de 35º de los polos en el límite Eoceno-Oligoceno se da en la figura 6.2, que muestra polos paleomagnéticos mesozoicos-cenozoicos seleccionados para África y Europa. Se dice que los caminos APW simétricos y de tendencia opuesta significan que estos dos continentes giraron en direcciones contrarias hasta la cúspide común a aproximadamente 180º E, 55º N, que se supone coincidente con el límite E-O. Se piensa que la siguiente ruta APW conjunta y cuasi-meridional representa un período de migración polar rápida que cubre 35º de latitud, y para esto téngase en cuenta la completa falta de datos de edad en el diagrama. Storetvedt (1992, p. 205) simplemente se refiere a "la inferencia de que los paleopolos se incrementan con la edad" en dirección opuesta a las flechas. El mismo defecto se encuentra en todas sus ilustraciones que pretenden mostrar la "deambulación" polar de 35° (p. ej., figura 6.3). Sería más científico presentar las determinaciones de época reales, explicar por qué se consideran inexactas y por qué se justifica más la asignación de edades basada en preconceptos teóricos. Más adelante se examinará la afirmación de que este TPW rápido explica los principales cambios climáticos en el límite E-O.

 

Fig. 6.2. Polos paleomagnéticos del Mesozoico-Terciario inferior y seleccionados para África (círculos), las islas Canarias y Cabo Verde en comparación con datos relevantes para Europa occidental (triángulos; Storetvedt, 1992, fig. 2).

 

Fig. 6.3. Comparación de tendencias polares paleomagnéticas del Mezosoico-Terciario inferior en Europa y América del Norte cratónica. Storetvedt (1992, p. 210) escribe: "La relación edad-paleopolo no debe tomarse tan literalmente, pues la magnetización y las edades de rocas físicas pueden haberse desconectado sin dificultad mediante remagnetización causada por la fase principal de rotación en la placa alpina durante el Terciario Inferior". En otras palabras, las dataciones reales determinadas para los polos virtuales (que el autor no da) no deben tomarse en serio debido a la posible remagnetización; en cambio, deberíamos aceptar su propia secuencia de edad "inferida" e indicada por las flechas (Storetvedt, 1992, fig. 8).

Los corrimientos latitudinales producidos por polos migrantes tendrían sus valores máximos (un cambio neto de 35° desde el Paleozoico medio al límite E-O, y otros 35° dentro de 2-3 m.a. a partir de entonces) sólo en ubicaciones en el meridiano 0°/180° y para otros lugares serían más pequeños. Los datos paleomagnéticos presentados por Besse y Courtillot (2002, 2003) para los distintos continentes y según Beaman et al. (2007) para la placa del Pacífico no parecen proporcionar ningún apoyo claro para las afirmaciones anteriores en tectónica de torcimiento. Por ejemplo, Groenlandia (relativamente cercana al supuesto meridiano de migración polar) no muestra los cambios latitudinales de la magnitud requerida. Como mínimo esto comprueba que se pueden extraer conclusiones muy variadas sobre la base del paleomagnetismo, dependiendo de qué datos sean seleccionados y cómo se manipulan e interpretan.

 

Si los datos paleomagnéticos se consideran confiables, una ruta de migración polar "global" debe basarse en datos universales y no sólo de Europa y África; a este respecto sería interesante ver cuánta selección y procesamiento de datos se requiere para obtener un escenario consistente. La figura 6.4 muestra el camino principal de migración polar aparente según Besse y Courtillot (2002) para África durante los últimos 200 millones de años (tengamos en cuenta que se duplica sobre sí mismo en el intervalo 200-90 m.a.). Esto también puede apreciarse en el APWP sudafricano para el Fanerozoico presentado en la ilustración 6.5. El esquema 6.6 muestra el APWP de Sudamérica, lo cual es notable porque muestra muy poca migración polar aparente, sabiendo que la mayoría de los polos tienen latitudes superiores a 80º. Sería llamativo apreciar cómo los APWP para estos dos continentes se reconcilian con la afirmación en tectónica de torsiones referente a los 70º de TPW hacia el norte en los últimos 350 m.a. y 35º de TPW alrededor de 35-32 m.a., especialmente si se supone que las rotaciones continentales comenzaron sólo a finales del Cretáceo. Los APWP para Siberia y Báltica (figura 3.8) también plantearían un llamativo desafío para la tectónica de torcimiento y será más necesario hacerlo cuanto más datos paleomagnéticos y rotaciones/translaciones se tengan en cuenta y la posible interrupción en la continuidad geológica.

 

Fig. 6.4. APWP maestro para África en los últimos 200 m.a., con elipses de confianza del 95% (promedios cada 10 m.a. con una ventana deslizable de 20 m.a.); se indican las edades medias para cada ventana de tiempo (Besse y Courtillot, 2002, fig. 1).

 

Fig. 6.5. APWP sudafricano para el Fanerozoico. (a) Sólo polos sudafricanos. (b) Ruta APWP de estriamiento y suavizada utilizando el enfoque de ruta principal para Gondwana en coordenadas sudafricanas (Tauxe, 2013, fig. 16.10).

 

Fig. 6.6. APWP sudamericano durante los últimos 200 m.a. (Besse y Courtillot, 2002, fig. 9).

Storetvedt (1997) afirma que los cinturones de plegamiento Caledonio-Apalaches, Herciniano y Alpino-Himalayo (o al menos partes de ellos) se encuentran más o menos a lo largo de paleoecuadores contemporáneos (ver figura 6.7). Atribuye una mayor actividad tectónica en el ecuador a efectos de fuerza centrífuga (con máximo en el ecuador) sobre el plumado del manto que ocurre en pulsos. Por tanto, es extraño que no veamos más actividad tectónica y volcánica a lo largo del ecuador actual. Según los tectonistas de torcimiento, toda la superficie de la Tierra entre el ecuador actual y el Carbonífero inferior debe haber tenido una protuberancia ecuatorial al menos una vez; como se supone que los polos se han movido adelante y atrás, algunas áreas debieron haber formado parte de ese bulto ecuatorial hasta cuatro veces. Si consideramos la distribución geográfica de orogénesis en diferentes períodos, podemos ver que la mayor parte no coincide con los paleoecuadores de la tectónica de torcimiento (fig. 6.8-6.10). Storetvedt también aduce que se esperaría una mayor actividad tectónica en ángulos casi perpendiculares a los paleoecuadores y como ejemplos menciona el cinturón de los Urales, el Rift de Oslo y el graben del Rin (p. 359), pero nuevamente las elecciones no son impresionantes.

 

Fig. 6.7. Paleoecuadores en la tectónica de torsiones para el Carbonífero, Pérmico, Terciario inferior y Paleozoico inferior-Precámbrico superior (Storetvedt y Bouzari, 2012, fig. 3).

 

Fig. 6.8. Cinturones orogénicos continentales, por época de mayor distribución orogénica (Burchfiel, 1990; www.accessscience.com).

 

Fig. 6.9. Distribución de orogenias con edades similares a la caledoniana/varisca (380 a 280 m.a.; en.wikipedia.org).

 

Fig. 6.10. Áreas con plegamiento del Pérmico medio e inconformidad transgresiva y distintiva asociada con el inicio en la fase de plegamiento orogénico de Hunter-Bowen (Indosiniano). Se muestran los términos utilizados en diferentes partes del mundo para dicha etapa tectónica (Dickins, 1994a, fig. 2).

McKenzie y Priestley (2008) aducen que la deformación tectónica de los continentes ha estado dominada por "núcleos" continentales, es decir, áreas subyacentes por litosfera gruesa y fría; estos sectores no incluyen todos los cratones, a menudo se extienden allende los límites de aquéllos en actualidad y también engloban regiones no cratónicas. El núcleo de Norteamérica (fig. 6.11) está bordeado por los Apalaches en el este y las Montañas Rocosas al oeste. La parte occidental del núcleo de Eurasia septentrional (que comprende el Escudo Báltico y las plataformas Rusa y Siberiana, fig. 6.12) ha controlado la evolución tectónica de Europa donde los cinturones de plegamiento caledoniano y herciniano envuelven sus márgenes en derredor. Los Urales atravesaron el núcleo y presumiblemente se hallaban sustentados por una litosfera más delgada cuando se formaron.

 

Fig. 6.11. (a) Mapa tectónico de Norteamérica (Holmes, 1965, fig. 811). (b) Contornos de espesor litosférico, calculados a partir de la velocidad en la onda de corte. Círculos magenta = ubicaciones de kimberlitas con diamantes; círculos amarillos = ubicaciones de basaltos alcalinos que contienen nódulos mantélicos cuyas composiciones minerales se usaron para estimar el grosor litosférico. Los números en cuadros blancos muestran el espesor estimado de la litosfera (las espesuras son aproximadamente 100 kms. menores a las encontradas por Shapiro et al., 2004; ver figura 2.8). La línea amarilla muestra el límite aproximado del cratón norteamericano etiquetado como "a" (McKenzie y Priestley, 2008, fig. 2).

 

Fig. 6.12. (a) Mapa tectónico de Europa (Holmes, 1965, fig. 807). (b) La línea amarilla muestra el límite aproximado del cratón de Europa oriental, etiquetado como "a"; ver clave de fig. 6.11 (McKenzie y Priestley, 2008, fig. 3).

También cabe señalar que según la teoría (Jeffreys, 1976) y experimentos de laboratorio (Bucher, 1956) las esferas calientes se enfrían por ruptura a lo largo de círculos grandes. Los cinturones orogénicos pre-terciarios caen a lo largo de otros aproximados de gran círculo o en partes de dichas formaciones, pero hoy en la Tierra perduran dos zonas parciales de fractura y gran círculo: el cinturón sismotectónico circunpacífico altamente activo (zonas de Benioff) y el casi desaparecido Alpino-Himalayo (Tetis) (Meyerhoff et al., 1996a; Meyerhoff y Meyerhoff, 1974a). Ambos cinturones probablemente se originaron en el Precámbrico y se han reactivado de forma episódica.

 

 

Continentes giratorios

Según la tectónica de torsiones, desde el Cretácico tardío los continentes han experimentado varios niveles de rotación, junto con parte de la litosfera oceánica circundante, tal vez en lo que respecta a los "límites de placas" oficiales. Aunque los movimientos planteados son más modestos que en la tectónica de placas, siguen siendo problemáticos dadas las dramáticas variaciones en grosor litosférico y la falta de una astenosfera universal. A continuación se presenta un resumen de los desplazamientos que suelen invocarse. Cuando los datos paleomagnéticos requieren que creamos en eventos geológicamente inverosímiles, una conclusión razonable es que esos detalles no deben tomarse en serio.

 

Se dice que América del Norte giró en sentido de las agujas del reloj ~25° con respecto a Europa/Eurasia alrededor de un polo Euler y en la parte norte del continente (Storetvedt, 1997, p. 72; Storetvedt y Longhinos, 2011, p. 21). Storetvedt y Longhinos (2012) dicen que Norteamérica rotó ~30º en sentido horario con relación a la masa continental más lenta de Eurasia, pero en lugar de un viraje in situ de toda la masa terrestre, una porción sustancial es resultado de deformación interna con un aumento de torsión en modo horario en la mitad sur del continente, totalizando unos 55°.

 

Antes del límite Eoceno-Oligoceno, Europa giraba ~25º en sentido horario, y África se tornó de modo antihorario en la misma cuantía (Storetvedt, 1997, p. 246). Se dice que África y toda Eurasia están sujetas a una rotación continua, aunque Storetvedt (1997, p. 248) también aduce que el giro relativo de África y Europa cesó en dicha demarcación E-O.

 

Sudamérica rotó ~20º en sentido horario, probablemente en el Eoceno, y alrededor de un polo Euler al noreste de Brasil, pero al mismo tiempo la mitad norte del continente (norte de 20° S) viró en forma antihoraria, lo que contribuyó a la flexión tectónica en la cadena andina central (Storetvedt, 1992, p. 211; 1997, p. 307-12); desde entonces la rotación de Sudamérica se ha revisado a ~10º. También se dice que ésta última se desplazó hacia el sur en ~20º (Storetvedt y Longhinos, 2012). Las fuerzas de inercia que supuestamente hacen girar a los continentes deberían hacer que América del Sur rote de modo antihorario, pero se cree que la "interacción tectónica" a través del Atlántico ecuatorial relativamente estrecho dio lugar a una considerable "presión tectónica" que obligó a América Meridional a girar en sentido horario, ¡aunque simultáneamente el campo tensional hizo que la parte norte de aquélla se balanceara en sentido antihorario!

 

El Mundo Indio [Greater India] giró ~135º en sentido horario cerca del límite Cretáceo-Terciario antes de volver a atracar con Asia durante el Paleoceno inferior en su orientación actual aproximada (Storetvedt, 1990, p. 141; 1997, p. 243).

 

La Antártica viró 140° en sentido horario y Australia 70° de forma antihoraria (Storetvedt, 1997, p. 335, 350). La rotación de ésta última continuó más allá del límite E-O (1992, p. 209) y Antártica todavía se halla rotando. Además, el bloque Antártida-Australia-Nueva Zelanda-Melanesia se ha desplazado 1.700 kms. (15°) hacia el noreste en relación con África (1997, p. 350).

 

El centro de Irán giró más de 90° en sentido antihorario desde el Triásico (Storetvedt y Bouzari, 2012). La microplaca italiana se volteó 10-15º de modo horario en el Terciario inferior y en contraste con el viraje antihorario de 30-40º postulado por la tectónica de placas (Storetvedt, 1997, p. 271-2). Durante el Terciario, Madeira rotó ~50º en orientación antihoraria y seguido de ~25º en sentido horario (1990, p. 166). En el Cretácico Superior, Iberia rotó al menos 40º en dirección antihoraria hace 100-90 m.a., seguido de ~70º en modo horario a 75-65 m.a. (1997, p. 281).

 

Fig. 6.13. Inclinación de Iberia según la tectónica de torcimiento (Storetvedt, 1997, fig. 9.24).

 

Fig. 6.14. Principales tendencias tectónicas en y alrededor del continente sudamericano. CPM = megatendencia del Pacífico central; MNP = megatendencia del Pacífico norte (Choi, 2002, fig. 4).

La superficie de la Tierra está entrecruzada por lineamientos estructurales, aparentemente originados en la fase precámbrica, que a menudo se extienden por miles de kilómetros a través de cuencas oceánicas y continentes, refutando así los movimientos litosféricos postulados por los tectonistas de placa. Storetvedt y Longhinos (2012) dicen que los desplazamientos continentales y de fondo marino propuestos en la tectónica de torsiones no han interrumpido significativamente la continuidad de estas directrices. Sin embargo, deberían haber dejado algún rastro, pero los lineamientos en la figura 6.14 no muestran evidencia obvia del pretextado avance meridional en 20º de Sudamérica, la rotación de 10º en modo horario y el giro antihorario de 25º para África. Los lineamientos que atraviesan Australia y llegan al fondo marino (fig. 6.15) contradicen el viraje antihorario en 70º de Australia; del mismo modo, el traslado horario de ~135º en el caso de Gran India se contradice con los lineamientos y la evidencia estratigráfica que se muestran en las figuras 4.6, 4.8 y 4.9.

 

Fig. 6.15. Lineamientos de fondo oceánico en torno a Australia con los principales lineamientos continentales superpuestos (O'Driscoll, 1986, Elliott, 1994). Se indican los pozos de sondeo en aguas profundas y los sitios de dragado. CLPT F.Z. = zona de fractura de Clipperton (Choi, 1997, fig. 2).

Los vectores de velocidad GPS en la figura 6.16 no muestran rotación en sentido horario para América del Norte y Sur, o giros antihorarios de África y Australia. Storetvedt y Longhinos (2012) sostienen que los datos GPS admiten el viraje horario y continuo de toda Eurasia citando a Zemtsov (2007), pero éste último proporciona información adicional importante. Primero, el epicentro de la rotación actual tendría por localización el Himalaya oriental (95º E, 30º N), en China, alejado del centro geométrico del continente; y en segundo lugar, los vectores giratorios angulares aumentan desde la periferia continental hasta el dominio central de rotación, contrariamente a lo que se esperaría si Eurasia estuviera rotando como unidad rígida. Sería extraño si el continente más grande todavía estuviera girando y deformándose -más rápido hacia el centro que en la periferia-, mientras que varios continentes más pequeños han dejado de voltearse.

 

Storetvedt y Bouzari (2012) concluyen del campo de velocidad GPS mostrado en la figura 6.17 que Medio Oriente está rotando actualmente en sentido antihorario. Sin embargo, los vectores de rapidez señalan con claridad que la zona no gira como unidad coherente y relativamente rígida. El polo de rotación podría situarse en el Mediterráneo oriental (perpendicular a muchos vectores de velocidad), pero los aceleramientos debieran incrementarse a medida que aumenta la distancia desde dicho polo, lo que a ojos vistas no sucede. Como sostienen Reilinger et al. (2006): "El campo de velocidad está bien caracterizado por un sistema de regiones con no-deformación y desunidas por zonas concentradas de deformación (con anchos de <<100 kms.). Las zonas de deformación se correlacionan estrechamente con fallas activas y sismicidad histórica mapeadas, y las regiones coherentes con zonas sísmicamente tranquilas". Storetvedt y Bouzari (2012) llegan a inferir de la figura 6.17 que siguen girando en forma antihoraria no sólo Arabia, Irán, Anatolia y el Egeo, sino también África en su conjunto, pero no muestran el campo de velocidad para la última. Como se ve en la ilustración 6.16, no hay evidencia convincente de rotación antihoraria.

 

Fig. 6.16. Movimientos corticales según GPS (http://en.wikipedia.org).

 

Fig. 6.17. Mapa que muestra las velocidades deducidas por GPS y diezmadas para Oriente Medio en relación a Eurasia, con elipses de error 1σ (Reilinger et al., 2006, fig. 2).

 

Fig. 6.18. Velocidades de estación horizontal según la red GPS-SCAR en Antártica, que muestra una de las soluciones para el polo de rotación (Dietrich et al., 2004; http://rses.anu.edu.au).

También se dice que la información GPS demuestra el viraje en sentido horario de Antártica (Storetvedt, 2010). Lo que es seguro es que ésta no gira sobre un punto dentro de sí misma; el polo Euler del hemisferio sur se encuentra en el océano circundante (Bouin y Vigny, 2000; Donnellan y Luyendyk, 2004; Jiang et al., 2009; Dietrich et al., 2004) (fig. 6.18), en tanto que Jiang et al. (2009) dicen que en general la placa antártica se mueve hacia la sudamericana mientras se aleja gradualmente de la australiana.

 

Los datos geodésicos espaciales brindan información valiosa sobre los movimientos actuales de corteza y campos de tensión locales, pero elaborar conclusiones generalizadas sobre el movimiento de "placas" litosféricas completas y extrapolar los datos millones de años hacia el pasado o el futuro constituyen prácticas muy dudosas.

 

 

Fuerzas inerciales

Según la tectónica de torcimiento (Storetvedt, 2007), la torsión hemisférica, las rotaciones continentales/de placa in situ y la formación de cinturones tectonomagmáticos son causadas principalmente por las fuerzas centrífuga, de Coriolis, Eötvös (Polflucht o fuga polar) y de marea (atracción gravitacional del Sol y la Luna). La teoría de Wegener invocó las mismas incidencias (y más tarde convección del manto) para explicar la presunta deriva continental hacia el oeste a través del fondo marino más denso. Sin embargo, se planteó la objeción de que ninguna de estas fuerzas podría ejercer tensiones de cizalladura superiores a unas 4.000 dinas/cm² en la base de un continente, mientras que el manto exterior parece tener una resistencia a largo plazo de al menos 10⁸ dinas/cm² ó 100 bares (Chadwick, 1962; Jeffreys, 1976).

 

El efecto Coriolis es causado por rotación de la Tierra y la inercia del cuerpo que experimenta el efecto. Este fenómeno se refiere al hecho de que un cuerpo en movimiento horizontal parece desviarse hacia la derecha en el hemisferio norte y a la izquierda en la mitad sur (Pedlosky, 1979; Price, 2006). También los objetos que viajan hacia arriba o abajo se desvían al oeste/este respectivamente, aunque dicho efecto es mucho menos significativo. "Para un determinado movimiento horizontal, la desviación análoga más fuerte está en los polos y no hay deflexión horizontal en el ecuador; lo opuesto es verdad para el desplazamiento vertical" (Persson, 1998). Además de su componente horizontal, el efecto Coriolis tiene otro de tipo vertical conocido como efecto Eötvös; éste significa que los objetos que viajan hacia el este se desvían en dirección ascendente (se sienten más ligeros), mientras que los cuerpos que van al oeste son deflectados hacia abajo (se perciben más pesados). Este aspecto del fenómeno es mayor cerca del ecuador y el término "efecto Coriolis" a menudo se usa para referir sólo al componente horizontal.

 

El efecto Coriolis es proporcional a la velocidad de rotación planetaria y a la rapidez del objeto en cuestión que se desplaza. Debido a que la Tierra gira sólo una vez al día, el efecto es pequeño, pero se hace notable para la circulación atmosférica y oceánica a gran escala, explicando así por qué los sistemas de viento con alta presión giran de modo horario en el hemisferio norte y antihorario en el sur, mientras que los sistemas de baja presión rotan en el curso opuesto. Una instancia similar se aplica a los giros oceánicos: la circulación es de tipo horario en el hemisferio norte y antihorario en el sur para el caso de giros de alta presión; lo contrario se aplica en rotaciones de baja presión.

 

Ricard (2007) afirma que la fuerza de Coriolis es 20.000 trillones de veces más débil que la gravedad, y la fuerza centrífuga 291 veces más ligera, y que incluso en los supuestos más generosos "la inercia y las aceleraciones de Coriolis todavía juegan un papel insignificante en la dinámica del manto". Goldreich y Toomre (1969) también sostuvieron que al interior del manto "todas las fuerzas de Coriolis deben ser completamente despreciables". Por su parte Hughes (1973) afirmaba que las perturbaciones de convección mantélica por la fuerza de Coriolis podrían explicar las zonas de fractura en la superficie terrestre, incluyendo alineaciones en los pisos de los océanos Pacífico e Índico, y los sistemas fracturales de África oriental y mesoatlántico, argumentando que el bloque euroasiático y el suelo del Océano Pacífico están rotando en sentido antihorario. Sin embargo, su modelo establece varias suposiciones irracionales: convección de dos fases a lo ancho del manto que involucra cuatro celdas convectivas en una disposición tetraédrica con simetría polar; tasas de flujo muy elevadas y viscosidad extremadamente baja en la astenosfera; y la existencia de una astenosfera global y continua a 100 kms. bajo la superficie de la Tierra. 

 

La fuerza de fuga polar (otro aspecto del efecto Eötvös) es el producto combinado de la rotación planetaria y el principio de isostasia. Fue notado por primera vez por Kreichgauer en 1900 (Wegener, 1929, p. 179) y se explicó con mayor detalle por Eötvös (1913; ver Scheidegger, 1963). La fuerza de Eötvös tiende a desplazar un cuerpo flotante hacia regiones donde la gravedad es menor. En particular, una masa de tierra compensada de modo isostático tenderá a dirigirse hacia el ecuador; sin embargo, según Jeffreys (1976) la tensión producida es sólo de aproximadamente 4.400 dinas/cm². Wegener asumió que la fuerza de Eötvös, como tiende a hacer que un cuerpo flotante se mueva hacia el ecuador, en un planeta giratorio produciría una deriva constante hacia el oeste. Jeffreys (1976, p. 479-83) objetó que dado que dicha fuerza es una cizalladura aplicada a la superficie, la viscosidad del manto tendría que ser de sólo ~10¹⁵ Pa·s, un valor tan bajo que la oscilación de Chandler quedaría amortiguada en cuestión de pocos días. Si se da por hecho una viscosidad de al menos 5 x 10¹⁹ Pa·s e implicada por datos de variación en latitud, la corteza se desplazaría a través de un radián (~57°) en aproximadamente 3.000 m.a. Suponiendo las viscosidades inferidas del levantamiento fenoscandiano, este período tendría que multiplicarse por aproximadamente 100 y Jeffreys concluyó que la fuerza de Eötvös no puede producir desplazamientos de importancia geológica.

 

Según Gasperid y Chierici (1996), la fuerza de Eötvös no es superior a unos pocos miligales si la superficie de desacoplamiento se encuentra en el límite corteza-manto (como en la teoría de Wegener), pero tiene una magnitud mayor (20-30 miligales en latitudes medias ) si la misma superficie se halla en la división litosfera-astenosfera. Caputo (1986) argumentó que si la densidad de una porción litosférica es menor que la de rocas circundantes, el bloque se moverá hacia el ecuador (Polfluchtkraft), mientras que si la densidad es mayor dicha sección se trasladará a los polos (Äquatorfluchtkraft). Gasperid y Chierici dicen que el Polfluchtkraft podría haber contribuido a la supuesta deriva de 4.000 kilómetros de Gondwana hacia el ecuador y su ruptura, pero ignoran las principales variaciones en el grosor litosférico y la falta de una astenosfera universal. 

 

Según la tectónica de torsiones, la deformación de torcedura se halla a su punto máximo en la zona paleoecuatorial y se rige por fuerzas de inercia como la de Coriolis y centrífuga (Storetvedt y Bouzari, 2012). Estas injerencias también se conocen como "pseudo-fuerzas" o "ficticias" porque no resultan de ninguna interacción física, sino de la aceleración del marco referente no inercial, es decir, la Tierra giratoria (Iro, 2010; Price, 2006). La fuerza centrífuga es más fuerte en el ecuador, mientras que la de Coriolis es más débil en esa zona respecto de los flujos horizontales. Storetvedt (1992, p. 217) escribió que la movilidad de la litosfera en relación con el manto subyacente tal vez fue causada por "convección térmica en el manto (...) controlada por el giro axial de la Tierra", pero más tarde admitió que "la convección mantélica ya no es necesaria como fuerza impulsora en la tectónica" (Storetvedt, 2007). De esta manera, no está claro cómo es que la fuerza de Coriolis hace girar a continentes enteros, incluso uno tan grande como Eurasia. La rotación de la Tierra causará un flujo general hacia el este en la astenosfera y también en los canales de magma litosféricos (Meyerhoff et al., 1992b, 1996a), pero es difícil concebir que las fuerzas de inercia puedan alterar el flujo astenosférico de forma que provoque rotación de continentes individuales/"placas". La tectónica de torsiones aún tiene que respaldar sus afirmaciones arrogantes sobre injerencias inerciales con un análisis cuantitativo. También son desconocidas las fuerzas que supuestamente desplazaron a Sudamérica (y el fondo marino circundante) 20° hacia el sur, y el "bloque Antártica-Australia-Nueva Zelanda-Melanesia" 15° al noreste.

 

Los polos de rotación sólo pueden estar en un lugar al mismo tiempo. Entonces, una vez que los migracionistas polares -que rechazan los movimientos de placas a gran escala y toman en serio algunas informaciones paleomagnéticas- han decidido la ubicación de polos durante un período particular, los componentes restantes de datos paleomagnéticos deben explicarse por rotaciones y translaciones de continentes individuales o bloques continentales, o ser descartados como errores (2). Si la tectónica de torsiones incorporara más datos paleomagnéticos regionales, se requerirían cada vez más movimientos de secciones intracontinentales; por ejemplo, los bloques del norte y sur de China, Siberia y "Báltica", las mitades norte y sur de Gran Bretaña e Irlanda y cientos de "terrenos exóticos" tendrán que someterse a rotaciones/translaciones independientes y no hay garantía de que esos virajes estén en la misma dirección en que supuestamente gira el conglomerado continental. Si los movimientos postulados son poco realistas en términos geológicos, y si es necesario ser arbitrariamente selectivo para decidir qué datos paleomagnéticos usar, es probable que esto sea señal de que las informaciones en sí mismas son guías poco confiables para las posiciones pretéritas de los polos de rotación.

 

(2) Un ejemplo extremo de esto es el modelo sobre rotación de fluidos por Pavlenkova (2012) en que ella adopta el escenario de migración polar según Storetvedt, pero rechaza los movimientos de rotación y translación propuestos de continentes/placas. La autora sólo acepta los cambios continentales en general hacia el norte e implicados por información paleomagnética, pero rechaza de modo arbitrario cualquier cambio longitudinal e ignora el hecho de que incluso los cambios latitudinales -según esos datos para diferentes continentes o bloques- no siempre son compatibles con los 70° propuestos de migración polar desde el Carbonífero.

Paleomagnetismo, movimiento de placas y migración polar (5 de 9)

David Pratt

New Concepts in Global Tectonics Journal (www.ncgt.org), vol. 1, n° 1, marzo 2013, p. 66-152.

 

 

Contenidos:

 

05. Migración polar verdadera
-Movimiento polar
-Variantes de migración polar verdadera
-Antecedentes históricos y debate de hipótesis
-Convección e isostasia
-Movimientos de placa y migración polar

 

 

05. Migración polar verdadera

Movimiento polar

La ubicación de los polos rotatorios de la Tierra respecto a la corteza no es absolutamente fija, sino que está sujeta a ligeras variaciones. Este movimiento polar tiene dos componentes principales: a) una oscilación libre con un período de aproximadamente 435 días y una amplitud variable de unos 0,1-0,2 segundos de arco, conocida como oscilación de Chandler, y b) un vaivén anual forzado con una amplitud casi constante y cercana a los 0,1 segundos de arco. Las oscilaciones son causadas principalmente por procesos oceánicos y atmosféricos (www.iers.org; Gross, 2000). Los polos trazan caminos espirales fuera, alrededor y en dirección de sus zonas promedio durante un intervalo aproximado de 6,5 años, y la distancia máxima entre los polos reales y medios en dicho periodo promedia cerca de 0,25 segundos de arco (www.britannica.com). Desde 1900 el polo promedio ha mostrado una deriva irregular de aproximadamente 107 m.m./año en la dirección general de 79º O, es decir, hacia la Bahía de Hudson (Besse et al., 2011; http://hpiers.obspm.fr), y no existe certeza de que los polos continuarán migrando en la misma dirección durante muchos millones de años.

 

El movimiento polar es una señal de que el eje de rotación en nuestro orbe tiende a alinearse con el eje terrestre de momento máximo inercial (o de figura), es decir, el eje de simetría del esferoide planetario determinado por la distribución de masa dentro de la Tierra. En general, los polos de rotación/geográficos se moverán en respuesta a cualquier redistribución de masa en o sobre la Tierra, incluyendo sistemas climáticos, desplazamiento estacional de masas de aire y agua, actividad sísmica, derretimiento en casquetes polares, dinámicas de corteza verticales y horizontales, y movimientos/cambios de densidad al interior del manto y el núcleo (Dickman, 2000). En términos de tectónica de placas, esto incluye movimientos de placas, convección/plumas de manto y subducción de placas. Las redistribuciones de masa también pueden causar variabilidades a corto plazo o cambios con el tiempo en la velocidad de rotación planetaria.

 

Algunos creen que tres cuartas partes de la deriva secular actual en el polo de rotación son atribuibles a la deglaciación al término de la última edad de hielo, y el resto a la convección del manto (Cambiotti, 2012; Peltier y Wu, 1983). Gordon (1995) sostuvo que el desplazamiento polar en los últimos 10-20 m.a. podría estar relacionado con la elevación de la meseta tibetana y otras cadenas montañosas.

 

Fig. 5.1. Azul: ruta del polo geográfico, 2008-2012. Verde: posiciones polares medias desde 1900 (http://hpiers.obspm.fr).

Variantes de migración polar verdadera

El movimiento polar periódico y cualquier deriva secular de los polos son ejemplos de migración polar verdadera (TPW), que generalmente se interpreta como el movimiento de toda la Tierra (corteza, manto y núcleo) con respecto al eje de rotación, resultando en un cambio en la posición de polos geográficos y el Ecuador en la superficie planetaria, mientras que la inclinación del eje terrestre sigue siendo la misma. Hay otras variantes posibles de TPW en las cuales la Tierra no cambia en su totalidad, sino sólo a) la corteza, b) el manto, c) la litosfera (corteza + manto superior) y d) la litosfera y todo el manto sublitosférico o parte de él (1).

 

Gussow (1963) propuso el rápido deslizamiento de toda la corteza terrestre en o sobre la discontinuidad de Mohorovičić, provocada por erosión de superficie. Hargraves y Duncan (1973) plantearon el movimiento del manto sublitosférico únicamente, intercalado entre la litosfera y el núcleo y lo llamaron "rollo de manto". Damian Kreichgauer (1902) y Charles Hapgood (1958, 1970) sugirieron la translación de toda la litosfera y esa idea está de moda entre algunos escritores populares y catastrofistas (por ejemplo, Hancock, 1995) que tienden a llamarlo "desplazamiento de corteza". Hapgood creía que habían existido tres corrimientos litosféricos durante los últimos 100.000 años y el último tuvo lugar entre 17.000 y 12.000 años atrás cuando supuestamente el Polo Norte se movió 30° (3.300 kms.) a su ubicación actual; sin embargo, estas tres formas de TPW parecen totalmente imposibles.

 

La opinión general entre los tectonistas de placa es que el TPW implica una reorientación de todo el cuerpo planetario en relación con el eje rotacional. No obstante, algunos han propuesto el deslizamiento de corteza y manto sobre el núcleo externo (por ejemplo, Andrews, 1985; Kirschvink et al., 1997; Evans, 2003; Raub et al., 2007; Piper, 2006). Esto también ha sido propuesto por Pavlenkova (2012), quien anteriormente teorizó que ese fenómeno puede tener lugar a lo largo de la discontinuidad mantélica de 400 ó 670 kms. (Pavlenkova, 1995). Basándose en datos paleomagnéticos e hipótesis tectonistas sobre puntos críticos relativamente fijos, Gordon (1987, 1995) y Kent y May (1987) sostuvieron que el TPW no había excedido los 20° en los últimos 200 m.a. Besse y Courtillot (2002, 2003) encontraron 30° de aquél en los últimos 200 m.a., y Steinberger y Torsvik (2008) determinaron 56° en los últimos 320 m.a., pero en ambos casos el TPW neto fue prácticamente cero.

 

(1) Algunos autores se referían al menos a las variantes (a) y (c) como "migración polar aparente" en lugar de "verdadera" (ver Northrop y Meyerhoff, 1963). Ciertamente este fenómeno también se refiere al escenario tectónico en que las placas litosféricas individuales se mueven con respecto a los polos de rotación.

 

Fig. 5.2. Esquema de TPW según la tectónica de placas (Evans, 2003; Raub et al., 2007). Los cambios en el momento de inercia planetario se generan por redistribución de masa en el manto y cambios en la carga superficial. (a) La convección del manto incorpora anomalías en densidad ascendente y de sumersión (gris claro y oscuro, respectivamente). Debido a la viscosidad, estos movimientos verticales deforman los límites superior e inferior del manto y cualquier discontinuidad interna. (b) Un planeta dinámico gira de manera estable y conserva el impulso/momentum al cambiar las anomalías de inercia positivas (corrientes convectivas ascendentes) hacia el ecuador y las irregularidades de inercia negativas (corrientes sumergentes) hacia los polos a través del TPW. El campo geomagnético derivado del núcleo externo permanece alineado con el eje rotativo, al igual que la protuberancia ecuatorial (exagerada) y la zonificación climática. Los continentes se montan al unísono sobre el manto migratorio (Evans, 2003, fig. 1).

 

 

Antecedentes históricos y debate de hipótesis

En el siglo XVIII los naturalistas franceses Georges-Louis Leclerc y Georges Cuvier consideraron la migración polar como posible explicación para climas pasados y radicalmente diferentes, como el gran calentamiento en regiones polares y la glaciación cerca del ecuador. En el siglo XIX esta visión fue sostenida por geólogos como Henry James (1860) y John Evans (1866), y los astrónomos John Lubbock (1848) y Giovanni Schiaparelli (1889). Se reconocía que la migración polar causaría compresión en las regiones que se mueven hacia los polos y tensión en las zonas con traslado hacia el ecuador, lo que daría como resultado la aparición o inmersión de tierra.

 

La viabilidad de la migración polar verdadera ha sido objeto de controversia durante mucho tiempo. George Airy (1860) consideró que si la Tierra fuera una esfera perfectamente rígida, la formación de una montaña con masa de 1/1.000 de la protuberancia ecuatorial causaría que los polos migraran sólo de 3 a 5 kms. James Croll (1886) sostuvo que incluso si una décima parte de toda la superficie planetaria se elevara a una altura de 3.048 mts., esto originaría que los polos se movieran 3º 17', y si un continente 10 veces el tamaño de Europa se alzara 3 kms., podría hacer que Londres llegara a la latitud de Edimburgo o viceversa.

 

George Darwin (1877, 1878) sostuvo que los polos podrían migrar indefinidamente si la Tierra fuera más o menos plástica, pero no si fuese rígida como él creía. Pensaba que el polo podría trasladarse hasta 3º en cualquier período geológico, y pudo haberse movido entre 10-15º "en un viaje tortuoso" desde la consolidación de la Tierra, y posiblemente regresando cerca de su posición original. En opinión de Darwin, William Thomson (Lord Kelvin) había demostrado que la Tierra es realmente rígida. Thomson (1876) rechazó la idea de que la capa externa y rígida del planeta encerrara un interior líquido, afirmando que la migración polar repentina y a gran escala era imposible y creía que en la antigüedad los polos geográficos pudieron haberse movido gradualmente hasta 40º o más a sus posiciones actuales, "sin ninguna perturbación repentina y perceptible de tierra o agua en ningún momento". Aunque Thomson concedió la posibilidad de una migración polar considerable durante la etapa plástica temprana de la Tierra, sostuvo que la rigidez virtual había prevalecido durante la mayor parte de la historia geológica (Barrell, 1914).

 

El descubrimiento de Chandler sobre la oscilación polar de la Tierra (1891) con un período de aproximadamente 428 días mostró que aquélla no era perfectamente rígida. La existencia de esta nutación libre había sido predicha por Isaac Newton en su Principia Mathematica (1687, libro 1, prop. 66, cor. 20-22) y por Leonhard Euler en 1765. Éste señaló que en un esferoide rígido, si el eje de rotación no coincidiera exactamente con el de figura, el primero giraría en torno al segundo. Basado en la elipticidad de la Tierra, predijo que esta revolución tendría un período de 305 días. En 1892 Newcomb demostró que la discrepancia entre el período previsto y el real se debía a que la Tierra no es absolutamente rígida. La diferencia implicaba que el cuerpo planetario tenía una elasticidad comparable a la del acero, pero sin poseer plasticidad (Barrell, 1914).

 

A principios del siglo XX un grupo de alemanes propuso una teoría de "pendulación polar": supuestamente los polos se balanceaban hacia adelante y atrás a lo largo del meridiano 10º E, el eje de oscilación pasaba por Ecuador y Sumatra y por lo tanto nunca cambió su latitud (Reibisch, 1901; Simroth, 1907). Por su parte, Kreichgauer (1902) postuló que el Polo Norte había migrado desde la Antártida en el Precámbrico a través del Océano Pacífico, Alaska y Groenlandia hasta su posición actual, mientras que Jacobitti (1912) afirmaba que el Polo Norte yacía en el Atlántico Sur en tiempos del Cámbrico, luego se trasladó a través de Sudáfrica, India, Australia, el Océano Pacífico, Canadá y Groenlandia a su emplazamiento actual. En 1912 Alfred Wegener propuso no sólo la deriva continental, sino también el movimiento del Polo Norte desde las cercanías de Hawai a su posición presente desde la época paleozoica, en gran parte sobre la base de evidencia paleoclimática (Wegener, 1912, 1929; Köppen y Wegener, 1924).

 

Barrell (1914) citó varios datos paleoclimáticos y paleontológicos inconsistentes con las diversas teorías de migración polar, pero señaló que "tales objeciones siempre pueden ser cumplidas y dominadas por un defensor lo suficientemente ingenioso". Algunos partidarios trataron de demostrar la migración polar en diferentes períodos citando evidencia de extensión cortical en algunas regiones (que según aducían se movieron hacia el ecuador) y compresión en otras (supuestamente trasladadas al polo), pero Barrell dijo que existían tanto conflictos como acuerdos.

 

Gold (1955) escribió que podría esperarse una migración polar a gran escala durante el tiempo geológico en una Tierra plásticamente deformable; si ésta fuera una esfera perfecta en lugar de un esferoide aplanado, "el escarabajo más pequeño que caminara sobre él podría cambiar el eje de rotación relativo a las marcas en la esfera por un ángulo arbitrariamente grande, y el eje de rotación en el espacio cambiaría sólo en un ángulo pequeño". Gold dedujo de la amortiguación en el tambaleo de Chandler que si un continente con el tamaño de América del Sur se elevara 3 metros en un millón de años, esto resultaría en un "gran cambio de ángulo" en la orientación planetaria respecto a su eje rotativo durante el mismo periodo. Creía que el eje de rotación podría haber girado 90° varias veces durante la historia del planeta en "una escala cronológica del orden de 10⁵ ó 10⁶ años, pero difícilmente más larga", lo que lleva a "cambios drásticos del clima". Jeffreys (1976) argumentaba que había grandes dificultades para atribuir la amortiguación en el tambaleo de Chandler a la elastoviscosidad, y agregó que si se rechaza esta hipótesis "se viene abajo todo el esclarecimiento sobre la migración polar" (p. 481).

 

Gold asumió un modelo Maxwell para la Tierra (elasto-viscoso) en que ésta no tiene fuerza finita, en lugar de un patrón Kelvin-Voigt (firmo-viscoso) donde el planeta sí posee fuerza finita. En una Tierra de Maxwell, el material que la forma cede por el flujo bajo diferencias en tensión de magnitud arbitrariamente pequeñas, con el resultado de que se produce una migración polar en respuesta a cualquier fuerza estimulante, por pequeña que sea (incluyendo la causada por el escarabajo de Gold). Sin embargo, si la Tierra posee fuerza finita (tensión de fluencia distinta de cero) se superará su gran momento de inercia y la migración de polos sólo tendrá lugar cuando el esfuerzo de activación exceda el umbral.

 

La evidencia de que nuestro planeta posee cierta fuerza incluye la ocurrencia de terremotos a profundidades de 700 kms. (Northrop y Meyerhoff, 1963). Otra posible constatación es la protuberancia ecuatorial, que se cree es resultado de la rotación terrestre, pero es unos 200 metros más grande de lo que debería ser en una Tierra hidrostática. MacDonald (1963, 1965) y McKenzie (1966) teorizaban que surgió hace unos 10⁷ años, cuando la Tierra solía rotar más rápido, y este retraso en la respuesta planetaria implicó una viscosidad en el manto inferior del orden de 10²⁵ Pa·s (pascal-segundos) en comparación con los valores de 10²⁰ a 10²¹ Pa·s para el manto superior deducidos por los estudios de elevación posglaciales, e impediría la migración polar a gran escala. 

 

Fig. 5.3. Curva de migración polar simulada según Goldreich y Toomre (1969, fig. 3). Los meridianos y círculos de latitud están separados por 30º. Los marcadores a lo largo del camino denotan "tiempo" (t) = 0,2, 0,4, 0,6, etc.

 

Goldreich y Toomre (1969) descartaron el argumento de la protuberancia fósil de MacDonald diciendo que la parte en exceso (no hidrostática) del abultamiento ecuatorial terrestre es claramente triaxial y por tanto no es resultado de la rotación planetaria más rápida en el pasado. Suponiendo que la Tierra es cuasi-rígida y el manto no posee suficiente viscosidad o fuerza permanente para evitar la migración polar, sostuvieron que la redistribución moderada de masas al interior de la Tierra por convección del manto causaría una gran migración de polos y a veces rápida, que podría ascender a 90º en 400 m.a.; también reconocieron que de ninguna manera es seguro que la Tierra no posea fuerza finita.

 

Munk y MacDonald (1975) argumentaron que si el manto fuera lo suficientemente anelástico para permitir una migración polar a gran escala, los polos se moverían para situar los continentes lo mejor posible sobre la protuberancia ecuatorial. Dada la distribución continental moderna, el polo geográfico norte debería ubicarse cerca de Hawai, o al menos moverse hacia él. El hecho de que no sea así implica que la Tierra (o al menos su capa exterior) tiene suficiente fuerza finita para resistir las tensiones impuestas por el sistema continente-océano. Munk y MacDonald señalaron que esta conclusión puede evitarse suponiendo que las tensiones en cuestión están equilibradas por las inhomogeneidades del manto. La Tierra requeriría una fuerza finita de 10 bares (1 MPa) para evitar una migración polar en respuesta a la función excitatoria continental; esta característica surgida de las inhomogeneidades del manto es probablemente mucho mayor que la de los continentes. Munk y MacDonald dicen que la Tierra ciertamente podría poseer una fuerza de 100 bares, y además el hecho de que las principales anomalías gravitacionales estén asociadas con cadenas montañosas paleozoicas indica que las grandes diferencias de tensión pueden persistir durante períodos muy largos e implica una fuerza de 150-300 bares en los 600 kms. superiores. Por lo tanto, la Tierra podría tener fuerza suficiente para evitar que los cambios en la distribución de masa sobre o al interior del planeta provoquen una migración polar significativa, especialmente si ese fenómeno involucra sólo una capa externa delgada. Munk y MacDonald también sostuvieron que la información paleoclimática y paleontológica proporcionó "poca evidencia positiva" de movimiento polar en la escala sugerida por datos paleomagnéticos y su conclusión general fue que el problema de la migración estaba "sin resolver".

 

Un manto elastoviscoso sigue siendo un principio fundamental en la tectónica de placas. Suponiendo una Tierra Maxwell simple (elastoviscosa), una viscosidad media del manto de 3 x 10²² Pa·s, la existencia de células mantélicas convectivas, y que la parte no hidrostática del bulbo ecuatorial está dominada por la convección del manto, Tsai y Stevenson (2007) calcularon que la tasa máxima de TPW es 61° en 100 m.a. y 8° en 10 m.a. Afirmaron que la velocidad máxima de TPW es 2,4º/m.a., pero ésto solo se logra por un período relativamente pequeño y en medio de un evento TPW. Consideraron la estructura de viscosidad del manto como la mayor incertidumbre en la estimación de TPW y reconocieron que el manto inferior podría tener una viscosidad mucho más alta de lo estimado actualmente.

 

 

Convección e isostasia

En la tectónica de placas, las corrientes convectivas del manto se consideraron originalmente como la principal fuerza impulsora en los movimientos de placa, pero hoy se hace hincapié en el "tirón de losa", el "empuje de cresta" y la "succión de fosas", aunque su adecuación está sujeta a muchas dudas (Lowman, 1986; Keith, 1993). Como ya señalamos, la convección del manto es considerada una causa principal de migración polar; sin embargo, la existencia de convección a gran escala es altamente incierta. En un comienzo los tectonistas de placa propusieron que las corrientes de convección a nivel de manto profundo brotaban bajo dorsales mesoceánicas, y que las corrientes descendentes ocurrían por debajo de fosas marinas (zonas de subducción). La existencia de capas en el manto puso en duda la convección de todo ese sector y condujo al desarrollo de modelos convectivos de dos estratos. No obstante, la tomografía sísmica ha fallado en proporcionar evidencia clara sobre células de convección grandes y propulsoras de placa, tanto en el manto superior como inferior (Anderson et al., 1992; Jordan et al., 1993). Sería difícil conciliar la convección horizontal a gran escala en el manto superior con la existencia de raíces mantélicas que se extienden a profundidades de hasta 400 kms. (O'Reilly et al., 2009); además, Sandwell y Renkin (1988) no encontraron expresión en el geoide geométrico de células convectivas.

 

Meyerhoff (1995, p. 165) destacó otro problema: "Casi todos los tratamientos teóricos (...) describen una forma de convección celular generalmente parecida a la de Rayleigh-Bénard en laboratorio (...) Las paredes verticales en todas las células postuladas son relativamente rectas y sólo tienen ligeras curvaturas. Ni un sólo esfuerzo de imaginación puede hacer que cualquier célula de convección propuesta pueda acomodar las contorsiones sinuosas y vorticales de los arcos modernos y antiguos del sudeste asiático. Para lograrlo se requeriría una célula de convección organizada con paredes retorcidas, girando a 180° sobre sí misma en varios lugares desde el oeste de India a través del arco de Banda hasta el de Filipinas. La misma geometría en la región del sudeste asiático simplemente desafía todos los esquemas convectivos propuestos".

 

Probablemente la convección es imposible porque el manto parece obedecer la ley modificada de Lomnitz sobre anelasticidad, en lugar de ser elastoviscoso como supone la mayoría de los geofísicos (Jeffreys, 1974, 1976; Wesson, 1974a, b). Esto significa que la convección es un proceso de auto-amortiguación; si alguna vez ese fenómeno tuviera lugar, la velocidad de las corrientes disminuiría a cero. Dicha ley de Lomnitz está respaldada por datos sobre antiguas anomalías gravitacionales, la protuberancia ecuatorial no hidrostática de la Tierra, la existencia y el amortiguamiento en la oscilación Chandler y la órbita, rotación, forma y libraciones de la Luna.

 

Wesson (1974a, b) señalaba la posibilidad de inferir que las células de convección no existen porque no hay vínculo entre convección-geoide, -flujo de calor y -volcanicidad. Los límites químicos al interior del manto, propuestos sobre bases geoquímicas y sísmicas, son incompatibles con la convección incluso suponiendo que las corrientes puedan pasar por cambios de fase en el manto. Inclusive si sólo el manto inferior se comporta de acuerdo con la ley de Lomnitz modificada, mientras que el superior obedece la norma elastoviscosa -de modo que la convección sea posible por encima de una profundidad de 700 kms.-, probablemente no se produzca una migración polar debido a la viscosidad elevada del manto inferior.

 

La isostasia refiere a la teoría de que la corteza terrestre responde a una carga añadida (por ejemplo, de un glaciar) o disminuida (p. ej., de erosión) al caer o elevarse respectivamente para establecer una condición de equilibrio gravitacional. Se afirma que aparece por el hecho de que la corteza "flota" sobre el manto o que la litosfera "flota" en la astenosfera. Jeffreys (1976) opina que la isostasia es sólo una primera aproximación a los hechos y escribe: "Si es cierto en términos generales, deduciremos que cada región de anomalías gravitacionales positivas se está hundiendo, y que se eleva toda zona de irregularidades negativas. En cualquier sistema de montaña sometido a denudación, el contrabalance debiese seguir el ritmo de aquélla y no habría anormalidades sistemáticas de gravedad isostático, o no podría 'seguir el paso' y las intermitencias gravitacionales serían negativas. Cuando se han agregado cargas recientes, de modo similar tampoco debiera haber anomalías de gravedad o sistemáticamente positivas. En cada punto estas consecuencias son contrarias a los hechos" (p. 458-9).

 

En las cadenas montañosas a menudo hay cargas residuales y significativas que sólo pueden ser sustentadas por una fuerza apreciable en lo que se supone es una región de gran debilidad (la astenosfera).

 

La elevación posglacial de Escandinavia y parte de Canadá se cita como ejemplo clásico de "rebote isostático" y es utilizada para determinar el valor de la elastoviscosidad en el manto. Jeffreys (1974, 1976) apunta al carácter ilusorio de la viscosidad estimada y proveniente de un estudio sobre esas regiones. Supuestamente ese alzamiento se debe a la recuperación viscosa tras derretirse la capa de hielo, pero la tasa de elevación dentro de Fenoscandia está lejos de hallarse estrechamente relacionada con anomalías de gravedad. Además, Fenoscandia se encuentra al interior de una región con irregularidades positivas y por tanto debería hundirse. James (1997) argumenta que la litosfera es lo suficientemente fuerte para levantar capas de hielo continentales en vez de estar deprimida por ellas.

 

Como nota Jeffreys (1976, p. 459-60), en India existen disrupciones de gravedad mayores a las de Fenoscandia o Canadá, pero no están asociadas con movimientos verticales sistemáticos. Chipre es una región con fuertes irregularidades de gravedad positiva, pero ésta ha aumentado desde el Pleistoceno. Otras partes de la región mediterránea muestran anormalidades similares, especialmente Sicilia; algunas se elevaron en tiempos históricos y otras se hundieron, mientras que otro resto evidenció el primer caso y luego el segundo. En cuanto a los sectores con denudación significativa y prolongada, existen anomalías sistemáticamente positivas sobre las montañas galesas y tierras altas de Escocia. El Gran Cáucaso se halla sobrecargado, pero experimenta elevación en lugar de hundimiento, mientras que la antefosa del norte está sobrecargada, pero tiene subsidencia en lugar de alzamiento (Beloussov, 1980, p. 260).

 

Por lo general aún se asume que la Tierra siempre tiende a una condición de perfecta isostasia, incluso cuando se ha probado que continuaron grandes cambios en la dirección opuesta durante intervalos del orden de 10⁷ años. Muchos sistemas montañosos antiguos originalmente parecen haber tenido una altura similar a los Alpes, pero se han denudado a cotas de aproximadamente 1 km. Si la isostasia se hubiera mantenido a lo largo de este proceso, la denudación debería haber removido todos los sedimentos y cortado profundamente la capa granítica. Como este no es el caso, las montañas deben haber sido derribadas desde abajo (Jeffreys, 1976, p. 492). Jeffreys concluye que "la hipótesis del flujo viscoso, que siempre tiende a producir una perfecta isostasia, es claramente errónea"; las rocas a grandes profundidades tienen una resistencia distinta a cero y la fluencia viscosa es insignificante a menos que las diferencias de tensión excedan la resistencia (p. 460-1). Las brechas significativas de isostasia se dan principalmente en regiones de actividad tectónica, mientras que las plataformas antiguas estables y las cuencas oceánicas profundas se encuentran en una condición mucho más cercana a la isostasia.

 

Las estimaciones actuales de viscosidad en el manto superior varían de aproximadamente 3 x 10¹⁸ a 3 x 10²² Pa·s (Sato, 1991; Vermeersen et al., 1997). Sobre la base de deformación cortical en Fenoscandia, Zhao et al. (2012) encontraron una viscosidad de manto superior que va entre 3,4 y 5,0 x 10²⁰ Pa·s, y otra del inferior de 7 a 13 x 10²¹ Pa·s. Por el contrario, MacDonald (1965) señaló que una comparación de la figura planetaria -obtenida según observaciones satelitales- con la calculada en el supuesto de que la Tierra permanece en equilibrio hidrostático, demuestra que existen diferencias tensionales del orden de 100 bares en el manto. Si éste último es elastoviscoso, la viscosidad promedio tendría que llegar incluso a niveles de 10²⁵ Pa·s, y la existencia de características geológicas antiguas y asociadas con grandes anomalías gravitacionales implica que incluso esta cifra es demasiado pequeña.

 

 

Movimientos de placa y migración polar

Los tectonistas de placa creen que la verdadera migración polar es producto de cambios en el momento planetario de inercia, causados por redistribuciones masivas y vinculadas a convección del manto, losas subductoras y plumas de corriente convectiva ascendente (Besse et al., 2011). La protuberancia ecuatorial tiende a estabilizar la Tierra del volcamiento, pero el eje de rotación se ajusta al de inercia principal y máximo en una escala de tiempo entre 2 a 6 m.a. (Greff-Lefftz y Besse, 2011); asimismo el exceso de dicho abultamiento se ha atribuido a la convección del manto (Cambiotti, 2012).

 

Muchos estudios de TPW se basan en la suposición de que los puntos calientes (volcanes activos de larga data) proporcionan un marco de referencia válido para el manto. Se supone que esos sectores son manifestaciones superficiales de plumas ancladas profundamente en el manto, y que han dejado rastros en forma de cadenas casi lineales de volcanes extintos en placas que pasan sobre ellos. Originalmente se propusieron unos 20 puntos calientes y hoy se dice que hay alrededor de seis plumas primarias de manto profundo y hasta 5.200 de tamaño moderado. La misma existencia referente a plumas de manto profundo es controvertida incluso entre los tectonistas, ya que existe una creciente evidencia de que esos centros volcánicos en su gran parte son características superficiales. La tomografía sísmica no proporciona pruebas consistentes de corrientes convectoras ascendentes y estrechas bajo puntos calientes (Anderson y Natland, 2005; Anderson, 2007). Es ampliamente aceptado que los puntos de fusión del Pacífico se mueven en relación con aquéllos del Indo-Atlántico e Islandia. Un grupo sostiene que las velocidades son de 3 m.m./año y otro 10-20 m.m./año o más (Gordon, 1995); sin embargo, muchos investigadores todavía creen que ciertos centros volcánicos están lo suficientemente fijos para servir como marco de referencia válido. Si el movimiento de placas a gran escala es un mito, los senderos de puntos calientes no tienen nada que ver con las placas que se mueven sobre ellos y deben tener otras causas, como por ejemplo la propagación de grietas.

 

Steinberger y Torsvik (2008) estudiaron el movimiento y la rotación continental derivados paleomagnéticamente durante los últimos 320 m.a., e identificaron un movimiento constante hacia el norte y rotaciones en sentido horario-antihorario durante ciertos intervalos de tiempo que interpretaron como evidencia de TPW. Encontraron ~18° de giro en sentido antihorario hace aproximadamente 250-220 m.a., la misma cantidad de viraje en sentido horario a 195-145 m.a., ~10° de rotación en modo horario hace 145-135 m.a., y el mismo grado de ese fenómeno en sentido antihorario hace 110-100 m.a. La rotación neta general durante este período fue casi cero y señalaron que algunos movimientos continentales no se ajustaban a este escenario, pero lo atribuyeron a datos paleomagnéticos deficientes. Consideraron poco probable que la deriva constante hacia el norte represente TPW pues las tasas de éste se hallan en el orden de 0,45-0,8°/m.a., pero el TPW acumulativo desde el Carbonífero tardío es cercano a cero debido a episodios de TPW en sentido horario y antihorario centrados en 0° N y 11° E (Torsvik et al., 2012/nota bene: 1°≈ 110 kms.).

 

La figura 5.4 muestra la ruta de TPW episódica basada en puntos calientes de acuerdo con Besse y Courtillot (2002) quienes descubrieron períodos de (cuasi) estado de reposo alternando con períodos de TPW más rápidos. El camino muestra una parada hace 160-130 m.a., una pista cuasi-circular a 130 a 70 m.a. (30 kms./m.a.), otro reposo hace 50-10 m.a. y luego un avance más rápido hasta el presente (100 kms./m.a.). En contraste y utilizando una "base de datos paleomagnética rigurosamente seleccionada", Prévot et al. (2000) descubrieron que durante los últimos 200 millones de años hubo dos largos períodos de estacionamiento estricto desde el presente hasta 80 m.a. y de aproximadamente 150 a 200 m.a., y un sólo intervalo de TPW entre 80 hasta hace unos 150 m.a. (atribuido a "hiperactividad de las plumas del manto"; véase figura 5.5). El último lapso culminó cerca de 110 m.a. atrás en un brusco desplazamiento polar de 20°, durante el cual se pudo alcanzar una velocidad superior a 5°/m.a. (0,5 mts./año). Cambiotti et al. (2011), por otro lado, dicen que desde principios del Terciario (50-60 m.a.) el polo se ha movido aproximadamente 4-9º hacia Groenlandia y no obtienen un período de (cuasi) estacionamiento a 10-50 m.a. u 0-80 m.a.

 

Fig. 5.4. Trayectoria de migración polar verdadera basada en puntos calientes durante los últimos 200 m.a., con elipses asociadas de confianza del 95% (Besse y Courtillot, 2002; Besse et al., 2011, fig. 3; reimpreso con permiso de Springer Science + Business Media BV).

 

Fig. 5.5. Posiciones polares promediadas en el tiempo y círculos de confianza del 95% con respecto al marco de referencia para puntos calientes del Indo-Atlántico durante cuatro períodos consecutivos. Los símbolos rellenos corresponden a un modelo de campo dipolar puro y los vacíos a un patrón de campo dipolo + cuadrupolo (Prévot et al., 2000, fig. 2a).

 

En contraste con la afirmación de Prévot et al. (2000) de que se produjo un TPW rápido de hasta 0,5 mts./año durante el Cretácico, por lo común las estimaciones para las tasas de TPW mesozoico y cenozoico a largo plazo son de aproximadamente 1-5 cms./año, donde la migración polar se balancea adelante y atrás a lo largo de 130º y 310º E (por ejemplo, Besse y Courtillot, 1991). Sin embargo, otros especialistas también han propuesto estallidos rápidos de TPW; Van der Voo (1994) encontró tasas de 70-110 kms./año en ciertos intervalos del Paleozoico medio. Kirschvink et al. (1997), Evans (2003), Raub et al. (2007) y Piper (2006) discutieron la posibilidad de que la Tierra haya permutado en forma catastrófica dos de sus ejes principales de inercia (migración polar verdadera por intercambio inercial o IITPW), es decir, que toda la litosfera y el manto pueden haber rotado hasta 90º en sólo unos pocos millones de años, pero la mayoría de tectonistas cree que la evidencia de eventos súper-rápidos no es convincente.

 

Kirschvink et al. (1997) especularon que un TPW de aproximadamente 90º ocurrió de 535 a 520 m.a. (525 a 508 m.a. según Evans, 2003) en tasas superiores a 600 kms./año durante el Cámbrico temprano al medio, como resultado de una importante reorganización de placas tectónicas. Torsvik et al. respondieron que el análisis de un conjunto más completo de información paleomagnética es consistente con el "método convencional en la tectónica de placas"; Kirschvink y sus colegas de trabajo declararon que su conclusión se basa en "un subconjunto más confiable de datos" señalando que la hipótesis TPW explica claramente muchas características en el registro geológico del Cámbrico inicial (Torsvik et al., 1998). Tsai y Stevenson (2007) rechazaron el escenario TPW de Kirschvink et al. como inverosímil porque requeriría una viscosidad mantélica improbablemente baja (no superior a 7 x 10²¹ Pa·s). Piper (2006) abogó por el intercambio inercial de 90° en el TPW entre 410 y 390 m.a. en el Devónico (4,5°/m.a.), "relacionado de modo más plausible con la avalancha de largas losas litosféricas en el manto inferior". De acuerdo con Torsvik et al. (2012, p. 362) "esta afirmación cautivadora no está justificada por datos paleomagnéticos".

 

Fig. 5.6. Ruta de migración polar aparente desde el Proterozoico terminal al Paleozoico tardío para Gondwana (Evans, 2003, fig. 3). Evans (2003) y Raub et al. (2007) interpretaron las rotaciones APW oscilatorias como TPW sobre un eje común, de larga duración y mínima inercia (I-min) cercano al este de Australia.

 

Las estimaciones tectonistas sobre migración polar verdadera son claramente muy inconsistentes. No son más confiables que los datos paleomagnéticos seleccionados y los supuestos tectonistas en que se basan. Si es incorrecta la explicación de datos paleomagnéticos principalmente en términos de movimientos de placas a gran escala, también es probable que sean erróneas las hipótesis de migración polar presentadas para interpretar las características restantes de los datos.