VI.PALEOMAGNETISMO, DERIVA CONTINENTAL Y TECTÓNICA DE PLACAS
J. URRUTIA FUCUGAUCHI*
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LOS ESTUDIOS en ciencias de la Tierra están caracterizados frecuentemente
por el misterio y la sorpresa. Muchas de las hipótesis consideradas en las
investigaciones resultan tan fascinantes como las leyendas de la Antigüedad.
Entre ellas, se tienen los estudios paleoclimáticos, que revelan que existieron
grandes cambios climáticos con la Tierra cubierta de hielo como en las épocas
glaciares de hace unos miles de años o una Tierra sin casquetes polares y
un clima cálido y uniforme como en la época hacia el fin de la era de los
dinosaurios. Hace unos cien millones de años, no sólo había muchos otros organismos
distintos habitando el planeta, como los dinosaurios, que disfrutaban de un
clima diferente, sino que además su mundo era distinto. La distribución de
océanos y continentes era muy diferente a la que podemos observar en nuestros
mapas actuales y que nos es tan familiar. Viajando más hacia el pasado, la
geografía nos enseñaría que el proceso de cambio es la pauta dominante en
nuestro planeta. Hace unos 280 millones de años, los continentes se encontraban
unidos en un supercontinente ahora conocido como Pangea y un superocéano que
lo rodeaba. La historia del rompimiento de este supercontinente, los movimientos
de separación y formación de nuevos océanos, forma parte de la teoría de la
deriva continental. Una de las formas más importantes en que estos movimientos
han podido documentarse es por medio de los estudios paleomagnéticos. En el
paleomagnetismo se hace uso de una "memoria" magnética de las rocas que permite
aprovechar al campo magnético terrestre como un sistema de orientación. Estos
estudios han permitido recientemente el desarrollo de la teoría de la tectónica
de placas, en la cual se basa la hipótesis de que las capas exteriores del
planeta, o la litosfera, está dividida en grandes porciones o placas que están
en movimiento relativo. Como resultado de estos movimientos se tienen la generación
de temblores, la actividad volcánica, la formación de montañas y la deriva
de los continentes. Los estudios paleomagnéticos han permitido aun hacer inferencias
o predicciones sobre los movimientos de placas en el futuro y visualizar una
geografía cambiante en los millones de años por venir, tan cambiante como
en los millones de años del pasado geológico. Con ello, los estudios geofísicos
de nuestros días se asemejan en ocasiones a las antiguas profecías de sibilas
u oráculos. En las siguientes líneas, en una forma muy resumida, se comentan
algunos de los aspectos de los estudios paleomagnéticos relacionados con la
deriva continental y la tectónica de placas.
Una de las formas más sencillas de orientarse, usada comúnmente por marineros, exploradores, topógrafos, geólogos, oceanógrafos, etc., es aquella que aprovecha el campo magnético terrestre por medio de la brújula. El campo magnético terrestre se aproxima al campo producido por un dipolo magnético situado en el centro de la Tierra (Figura 39). Cualquier cuerpo magnetizado dejado en libertad de movimiento dentro de este campo tenderá a orientar sus respectivos polos magnéticos en la forma ilustrada en la figura. De esta manera, es posible conocer la dirección en la cual se encuentra el polo geomagnético en cualquier lugar de la superficie terrestre. En un punto dado, el campo magnético puede expresarse en función de tres parámetros (figura 40): dos definiendo la dirección, declinación (medida positiva al este del norte geográfico) e inclinación (medida positiva hacia abajo de la horizontal) y uno definiendo la intensidad.
Figura 39. Representación esquemática del campo magnético terrestre. Se muestra la comparación de las direcciones de dos campos magnéticos para un dipolo geocéntrico axial (campo adoptado para el cálculo de polos paralelomagnéticos) y un dipolo geocéntrico inclinado con el campo magnético observado para el año 1945.
Figura 40. Componentes del vector representativo del campo magnético
terrestre.
La inclinación, como se puede observar, varía con la latitud, desde horizontal cerca del ecuador hasta vertical cerca de los polos. Ello proporciona una forma de estimar la latitud de un punto dado y de posibles movimientos relativos entre dos puntos cualesquiera. Imaginemos que nos encontráramos en un lugar cuya latitud desconociéramos; si determinamos la inclinación magnética y conocemos las variaciones del campo magnético, podríamos estimar la latitud. Ahora, si nos trasladáramos a otro lugar y en él determinamos la inclinación, su comparación con el valor determinado previamente nos permitiría estimar el cambio relativo en latitud. Estas propiedades del campo magnético pueden ser utilizadas en un gran número de problemas geológicos y geofísicos. Por ejemplo, imaginemos que una parte de México, digamos la península de Baja California, experimenta por alguna causa un movimiento hacia el norte, o bien el Golfo se ensancha, con un mayor crecimiento en la boca del mismo, mientras que la península continúa unida al resto del continente (Figura 41). Simples mediciones de cambios en inclinación y declinación nos ayudarían a estudiar y cuantificar estos movimientos.
Ahora bien, supongamos que movimientos de este tipo y más complejos han ocurrido
en el pasado, digamos hace varios millones de años, ¿podría nuestro método
ayudar a estudiarlos y cuantificarlos? En principio podemos decir que sí se
podría, siempre y cuando el campo magnético hubiese existido en el pasado
y presentado características similares a las observadas actualmente. Además
si ello se cumpliese, tendríamos el problema de quién podría ir al pasado
y tomar las medidas necesarias para nuestro estudio. El problema aparenta
no tener fácil solución ya que los registros escritos sólo cubren los últimos
miles de años. Los chinos (y quizá los olmecas y mayas), al parecer, ya conocían
las propiedades de la magnetita (imán natural) desde quizá el segundo
siglo antes de Cristo y conocían la existencia y algunas características del
campo magnético. Así es que el campo magnético ya se conocía en aquellos tiempos,
aunque mediciones sistemáticas del mismo no comenzaron hasta hace relativamente
poco tiempo. Afortunadamente, aunque no se cuenta con evidencia de esta clase
sobre la existencia del campo magnético en el pasado geológico, ni sobre sus
características, ni se puede enviar a alguien a tomar mediciones, en la naturaleza
ocurren ciertos procesos capaces de registrar la dirección e intensidad de
un campo magnético. Por ejemplo, durante una erupción volcánica el magma sale
del volcán a elevadas temperaturas, alrededor de unos 1 200°C; al comenzar
a enfriarse diversos minerales cristalizan, entre ellos, los óxidos de fierro
y titanio, los cuales tienen propiedades magnéticas. Una vez formados, y a
temperaturas inferiores al punto de Curie, estos minerales adquieren una magnetización
proporcional al campo magnético ambiental en ese momento; al continuar descendiendo
la temperatura del magma esta magnetización se "congela", es decir, se convierte
en una propiedad de la roca, capaz de existir en forma independiente del campo
magnético que la indujo. Esta magnetización se conoce como magnetización remanente
térmica (MRT). Porciones de roca se comportan entonces como débiles
imanes, cuyas direcciones de magnetización son paralelas a la dirección del
campo magnético. Estudiar estas direcciones es equivalente a tomar una medición
con brújula. El emplazamiento de rocas ígneas extrusivas e intrusivas ha sido
un fenómeno común en la historia de la Tierra, de aquí que sea factible estudiar
sus magnetizaciones remanentes para obtener información sobre el campo magnético
terrestre para diversos periodos.
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Figura 41. Ejemplos de movimientos relativos con (a)
cambios en latitud y (b) cambios en orientación relativa. En
el primer caso se tienen cambios principalmente en inclinación (I) y en
el segundo en declinación (D).
Además de este mecanismo para generar magnetizaciones remanentes en rocas
ígneas, se conocen muchos otros que actúan en estas y otras clases de rocas.
Así, en el caso de rocas sedimentarias, al tiempo de depositación las partículas
de minerales magnéticos tienden a orientarse en la dirección del campo magnético
local, dando lugar a una magnetización remanente detrital (MRD).
En el caso de procesos químicos que impliquen cambios de volumen y composición
de los minerales magnéticos, se puede tener una magnetización remanente química
(MRQ). A las magnetizaciones adquiridas cuando se forma una roca
se les conoce como magnetizaciones remanentes primarias (MRP).
Además de éstas, se pueden tener otras magnetizaciones adquiridas después
de la formación de la roca, las cuales son consideradas secundarias (MRS).
Dentro de éstas se tienen la magnetización remanente viscosa (MRV),
generada por la exposición a un campo magnético por largos periodos
de tiempo; la magnetización remanente isotérmica (MRI), adquirida
por la acción de campos magnéticos fuertes a bajas temperaturas, (por ejemplo,
debido a la acción de un rayo); y la magnetización remanente anistérica
(MRA), la cual se genera por la acción de dos campos magnéticos, uno
de polaridad constante y otro de polaridad alterna y de intensidad decreciente.
En una roca dada, puede ocurrir que varias de estas magnetizaciones estén
coexistiendo y la magnetización resultante sea la suma vectorial de las varias
magnetizaciones, la cual se conoce como magnetización remanente natural (MRN).
Tanto las MRP como las MRS proporcionan, información
sobre el campo magnético, siempre y cuando éstas puedan ser identificadas
y las edades de adquisición de todas ellas sean conocidas.
Figura 42. Ejemplo de desmagnetización por campos magnéticos alternos
decrecientes de dos muestras de roca. En la parte superior se representan
los cambios de dirección en una proyección estereográfica. La declinación
se mide de 0° a 180° al este (E) o al oeste (W), a lo largo de la
circunferencia externa. La inclinación se mide de 0° a 90° de la periferia
al centro de la proyección. Inclinaciones positivas ( hacia abajo de la horizontal)
y negativas (hacia arriba de la horizontal) se representan con símbolos llenos
y vacíos, respectivamente. Los valores de la muestra MF1.2.1 para el punto
inicial (marcado con N) son: Declinación = 175° E, e Inclinación = 8°
. En la parte inferior se representan los cambios en intensidad de la magnetización
normalizados con respecto al valor inicial (J0). El campo magnético
alterno decreciente aplicado en cada caso está indicado en el eje horizontal
(en Oersteds). Las muestras fueron colectadas cerca del poblado de Jonacatepec,
Morelos y pertenecen al Grupo Volcánico Tepexco de edad Miocena.
Gran parte del trabajo de laboratorio se dedica a la medición e identificación
de las componentes vectoriales del MRN. Para ello se emplean
diversas técnicas, conocidas como técnicas de desmagnetización o de análisis
de estabilidad; las más usadas son: desmagnetización por campos magnéticos
alternos decrecientes (cmad), en la cual las muestras de roca que se van a
estudiar se someten a la acción de cmad, cuya intensidad se va aumentando
progresivamente (Figura 42); desmagnetización por altas temperaturas, en la
cual las muestras se sujetan a diversas temperaturas a partir de la temperatura
ambiental hasta unos 700°C (Figura 43); y desmagnetización por medios
químicos, en la cual las muestras se sujetan a un tratamiento con ácido clorhídrico,
incrementando el tiempo de inmersión de las muestras en el ácido (Figura 44).
Además de estos análisis, las muestras son sujetas a otros estudios con el
fin de determinar la clase y propiedades de los minerales magnéticos responsables
de la MRN, así como determinar otras características de las muestras
que podrían afectar la adquisición de las magnetizaciones.
Las rocas no se magnetizan de una forma uniforme, sino que tienen generalmente
pequeñas diferencias debidas a heterogeneidades en la composición mineralógica
o variaciones en las condiciones ambientales al tiempo de formación de la
roca o posteriores. Además, a estos factores tenemos que añadir errores asociados
con la recolección de muestras y medición en el laboratorio. Debido a esto,
es necesario analizar un número de muestras (un mínimo de tres muestras por
unidad) y emplear métodos estadísticos para estimar los valores de declinación,
inclinación e intensidad de las diversas componentes del MRN. Para
la aplicación de los métodos estadísticos es frecuente utilizar diagramas
vectoriales o proyecciones estereográficas (como las presentadas en las figuras
42, 43 y 44), las cuales permiten una ayuda visual para analizar y comparar
los resultados. Por último, cabe mencionar que a cada dirección o grupo de
direcciones es posible calcular el correspondiente polo magnético (Figura
39), lo cual es útil para comparar resultados obtenidos de puntos distantes
entre si.
Figura 43. Ejemplo de desmagnetización por altas temperaturas de tres
muestras de roca. Los signos y convenciones son iguales a los descritos en
la figura 42. Puede observarse que dos de las muestras (JG3.1 y JG4.2.1.)
presentan pocos movimientos en dirección con la desmagnetización, lo cual
sugiere que el MRN de estas muestras tiene una componente dominante,(MRT)
con la adición de otras componentes de magnitud reducida (MRVS).En
el caso de la muestra JG6.1.2, se tiene un cambio sistemático de la dirección,
la cual se asocia a dos componentes dominantes (MRTS) adquiridas
a tiempos distintos durante el enfriamiento en la roca. La dirección del campo
magnético terrestre en la zona tiene polaridad normal para direcciones cercanas
a las presentadas por JG3.1 y JG4.2.1, y polaridad reversa para direcciones
como las presentadas por MFT1.2.1 y MF2.1.2 (Figura 44), por lo que la muestra
JG6.1.2 presenta una componente normal (destruida en el tratamiento) y una
componente reversa. Las muestras son de un cuerpo ígneo intrusivo de
la misma zona (Figura 42).
Figura 44. Ejemplo de desmagnetización por medios químicos (inmersión
en ácido clorhídrico). El tiempo de inmersión está indicado en horas en el
eje horizontal del diagrama inferior. Las muestras son rocas sedimentarias
de una localidad en Acatlán, estado de Puebla .
Figura 45. Escala de polaridad del campo magnético terrestre en los
últimos tres millones de años.
Estudios del campo magnético terrestre con observaciones directas tomadas durante los últimos cientos de años y con mediciones paleomagnéticas en rocas y materiales arqueológicos de diversas edades, han permitido determinar que las características de este campo varían en el tiempo. Las variaciones observadas van desde aquellas de baja magnitud y periodo corto (segundos), hasta variaciones mayores y con periodos largos (millones de años). Mediciones paleomagnéticas efectuadas a principios de siglo en rocas de diversas edades, indicaron la presencia de magnetizaciones anómalas, las cuales presentaban una polaridad opuesta a la actual, es decir, que la posición polar correspondiente presentaba un polo sur en donde se tiene actualmente el polo norte y viceversa. El investigador japonés M. Matuyama sugirió en 1906 que estas magnetizaciones, conocidas como reversas, habían sido creadas en un tiempo en el que el campo magnético terrestre tenía polaridad reversa. Esta hipótesis fue ignorada por los colegas científicos de Matuyama, y este profesor finalmente abandonó sus investigaciones y se dedicó al teatro No (una modalidad del teatro japonés). Pasaron muchos años, hasta que a fines de la década de los cincuentas, la evidencia en favor de la hipótesis de Matuyama se volvió contundente y pasó por fin a ser aceptada.
Figura 46. Curvas de desplazamiento polar aparente en América del Sur y África.
Figura 47. Reconstrucción paleográfica del antiguo continente Gondwana, el cual agrupaba a las actuales zonas continentales del hemisferio sur.
Figura 48. Curvas de desplazamiento polar aparente determinadas para México
y Norteamérica. Los números representan millones de años antes del presente;
los círculos son datos de Canadá y EUA y las cruces son de México.
Durante los años siguientes se descubrió que los cambios de polaridad del campo magnético terrestre han sido frecuentes a lo largo de la historia (Figura 45).
A principios de los cincuentas, un grupo de investigadores ingleses (entre ellos K. M. Creer, E. Irving y S. K.Runcorn), mostró que los datos paleomagnéticos para periodos anteriores al terciario (edades anteriores a unos 80 millones de años) divergían considerablemente de las características del campo actual, indicando diversas posiciones polares en algunas ocasiones cercanas al ecuador. Con las posiciones de los polos magnéticos terrestres para tiempos dados, se construyeron curvas de Desplazamiento Polar Aparente (DPA) que mostraban el movimiento del polo mágnético en el tiempo con respecto a las coordenadas geográficas actuales. Además, se observó que las curvas DPA correspondientes a distintos continentes divergían entre sí, presentando una aparente discrepancia ya que indicaban la existencia de más de un polo para un tiempo dado. Los investigadores ingleses sugirieron que estos resultados implicaban la ocurrencia de largos desplazamientos horizontales de las diferentes masas continentales, lo que apoyaba la teoría de deriva continental propuesta a principios de siglo. En la figura 46 se muestra un ejemplo con las curvas de desplazamiento polar aparente para Sudamérica y Australia, donde puede observarse que las curvas divergen, y en la figura 47 se muestra una reconstrucción paleográfica de los continentes del hemisferio sur, lograda simplemente con superponer las curvas de desplazamiento polar aparente correspondientes a Sudamérica, África, Madagascar, India, Australia y Antártica.
Los resultados paleomagnéticos para varias partes de México se muestran en la figura 48; con fines de comparación, en ella se incluyen también los datos correspondientes a Norteamérica. Podemos observar que las dos curvas muestran tendencias similares, con algunas diferencias en ciertos periodos, y que a partir del Jurásico temprano (hace unos 150 millones de años) las dos curvas comienzan a separarse significativamente. Ello nos indica que antes del Jurásico temprano, México se encontraba separado de Norteamérica y que en tiempos posteriores, México experimentó movimientos tectónicos relativos a Norteamérica, aunque guardando una posición en latitud muy similar a la actual. En la figura 49 se muestra una interpretación de los tiempos en que diversas partes de Sudamérica se unieron al continente.
El estudio de las posiciones pasadas y movimientos relativos de los bloques continentales es de gran importancia en un gran número de problemas, además de su importancia por el simple hecho de conocerlos. Por ejemplo, podemos, mencionar la exploración de minerales y energéticos. En el caso de los hidrocarburos (petróleo y gas) se ha observado que un clima cálido y ciertas condiciones ambientales, comúnmente encontradas en zonas cercanas al ecuador, son favorables a su formación. Por lo tanto, el poder determinar si una zona se encontró en algún tiempo cerca del ecuador tiene un gran valor. Con base en la figura 48 se pueden calcular los cambios de latitud (paleolatitud) de las zonas de Poza Rica, Veracruz y Teapa, Tabasco, donde se localizan algunas de las zonas productoras de hidrocarburos más importantes del país. De ello se ha podido observar que durante los últimos 200 millones de años, estas zonas han permanecido relativamente cerca del ecuador.
Figura 49. Posición relativa de América del Sur durante la era Mesozoica.
Durante ese tiempo, las diversas partes de México y América Central se encontraban
localizadas en diferentes posiciones, posiblemente hacia el Océano Pacífico.
A forma de conclusión, cabe mencionar que el paleomagnetismo es una parte de las Ciencias de la Tierra con una investigación muy activa y como tal, en proceso de cambio. Es de esperarse que una parte considerable de sus aplicaciones y logros esté aún por desarrollarse, por lo que tiene un gran porvenir a corto y largo plazo.