IV. EL FONDO OCEÁNICO

LA EXPRESIÓN popular !Tan cerca y tan lejos! refleja muy bien la situación del fondo marino con respecto a los exploradores, pues aunque se encuentra a sólo unos 3.7 km, en promedio, de la superficie terrestre [en este caso bajo el nivel del mar (BNM)], y ¿qué es una expedición de menos de 4 km para un explorador?, las enormes presiones hacen que la exploración del fondo marino sea una empresa muy ardua. Sin embargo, los océanos ocupan 71% de la superficie terrestre, y para saber lo que pasa en ésta no basta con conocer menos de una tercera parte suya.

La batimetría, esto es, el mapeo de la profundidad del fondo oceánico o la topografía submarina, comenzó muy temprano en la historia de la navegación. Al principio se llevaba a cabo mediante sondas que eran simplemente pesos atados a la punta de un cable, que se bajaban hasta el fondo (si alcanzaba el cable) y a veces se untaban con grasa para recoger muestras del suelo submarino.

Durante la segunda Guerra Mundial se desarrolló un equipo, llamado sonar, para hacer sondeos acústicos; el sonar emite un sonido y calcula la distancia al fondo marino a partir del tiempo que tarda el sonido en reflejarse en el fondo y volver a la superficie. Versiones modernas muy sofisticadas de este método se usan en la actualidad para obtener una imagen detallada de la batimetría.

Otro método de explorar el fondo oceánico era mediante el dragado, que consiste en arrastrar una combinación de rastrillo con red que permite obtener muestras de rocas y seres vivos. Hoy día hay vehículos robots o tripulados que permiten recolectar muestras e imágenes de zonas muy profundas del fondo oceánico.

Otras medidas modernas de propiedades del fondo oceánico se refieren a su gravedad y magnetismo, y barcos equipados con equipos de perforación (parecidos a los usados para la exploración en la búsqueda de petróleo) han obtenido un buen número de muestras de la estructura del fondo marino en muchos puntos de la Tierra.

Los estudios batimétricos indicaron la existencia de cuatro rasgos importantes del fondo marino (un mapa en relieve del cual se muestra en la figura 18):

1) Grandes áreas relativamente planas que cubren la mayor parte del fondo a profundidades de 2 a 6 km, llamadas planicies abisales.

2) Profundas depresiones alargadas, llamadas trincheras oceánicas, que alcanzan grandes profundidades.

3) Enormes cadenas montañosas muy extensas, llamadas cordilleras oceánicas.

4) Grandes zonas de fractura que separan secciones de las cadenas montañosas.

Estos rasgos y otras propiedades del fondo oceánico son algunos de los datos que apoyan con más firmeza la teoría de la tectónica de placas, y que eran inexplicables hasta el surgimiento de ésta. A continuación veremos con mas detalle algunos aspectos de estas características del fondo oceánico.

Figura 18.

IV.1. TRINCHERAS

Las trincheras oceánicas son depresiones del fondo marino, angostas y alargadas, usualmente en forma de arco, donde se encuentran las mayores profundidades de la superficie terrestre. La figura 19 muestra la localización de las principales trincheras oceánicas; podemos ver que gran parte de ellas se encuentra en las orillas del Océano Pacífico. Las trincheras más profundas son la de Filipinas (11.52 km) y la de Marianas (11.03 km) que miden unos 1 200 y 2 000 km de largo, respectivamente. La trinchera más larga es la de las Aleutianas, que mide 3 300 km de largo y alcanza los 7.68 km de profundidad.

Figura 19.

Gran parte de las trincheras se encuentra en la frontera entre océano y continente, mientras que otras se encuentran a lo largo de arcos de islas, los cuales son cadenas de islas de composición volcánica, como por ejemplo las Islas Marianas y Tonga. Tanto en estas islas como en los continentes, la mayor parte de la actividad volcánica se encuentra distribuida en cinturones paralelos a las trincheras, que son montañosos en los continentes; por esta razón, a veces se utiliza la expresión arco de montañas para referirse a la región de la trinchera en los continentes.

Si se compara la distribución de estas trincheras con la de la sismicidad global mostrada en la figura 8, puede verse que la mayor parte de los grandes terremotos profundos ocurren muy cerca de las trincheras, del lado del continente o del arco de islas, según sea el caso. Estos terremotos, otros menos profundos y la mayor parte de los sismos pequeños que ocurren en estas regiones tienen mecanismos que son primordialmente reversos o normales.

IV.2. CORDILLERAS OCEÁNICAS

La figura 20 muestra las posición de las principales cordilleras oceánicas (indicadas por pares de líneas paralelas), y su representación en el fondo marino se puede ver en la figura 8. Las cordilleras oceánicas son cadenas (algunas de ellas larguísimas, de miles de kilómetros) de montañas (algunas de ellas muy altas, tanto como el Everest) alargadas, casi todas submarinas (algunas de ellas asoman a la superficie del mar como islas), en cuya parte central existen rupturas, también alargadas, de donde brotan erupciones de cojín de lava basáltica que forma volcanes, y chorros de agua muy caliente (unos 350° C) con cantidad de minerales disueltos. A los lados de la ruptura existen otros volcanes y chorros de agua, pero la actividad eruptiva, la temperatura del agua y la concentración de minerales en ella, disminuyen rápidamente conforme aumenta la distancia a la ruptura central, y cesan a unos cuantos kilómetros de ella.

Figura 20.

El término lavas basálticas de cojín merece una breve explicación. Cuando la erupción ocurre bajo el agua, ésta enfría la superficie de la lava tan rápido que se le forma una costra de roca sólida en la superficie, por debajo de la cual la lava permanece líquida y, como los basaltos son poco viscosos, continúa fluyendo, de manera que forma una especie de tubos o cojines (de allí su nombre) de roca interconectados.

Las rupturas de las cordilleras oceánicas se encuentran usualmente a unos 2.5 a 2.8 km de profundidad, donde no llega ya la luz del Sol (penetra hasta menos de 1 600 m) y la vida a estas profundidades es, en otras regiones de los océanos, muy escasa. Sin embargo, alrededor de las rupturas de las cordilleras submarinas se encuentran colonias de plantas y animales que aprovechan el calor y los minerales del agua para vivir. Algunos de estos seres, esponjas silíceas en forma de champignon, largos "gusanos" en forma de tubo, algunos con capuchones de colores, etc., no se encuentran en otros lugares y algunas de tales especies recién descubiertas han recibido nombres como Riftias y Ridgeias, de las palabras inglesas rift y ridge, que significan ruptura y dorsal (o cresta), respectivamente.

Las cordilleras oceánicas más grandes son:

1) La cordillera Mesoatlántica (CMA) que divide al Océano Atlántico aproximadamente a la mitad, remedando la forma de las costas de Sudamérica oriental y África occidental. La cresta de la CMA es muy escarpada, como se puede ver en la figura 21c que muestra un perfil batimétrico a través de la cordillera, por lo que se le llama a menudo dorsal Mesoatlántica. En la línea central de la cresta, la CMA presenta un valle central o valle de ruptura, en cuyo centro se encuentran las rupturas volcánicas mencionadas arriba. En la figura 21b se muestra con detalle del valle central de la cordillera Mesoamericana.

2) La cordillera del Pacífico Oriental (CPO) que abarca desde cerca de Manzanillo, en la costa de Colima, hasta los 33° de latitud Sur, se diferencia de la CMA en que, aunque alcanza grandes alturas sobre el fondo marino, su topografía es mucho más suave (Figura 21a), tanto así que a menudo es llamada elevación del Pacífico Oriental. No presenta valle de ruptura en la cresta.

Figura 21.

3) Cordillera de Carlsberg (CCA) que divide el Océano Índico desde el Mar Arábigo hasta los 20° de latitud Sur (latitud del Madagascar central).

4) Cordillera Antártica. Esta cordillera rodea casi completamente a la Antártida (en el mapa de la figura 20 su tamaño está muy exagerado a causa de la proyección) y conecta con las tres cordilleras antes mencionadas. Su nombre es distinto para diferentes secciones: Antártico-Pacífico, de Chile, Antártico-Americana, Antártico-Africana y del Océano Índico Medio.

Fue B. Heezen quien, en 1960, sugirió el papel de las cordilleras oceánicas como lugares de creación de corteza. Basado en esta suposición, H. Hess pudo explicar el proceso de creación de los montes submarinos conocidos como guyots (véase el apartado VII.4).

IV.3. ZONAS DE FRACTURA

Si nos fijamos en las cordilleras oceánicas mostradas en la figura 18, vemos que cada segmento está separado de los adyacentes por fracturas que se continúan hacia ambos lados. El fondo marino presenta diferentes profundidades y diferentes edades de cada lado de cada una de estas fracturas, a veces rectas, a veces curvas como segmentos de arco.

En algunos lugares se pueden ver grupos de fracturas tan cercanas que es imposible distinguir entre ellas, se les llama zonas de fractura, algunas de ellas serán mencionadas más adelante y unas cuantas están indicadas en la figura 20 con las letras ZF.

El tamaño de los sismos ocurridos en las zonas de fractura es mayor mientras menor sea la velocidad de movimiento relativo entre las placas y mientras más larga sea la parte activa (véase el apartado V.5) de la zona. Los mayores sismos ocurren cerca del centro de la parte activa, lo que indica que las altas temperaturas de la corteza que se encuentran cerca de las crestas de las cordilleras oceánicas no favorecen la ocurrencia de sismos.

IV.4. LOS SEDIMENTOS EN EL FONDO DEL MAR Y SU EDAD

En primer lugar veremos algunos principios básicos de la sedimentación en los océanos, y a continuación las observaciones que causaron los problemas mencionados en el capítulo I.

Las principales causas de sedimentación en los océanos son: productos de erosión de los continentes arrastrados por ríos o acarreados por el viento, cenizas de explosiones volcánicas, también acarreadas y distribuidas por el viento, y deshechos orgánicos formados por fragmentos de conchas, esqueletos y otras partes duras de especies animales y vegetales, la gran mayoría de los cuales habitan aguas menos profundas de 400 m.

Los productos gruesos de erosión continental son naturalmente más numerosos en las regiones costeras, donde pueden depositarse de 50 a 500 m de sedimentos cada millón de años. Cerca de un volcán activo, en la dirección de los vientos dominantes, pueden depositarse unos 10 m/Ma de cenizas.

Por otro lado, las partículas más finas de erosión y vulcanismo continentales pueden ser acarreadas muy lejos sobre los océanos por el viento, después de lo cual pueden permanecer largo tiempo en suspensión en el agua antes de ser depositadas, por lo que pueden alcanzar una distribución bastante uniforme en las cuencas oceánicas. Estas partículas se depositan produciendo arcillas abisales (a profundidades de 2 000 a 6 000 m) a razón de 1-20 m/Ma.

La producción de desechos orgánicos es mayor donde hay más concentración de vida marina, principalmente de los seres microscópicos que forman el plancton, los cuales no se encuentran distribuidos de manera uniforme por todos los océanos. Sus concentraciones son mayores en zonas donde existen corrientes ricas en sustancias nutritivas, que se encuentran cerca de las costas occidentales de los continentes, a lo largo del ecuador y, cosa curiosa, en el Ártico y en el Antártico.

No todos los desechos orgánicos llegan a depositarse, pues gran cantidad se disuelve antes. Los que están compuestos por carbonatos normalmente se disuelven por completo antes de los 3 700 m (profundidad de compensación de carbonatos), los de sílice alcanzan profundidades un poco mayores. Esto quiere decir que no debemos esperar encontrar sedimentos orgánicos donde la profundidad del fondo oceánico es mucho mayor que la de compensación. En regiones someras se deposita un promedio de 10 m/Ma de sedimentos orgánicos.

En regiones donde hay gran densidad de población marina y, por tanto, gran densidad de desechos orgánicos, el agua somera puede saturarse y la profundidad de compensación puede aumentar. En estas regiones, como la ecuatorial, la sedimentación orgánica es mucho más rápida, del orden de 15 m/Ma, y puede alcanzar profundidades de 5 000 m.

Un rápido cálculo nos indica que, tan sólo del Cámbrico (590 Ma A.P., cuando aparecen animales con concha y esqueleto) a la fecha, se debían haber depositado unos 5 900 m (en algunos hasta 8 850 m) de sedimentos orgánicos en lugares someros. Por otro lado, la fecha de comienzo de la sedimentación está indicada por la edad de las rocas sedimentarias más antiguas que se conocen, que tienen unos 3 400 Ma de edad. Desde entonces a la fecha se debían haber depositado de 3 400 a 68 000 m de arcillas abisales en las cuencas marinas; de 170 000 a 1 700 000 m de sedimentos de origen continental cerca de las costas (en algunas de ellas un poco más debido a depósitos volcánicos). Estas cantidades son claramente absurdas, aun considerando sólo los mínimos y corrigiéndolos por compactación de los sedimentos.

En la realidad el espesor de los sedimentos es de unos 1 500 m en las cuencas oceánicas y esencialmente nulo en las crestas submarinas. Además, bajo las arcillas abisales se encuentra una capa de material orgánico, y en algunos lugares se encuentran debajo de ella otra capa de arcilla y otra de material orgánico.

La observación que permitió explicar estas contradicciones (sin tener que recurrir a las propuestas de que en el pasado los procesos de erosión y sedimentación eran distintos a los actuales) es que la edad de los sedimentos orgánicos y del propio fondo marino aumenta conforme más lejos se hallan de las cordilleras oceánicas.

Si se aceptaba la teoría de la expansión del fondo oceánico, era posible explicar la ausencia de sedimentos en las crestas (recién producidas), el aumento progresivo de sedimentos orgánicos que forman la capa orgánica próxima al fondo hasta alcanzar la profundidad de compensación, y luego el depósito de la capa superior de sedimentos abisales conforme el fondo se hace más profundo al alejarse de la cordillera.

Si, tras depositarse la capa abisal, el fondo oceánico pasa por una zona, como el ecuador, donde la profundidad de compensación es grande, se puede depositar otra capa orgánica que es a su vez cubierta por otra capa abisal al dejar atrás la zona de sedimentación orgánica. Esto explica la existencia de las otras dos capas, pero se requería de la teoría de la deriva continental para explicar por qué se encuentran en lugares alejados de las zonas en que pueden producirse.

Estas observaciones apoyaban las teorías mencionadas, pero quedaba aún el problema de dónde estaban los sedimentos antiguos y el fondo oceánico antiguo sobre el cual se deberían haber depositado

IV.5. BANDAS DE MAGNETIZACIÓN DEL FONDO MARINO

Durante los últimos años de la década de 1950 y los primeros de la de 1960, se encontró en el campo magnético del fondo oceánico "bandas" de distinta polaridad alineadas con las cordilleras oceánicas y distribuidas simétricamente a ambos lados de éstas. La figura 22 muestra un fragmento del patrón de bandas magnéticas obtenidas sobre la cresta de Reykjanes (al sur de Islandia), sobre ellas se indica la edad del fondo oceánico correspondiente a algunas de las bandas.

Figura 22

Por las mismas fechas se llevaban a cabo estudios de magnetismo remanente en rocas de la superficie y se había planteado la posibilidad de que el campo magnético terrestre invirtiera de vez en cuando su polaridad. Los cambios de polaridad observados para el fondo oceánico coincidieron perfectamente con los observados en rocas de tierra firme.

F. Vine y D. Matthews, combinaron la teoría de Hess acerca de la creación de corteza en las cordilleras submarinas con las investigaciones acerca de las edades de las bandas magnéticas y propusieron el siguiente mecanismo para la creación de dichas bandas.

Cuando el material del manto llega a la superficie en la angosta zona de ruptura de un centro de extensión se encuentra fundido, es decir, por encima de la temperatura de Curie. Al enfriarse, pasa por la temperatura de Curie, y obtiene magnetización termorremanente en la dirección del campo magnético terrestre existente en ese momento. Funciona en forma análoga (aunque el mecanismo de grabación es distinto) a una grabadora donde cada tramo de la cinta magnética graba el campo existente en el momento que pasó cerca de la cabeza de grabación (la fuente del campo). Este proceso se ilustra en la figura 23 que muestra además los nombres que han sido asignados a las diferentes épocas de una polaridad determinada, dentro de las cuales ocurren eventos que son intervalos pequeños de polaridad inversa a la de la época.

Figura 23.

El descubrimiento de las bandas magnéticas en el océano es importantísimo, pues significa que cada pedazo de fondo oceánico lleva escrita su historia. Basta con identificar la banda magnética para saber cuándo fue formado y qué orientación tenía entonces con respecto al polo magnético; además, el ancho de la banda indica qué tan rápida era entonces la extensión en el centro donde fue creado.