II. ANTECEDENTES CIENTÍFICOS

EN LAPSOS históricos de estancamiento u oscurantismo del conocimiento, se han gestado grandes ideas del pensamiento a veces encontradas. Por ejemplo, durante el periodo de 1775 a 1825, fueron muy discutidas las teorías del neptunismo y del plutonismo. Con la primera, Abraham G. Werner, en 1787, defendía que las rocas volcánicas de la litosfera se debían a la acción del agua (Neptuno, dios del mar); la segunda teoría, propuesta por J. Hutton (1726-1797) aseguraba que estas mismas rocas eran el producto exhumado del enfriamiento del magma proveniente del interior de la Tierra a través de volcanes.

Al mismo tiempo se debatían otras dos teorías, la del catastrofismo y la del uniformitarismo. La catastrofista, defendida tenazmente por G. Cuvier (1769-1832), explicaba que la conformación actual de nuestro planeta era el resultado de cambios súbitos, movimientos violentos y de corto periodo que acontecían en la litosfera a nivel mundial. Estos movimientos catastróficos eran de tal magnitud que debido a ellos ciertas especies de flora y fauna desaparecían súbitamente para dar lugar al surgimiento de otras especies orgánicas totalmente diferentes a las que les antecedían. En estos conceptos se basa la teoría de las creaciones sucesivas.

Otros naturalistas observaban que, por lo general, se encontraban formas biológicas con características intermedias entre los grupos más antiguos y los más jóvenes, formas que, aparentemente, representaban los eslabones en la evolución de las formas orgánicas más primitivas hacia las más recientes, por lo que no aceptaban la idea del catastrofismo biológico. Estas ideas fueron defendidas por J. B. Lamarck (1774-1829) y St.Hilaire (1772-1894), y posteriormente fundamentadas biológicamente por Charles Darwin (1809-1882). Como sabemos, después de un siglo de haber propuesto su idea sobre el origen de las especies y su evolución natural, la teoría del naturalista inglés aún es tema de fuerte controversia.

En contraste con la teoría del catastrofismo, existía otra, la del uniformitarismo, que tenía como principio que "El presente es la clave del pasado". Propuesta por James Hutton entre 1785 y 1788, y denominada uniformitarismo por Charles Lyell en 1830, propone que los cambios fisiográficos y estructurales de la Tierra se deben a procesos geológicos gobernados por leyes fisicoquímicas que actúan en forma permamente y no catastrófica. Sin embargo, la teoría no niega los movimientos sísmicos ni los volcánicos, entre otros fenómenos que ocurren en forma súbita y catastrófica, pero los explica como el reflejo de inestabilidades corticales locales, resultado de movimientos regionales y aun mundiales.

Como veremos más adelante, las teorías sobre el desarrollo y la conformación de la Tierra, por un lado, y sobre el origen y evolución de la vida, por el otro, dieron como consecuencia la concepción de otras dos teorías: la fijista y la movilista, no menos discutidas e igualmente importantes para la comprensión de nuestro planeta.

La teoría fijista afirma que la distribución geográfica de los grandes bloques continentales y la evolución geológica de éstos han estado gobernadas por esfuerzos verticales de la corteza terrestre, y que los movimientos horizontales de las grandes cadenas montañosas son consecuencia de los primeros. A mediados del siglo pasado, los geólogos W. B. Rogers y H. D. Rogers determinaron que los sistemas montañosos de los Montes Apalaches, en la porción oriental de Estados Unidos, estaban formados por secuencias de sedimentos de varios kilómetros de espesor que se depositaron originalmente en un ambiente marino de aguas someras. James-Hall sugirió en 1859 que esa porción oriental de Estados Unidos se había hundido paulatinamente hasta conformar una fosa y que, posteriormente, por esfuerzos compresionales, los sedimentos contenidos en ella se plegaron y se rompieron, dando lugar a la formación de la Cordillera de los Apalaches (Figura 1).

Esta idea complementaba la de los Rogers, al afirmar que la corteza terrestre se hundía a la misma velocidad con que se depositaban los sedimentos, de tal suerte que el ambiente sedimentario marino siempre fue el mismo durante un tiempo geológico considerable; además, este ambiente de depósito se formó en una franja angosta, paralela al borde continental, en forma de prisma en donde se habían depositado sedimentos similares con un espesor de 15 km. Las franjas angostas de este tipo, elongadas con secuencias gruesas de sedimentos repetitivos, fueron denominadas geosinclinales por J. D. Dana en 1873.

El concepto de geosinclinal propuesto por Dana causó una verdadera revolución en la comunidad científica de aquella época; tan es así que durante el presente siglo se han presentado diversas variantes, manejadas por los investigadores bajo criterios completamente distintos: tectónicos, petrológicos o estratigráficos. J. Aubouin, en 1965, sintetizó las diferentes concepciones y caracterizaciones sobre el modelado del geosinclinal propuestas por M. Stille (1935-1940), M. Kay (1951), W. C. Krumbein y L. L. Sloss (1963) y P. C. Badgley (1965).

P. J. Wyllie, en 1971, clasificó los geosinclinales según su secuencia sedimentaria, y las rocas ígneas asociadas, en diversas provincias geográficas: Atlántico, Arco Islándico y Mar de Japón.

La controversia científica fundamental no fue en sí la discusión sobre la presencia o ausencia del prisma sedimentario, emplazado en una cuenca elongada denominada geosinclinal, puesto que geomorfológicamente estos rasgos tectono-estratigráficos existen, sino que el conflicto científico se suscitó al tratar de explicar los mecanismos geodinámicos de su formación y evolución dentro del contexto de la nueva tectónica global.

Figura 1. La evolución geológica del Océano Atlántico es el resultado de la separación de los continentes africano y americano, en forma intermitente. Durante el Precámbrico, hace más de 570 millones de años (m. a.), el continente africano se separó del americano (a). La separación continuó y dio origen al protoatlántico (b). Entre el Carbonífero y el Pérmico (350-286 m. a.), la corteza oceánica fue asimilada por el bloque continental de América y se acercaron los dos continentes (c). En el Permo-Triásico (250-225 m. a.), los dos continentes se impactaron y se formó la cordillera de los Apalaches (d). Del Jurásico al Reciente (180 m. a. a la actualidad), los dos continentes se separan para dar lugar al actual Océano Atlántico (e).

Las interpretaciones simples sobre los movimientos de la corteza terrestre fueron inadecuadas y obsoletas en la medida en que el conocimiento científico se enriquecía en forma multidisciplinaria e interdisciplinaria con la obtención de nuevos datos, o bien cuando la información previa se organizaba y reinterpretaba de acuerdo con los criterios del avance científico de la época. En ambos casos se manifestaba la necesidad de intensificar los estudios de geología y de las ciencias auxiliares dentro de una concepción más ambiciosa, que involucrara los procesos geológicos en forma dinámica. Una gran cantidad de información la generaron la geofísica y la geología marinas.

Tomando como base estas nuevas inquietudes se revivieron y reconsideraron los postulados propuestos por Alfred Wegener en 1915, en su libro El origen de los continentes y de los océanos, en el que el autor propone que los sistemas montañosos son consecuencia de la migración lateral que han sufrido los continentes a través de la historia geológica del planeta, mecanismo que Wegener denominó deriva continental (Figura 2).

Esta teoría es opuesta a la que propusieron los fijistas o inmovilistas, mencionada en párrafos anteriores, la cual sostiene que los continentes han permanecido prácticamente en la misma situación geográfica durante toda la historia de la Tierra.

El concepto sobre la movilidad de los continentes no es original de Alfred Wegener, ya que la idea surgió cuando los naturalistas del siglo XVII observaron que la costa occidental de África podría ensamblarse con la porción oriental de América del Sur, tal como lo sugirieron E. Bacon en 1620 y posteriormente A. Snider-Pelligrini entre 1857 y 1858. El primero no dio ninguna explicación científica, fuera de la correspondencia geométrica de ambas costas. En cambio el segundo colectó una serie de plantas fósiles en rocas del Paleozoico, en Europa y en la parte oriental de Estados Unidos, para demostrar la correspondencia de los depósitos rocosos. Snider fue uno de los primeros naturalistas que elaboraron un esquema global del ensamble entre los continentes (Figura 3).

Además de la idea de la separación de masas continentales, existía otra, de afinidad inmovilista, que explicaba que la aparente correspondencia litoral de los continentes de África y de América del Sur se debía a que el Océano Atlántico era un gran valle fluvial que se inundó durante el Diluvio Universal (F. Placet, 1658). Esta misma idea prevaleció durante dos siglos, y hasta Alexander von Humboldt, brillante científico alemán, la aceptaba.

Figura 2. El científico alemán Alfred Wegener, en su obra de 1915 El origen de los continentes y de los océanos, concibió la idea de un solo continente circundado por el Mar de Tethys. Las zonas con puntos son corteza continental, inundada por mares someros; las zonas negras son el continente expuesto. Panthalasa era el antiguo Océano Pacífico (m. a. = millones de años).

Figura 3. a) Francis Bacon en 1620 y, dos siglos y medio más tarde, F. Snider P. ya habían concebido la idea del ensamble de los continentes con base en la configuración de sus bordes y en el contenido de plantas fósiles en las rocas. b) En modelos como éste son contemporáneos y no difieren grandemente de aquellos propuestos en siglos pasados. Su diferencia estriba en que ahora toman en consideración factores tales como cadenas montañosas, secuencias estratigráficas, contenido fósil, edades radiométricas y anomalías magnéticas, entre otros.

La movilidad de los continentes también fue considerada factible por George Darwin —hijo del eminente científico inglés Charles Darwin— quien junto con O. Fisher explicaba su teoría invocando el desprendimiento de un fragmento de la Tierra que dio origen a nuestro satélite, la Luna, y generó así la gran depresión del Océano Pacífico.

El conocimiento formal sobre el desplazamiento de las masas continentales con apoyo de datos científicos surgió a principios de este siglo con H. B. Barker, F. B. Taylor y Alfred Wegener. Los dos primeros científicos ensamblaron las masas continentales tomando en cuenta la continuidad de las cadenas montañosas de los continentes: americano, europeo, africano y australiano (Figura 4). Por otro lado, Alfred Wegener, entre 1912 y 1915, colectó muestras de restos fósiles, midió estructuras geológicas e hizo estudios petrográficos y estratigráficos en ambos lados del Océano Atlántico. En ellos comprobó la afinidad y correspondencia de las secuencias rocosas depositadas hace 400 000 000 de años en un supercontinente único de edad paleozoica, al que denominó Pangea (Figuras 5 a 7).

De acuerdo con el científico alemán Alfred Wegener, Pangea empezó a fracturarse hace unos 200 000 000 de años, los fragmentos resultantes se separaron entre sí debido a las fuerzas generadas por la rotación de la Tierra, migrando algunos segmentos hacia el oeste mientras, a causa de la fuerza de las mareas, otros se desplazaban hacia el oriente. Wegener sostenía que conforme los continentes migraban hacia el oriente (Norte y Sudamérica), su borde frontal encontraba resistencia en su camino, provocándose una compresión y plegamiento que debía ir formando sistemas montañosos en el borde occidental del continente americano.

Esta hipótesis sobre los procesos que causaron la deriva continental propuesta por Wegener no fue aceptada por la comunidad científica de su tiempo, esencialmente por ser insostenible por las leyes físicas. Además de que, geológicamente, las cordilleras montañosas a lo largo del borde occidental del continente americano tienen edades anteriores al rompimiento del megacontinente. No obstante la gran controversia que suscitó la hipótesis de A. Wegener, los científicos sí aceptaron la validez de sus observaciones y conclusiones de ambos lados del Atlántico sur.

Figura 4. Ensamble de los fragmentos continentales con base en la continuidad de las cadenas montañosas de más de 260 m. a. (alineaciones con líneas discontinuas), y de los escudos del Precámbrico de más de 1 700 m. a. (zonas negras). Edward Bullard, en 1969, reconstruyó el megacontinente tomando en cuenta el traslape y los espacios mínimos de los bordes continentales.

Figura 5. El megacontinente Pangea hace 200 m. a.

Más tarde, el geólogo Arthur Holmes, apoyado fervientemente por su contemporáneo, el geofísico F. A. Vening Meinesz, propuso entre 1927 y 1929 que un posible mecanismo dinámico para explicar el gran movimiento de masas continentales podría deberse a corrientes convectivas generadas en las rocas fundidas del manto superior, que es la zona situada en la base de la litosfera. Las corrientes de convección son debidas a la transmisión de calor en las rocas, producida por energía radiactiva de las mismas. Esto es, las zonas térmicamente más activas tienden a proyectarse hacia la superficie de la litosfera, en donde se enfrían y posteriormente vuelven a descender.

Figura 6. El megacontinente Pangea en proceso de deriva durante el Jurásico, hace 180 m. a. El hemisferio norte es Laurasia y el sur Gondwana. Ambos hemisferios fueron separados por el Mar de Tethys.

Las corrientes de convección propuestas por A. Holmes se confirman con el descubrimiento de las dorsales oceánicas, en cuyas crestas la emanación de energía es, hoy en día, de magnitud considerable. Éstas se forman debido a fallas y fracturas en separación, generadas por la inyección de la corriente convectiva en la superficie de la litosfera. Las corrientes descienden hacia el manto en las fosas oceánicas, adyacentes al continente, por lo que la idea propuesta por Arthur Holmes como un posible mecanismo geodinámico en el movimiento de las masas de corteza continental fue adquiriendo popularidad y cada vez mayor aceptación en estas últimas décadas.

Con las evidencias geológicas y geofísicas que indican el gran dinamismo que está ocurriendo en la Tierra, se inició la década de los sesenta. Este periodo es de gran trascendencia científica, puesto que casi simultáneamente dos científicos estadunidenses construían una nueva idea acerca del origen de la movilidad de las masas continentales, Harry H. Hess, de la Universidad de Princeton, y Robert S. Dietz, de la U. S. Coast and Geodetic Survey. En forma independiente ambos interpretaron que los fondos oceánicos se están renovando continuamente a través de grandes fracturas conocidas como cordilleras oceánicas, por donde se expulsa el magma que proviene de la astenosfera y que se enfría al contacto con el agua oceánica. El fondo del océano se desplaza, a la vez, lateralmente, llevando consigo los sedimentos y las masas continentales en forma de grandes placas, en cuya unión aparecen las dorsales o cordones de expulsión magmática (Figura 8).

Figura 7. Distribución actual de los continentes y océanos después de 180 m. a. del rompimiento de la Pangea y del desplazamiento de los bloques continentales.

A esta nueva hipótesis se le conoce como expansión del fondo oceánico. La hipótesis fue acogida por la comunidad científica con cierto escepticismo y no fue sino hasta 1963 cuando dos investigadores ingleses de la Universidad de Cambridge, Fred J. Vine y Drummond Matthews, con sus estudios sobre magnetismo oceánico detectaron que el fondo oceánico estaba magnetizado en forma de franjas paralelas, cuya polaridad alternante era normal e inversa (Figura 9). Comprobaron así que el campo magnético de la Tierra, con origen en los polos magnéticos norte y sur, se revierte a través de su historia geológica en forma alternada, y que ese fenómeno queda impreso en las rocas ígneas que son expulsadas de la dorsal oceánica. Gracias a este descubrimiento, la idea sobre la expansión oceánica de H. Hess y R. S. Dietz fue aceptada.

F. J. Vine y D. H. Matthews propusieron que la hipótesis de la creación del nuevo fondo oceánico podría ser evidente con estos criterios magnéticos aplicados en ambos lados de las dorsales oceánicas, las cuales debían ser simétricas y contemporáneas. Con esta hipótesis en mente, estudiaron el fenómeno en la cordillera oceánica próxima a la isla de Vancouver y demostraron así su postulado. Más tarde, numerosos investigadores mostraron también que en todas las dorsales oceánicas conocidas en la actualidad se presenta consistentemente el mismo fenómeno.

Los avances científicos sobre la dinámica de cortezas oceánicas y la deriva de los continentes son perfectamente compatibles, ya que se han visto apoyados y enriquecidos con los resultados de las expediciones del buque oceanográfico Glomar Challenger, que exploró los fondos oceánicos de todo el planeta: Atlántico, Pacífico, Índico, Golfo de México, mar Caribe, mar Mediterráneo, las aguas del Ártico y del Antártico, y otras más mediante la perforación y muestreo. A partir del mes de agosto de 1968, fecha histórica para la ciencia oceanográfica y geodinámica mundial, se revolucionaron continuamente los conceptos sobre la inmovilidad continental o fijista que se tenían de la Tierra. Esta revolución culminó en 1982, año en que dejó de operar el barco.

Figura 8. Los límites de las placas tectónicas son tanto las cordilleras oceánicas que están en expansión, como las trincheras que son zonas de asimilación del fondo oceánico.

 

Figura 9. En la trinchera la corteza oceánica es asimilada por el borde continental, y en la cordillera oceánica se expulsa el magma de la astenosfera y se conforma así el fondo oceánico. Las bandas blancas indican polarización magnética negativa, o sea, que el polo magnético positivo estaba en el sur de nuestro planeta. Las bandas negras indican que el polo magnético negativo estaba en el norte, como sucede en la actualidad.

Los objetivos científicos que, a lo largo de 14 años, se cumplieron con el Glomar Challenger fueron innumerables y ambiciosos, por lo que solamente mencionaremos algunos de ellos:

1) Determinaciones de la edad y evolución de las cuencas oceánicas.

2) Confirmación de la hipótesis propuesta en 1959-1960, por H. H. Hess y R. S. Dietz, sobre la expansión del fondo oceánico.

3) Exploración de los grandes sistemas morfoestructurales del relieve oceánico.

4) Estudio de la composición de la corteza oceánica, cerca y fuera de los márgenes continentales.

5) Exploración de la historia sedimentaria en condiciones dinámicas diferentes.

6) Estudio de la evolución climática del planeta, con el análisis de la microflora y fauna marinas antiguas y preservadas en las secuencias sedimentarias, y otros estudios de investigación no menos relevantes sobre la presencia de los recursos minerales y energéticos de los fondos oceánicos.

El avance científico que se logró con el buque oceanográfico Glomar Challenger, fue casi simultáneo al desarrollo tecnológico y la experiencia que adquirieron los participantes sobre técnicas de perforación, colecta de sedimentos y rocas, navegación y posicionamiento marino, entre otras actividades oceanológicas. La información que se recabó durante este periodo histórico de exploración oceánica es vasta y variada; pasarán muchos años para que deje de ser una fuente inagotable de conocimientos, dado el gran acervo de muestras y datos que aún están en proceso de investigación.