VI.PALEOMAGNETISMO, DERIVA CONTINENTAL Y TECT�NICA DE PLACAS
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LOS ESTUDIOS en ciencias de la Tierra est�n caracterizados frecuentemente
por el misterio y la sorpresa. Muchas de las hip�tesis consideradas en las
investigaciones resultan tan fascinantes como las leyendas de la Antig�edad.
Entre ellas, se tienen los estudios paleoclim�ticos, que revelan que existieron
grandes cambios clim�ticos con la Tierra cubierta de hielo como en las �pocas
glaciares de hace unos miles de a�os o una Tierra sin casquetes polares y
un clima c�lido y uniforme como en la �poca hacia el fin de la era de los
dinosaurios. Hace unos cien millones de a�os, no s�lo hab�a muchos otros organismos
distintos habitando el planeta, como los dinosaurios, que disfrutaban de un
clima diferente, sino que adem�s su mundo era distinto. La distribuci�n de
oc�anos y continentes era muy diferente a la que podemos observar en nuestros
mapas actuales y que nos es tan familiar. Viajando m�s hacia el pasado, la
geograf�a nos ense�ar�a que el proceso de cambio es la pauta dominante en
nuestro planeta. Hace unos 280 millones de a�os, los continentes se encontraban
unidos en un supercontinente ahora conocido como Pangea y un superoc�ano que
lo rodeaba. La historia del rompimiento de este supercontinente, los movimientos
de separaci�n y formaci�n de nuevos oc�anos, forma parte de la teor�a de la
deriva continental. Una de las formas m�s importantes en que estos movimientos
han podido documentarse es por medio de los estudios paleomagn�ticos. En el
paleomagnetismo se hace uso de una "memoria" magn�tica de las rocas que permite
aprovechar al campo magn�tico terrestre como un sistema de orientaci�n. Estos
estudios han permitido recientemente el desarrollo de la teor�a de la tect�nica
de placas, en la cual se basa la hip�tesis de que las capas exteriores del
planeta, o la litosfera, est� dividida en grandes porciones o placas que est�n
en movimiento relativo. Como resultado de estos movimientos se tienen la generaci�n
de temblores, la actividad volc�nica, la formaci�n de monta�as y la deriva
de los continentes. Los estudios paleomagn�ticos han permitido aun hacer inferencias
o predicciones sobre los movimientos de placas en el futuro y visualizar una
geograf�a cambiante en los millones de a�os por venir, tan cambiante como
en los millones de a�os del pasado geol�gico. Con ello, los estudios geof�sicos
de nuestros d�as se asemejan en ocasiones a las antiguas profec�as de sibilas
u or�culos. En las siguientes l�neas, en una forma muy resumida, se comentan
algunos de los aspectos de los estudios paleomagn�ticos relacionados con la
deriva continental y la tect�nica de placas.
Una de las formas m�s sencillas de orientarse, usada com�nmente por marineros, exploradores, top�grafos, ge�logos, ocean�grafos, etc., es aquella que aprovecha el campo magn�tico terrestre por medio de la br�jula. El campo magn�tico terrestre se aproxima al campo producido por un dipolo magn�tico situado en el centro de la Tierra (Figura 39). Cualquier cuerpo magnetizado dejado en libertad de movimiento dentro de este campo tender� a orientar sus respectivos polos magn�ticos en la forma ilustrada en la figura. De esta manera, es posible conocer la direcci�n en la cual se encuentra el polo geomagn�tico en cualquier lugar de la superficie terrestre. En un punto dado, el campo magn�tico puede expresarse en funci�n de tres par�metros (figura 40): dos definiendo la direcci�n, declinaci�n (medida positiva al este del norte geogr�fico) e inclinaci�n (medida positiva hacia abajo de la horizontal) y uno definiendo la intensidad.
Figura 39. Representaci�n esquem�tica del campo magn�tico terrestre. Se muestra la comparaci�n de las direcciones de dos campos magn�ticos para un dipolo geoc�ntrico axial (campo adoptado para el c�lculo de polos paralelomagn�ticos) y un dipolo geoc�ntrico inclinado con el campo magn�tico observado para el a�o 1945.
Figura 40. Componentes del vector representativo del campo magn�tico
terrestre.
La inclinaci�n, como se puede observar, var�a 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 encontr�ramos en un lugar cuya latitud desconoci�ramos; si determinamos la inclinaci�n magn�tica y conocemos las variaciones del campo magn�tico, podr�amos estimar la latitud. Ahora, si nos traslad�ramos a otro lugar y en �l determinamos la inclinaci�n, su comparaci�n con el valor determinado previamente nos permitir�a estimar el cambio relativo en latitud. Estas propiedades del campo magn�tico pueden ser utilizadas en un gran n�mero de problemas geol�gicos y geof�sicos. Por ejemplo, imaginemos que una parte de M�xico, digamos la pen�nsula 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 pen�nsula contin�a unida al resto del continente (Figura 41). Simples mediciones de cambios en inclinaci�n y declinaci�n nos ayudar�an a estudiar y cuantificar estos movimientos.
Ahora bien, supongamos que movimientos de este tipo y m�s complejos han ocurrido
en el pasado, digamos hace varios millones de a�os, �podr�a nuestro m�todo
ayudar a estudiarlos y cuantificarlos? En principio podemos decir que s� se
podr�a, siempre y cuando el campo magn�tico hubiese existido en el pasado
y presentado caracter�sticas similares a las observadas actualmente. Adem�s
si ello se cumpliese, tendr�amos el problema de qui�n podr�a ir al pasado
y tomar las medidas necesarias para nuestro estudio. El problema aparenta
no tener f�cil soluci�n ya que los registros escritos s�lo cubren los �ltimos
miles de a�os. Los chinos (y quiz� los olmecas y mayas), al parecer, ya conoc�an
las propiedades de la magnetita (im�n natural) desde quiz� el segundo
siglo antes de Cristo y conoc�an la existencia y algunas caracter�sticas del
campo magn�tico. As� es que el campo magn�tico ya se conoc�a en aquellos tiempos,
aunque mediciones sistem�ticas del mismo no comenzaron hasta hace relativamente
poco tiempo. Afortunadamente, aunque no se cuenta con evidencia de esta clase
sobre la existencia del campo magn�tico en el pasado geol�gico, ni sobre sus
caracter�sticas, ni se puede enviar a alguien a tomar mediciones, en la naturaleza
ocurren ciertos procesos capaces de registrar la direcci�n e intensidad de
un campo magn�tico. Por ejemplo, durante una erupci�n volc�nica el magma sale
del volc�n a elevadas temperaturas, alrededor de unos 1 200°C; al comenzar
a enfriarse diversos minerales cristalizan, entre ellos, los �xidos de fierro
y titanio, los cuales tienen propiedades magn�ticas. Una vez formados, y a
temperaturas inferiores al punto de Curie, estos minerales adquieren una magnetizaci�n
proporcional al campo magn�tico ambiental en ese momento; al continuar descendiendo
la temperatura del magma esta magnetizaci�n se "congela", es decir, se convierte
en una propiedad de la roca, capaz de existir en forma independiente del campo
magn�tico que la indujo. Esta magnetizaci�n se conoce como magnetizaci�n remanente
t�rmica (MRT). Porciones de roca se comportan entonces como d�biles
imanes, cuyas direcciones de magnetizaci�n son paralelas a la direcci�n del
campo magn�tico. Estudiar estas direcciones es equivalente a tomar una medici�n
con br�jula. El emplazamiento de rocas �gneas extrusivas e intrusivas ha sido
un fen�meno com�n en la historia de la Tierra, de aqu� que sea factible estudiar
sus magnetizaciones remanentes para obtener informaci�n sobre el campo magn�tico
terrestre para diversos periodos.
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Figura 41. Ejemplos de movimientos relativos con (a)
cambios en latitud y (b) cambios en orientaci�n relativa. En
el primer caso se tienen cambios principalmente en inclinaci�n (I) y en
el segundo en declinaci�n (D).
Adem�s de este mecanismo para generar magnetizaciones remanentes en rocas
�gneas, se conocen muchos otros que act�an en estas y otras clases de rocas.
As�, en el caso de rocas sedimentarias, al tiempo de depositaci�n las part�culas
de minerales magn�ticos tienden a orientarse en la direcci�n del campo magn�tico
local, dando lugar a una magnetizaci�n remanente detrital (MRD).
En el caso de procesos qu�micos que impliquen cambios de volumen y composici�n
de los minerales magn�ticos, se puede tener una magnetizaci�n remanente qu�mica
(MRQ). A las magnetizaciones adquiridas cuando se forma una roca
se les conoce como magnetizaciones remanentes primarias (MRP).
Adem�s de �stas, se pueden tener otras magnetizaciones adquiridas despu�s
de la formaci�n de la roca, las cuales son consideradas secundarias (MRS).
Dentro de �stas se tienen la magnetizaci�n remanente viscosa (MRV),
generada por la exposici�n a un campo magn�tico por largos periodos
de tiempo; la magnetizaci�n remanente isot�rmica (MRI), adquirida
por la acci�n de campos magn�ticos fuertes a bajas temperaturas, (por ejemplo,
debido a la acci�n de un rayo); y la magnetizaci�n remanente anist�rica
(MRA), la cual se genera por la acci�n de dos campos magn�ticos, uno
de polaridad constante y otro de polaridad alterna y de intensidad decreciente.
En una roca dada, puede ocurrir que varias de estas magnetizaciones est�n
coexistiendo y la magnetizaci�n resultante sea la suma vectorial de las varias
magnetizaciones, la cual se conoce como magnetizaci�n remanente natural (MRN).
Tanto las MRP como las MRS proporcionan, informaci�n
sobre el campo magn�tico, siempre y cuando �stas puedan ser identificadas
y las edades de adquisici�n de todas ellas sean conocidas.
Figura 42. Ejemplo de desmagnetizaci�n por campos magnéticos alternos
decrecientes de dos muestras de roca. En la parte superior se representan
los cambios de direcci�n en una proyecci�n estereogr�fica. La declinaci�n
se mide de 0° a 180° al este (E) o al oeste (W), a lo largo de la
circunferencia externa. La inclinaci�n se mide de 0° a 90° de la periferia
al centro de la proyecci�n. Inclinaciones positivas ( hacia abajo de la horizontal)
y negativas (hacia arriba de la horizontal) se representan con s�mbolos llenos
y vac�os, respectivamente. Los valores de la muestra MF1.2.1 para el punto
inicial (marcado con N) son: Declinaci�n = 175° E, e Inclinaci�n = 8°
. En la parte inferior se representan los cambios en intensidad de la magnetizaci�n
normalizados con respecto al valor inicial (J0). El campo magn�tico
alterno decreciente aplicado en cada caso est� indicado en el eje horizontal
(en Oersteds). Las muestras fueron colectadas cerca del poblado de Jonacatepec,
Morelos y pertenecen al Grupo Volc�nico Tepexco de edad Miocena.
Gran parte del trabajo de laboratorio se dedica a la medici�n e identificaci�n
de las componentes vectoriales del MRN. Para ello se emplean
diversas t�cnicas, conocidas como t�cnicas de desmagnetizaci�n o de an�lisis
de estabilidad; las m�s usadas son: desmagnetizaci�n por campos magn�ticos
alternos decrecientes (cmad), en la cual las muestras de roca que se van a
estudiar se someten a la acci�n de cmad, cuya intensidad se va aumentando
progresivamente (Figura 42); desmagnetizaci�n 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 desmagnetizaci�n por medios
qu�micos, en la cual las muestras se sujetan a un tratamiento con �cido clorh�drico,
incrementando el tiempo de inmersi�n de las muestras en el �cido (Figura 44).
Adem�s de estos an�lisis, las muestras son sujetas a otros estudios con el
fin de determinar la clase y propiedades de los minerales magn�ticos responsables
de la MRN, as� como determinar otras caracter�sticas de las muestras
que podr�an afectar la adquisici�n de las magnetizaciones.
Las rocas no se magnetizan de una forma uniforme, sino que tienen generalmente
peque�as diferencias debidas a heterogeneidades en la composici�n mineral�gica
o variaciones en las condiciones ambientales al tiempo de formaci�n de la
roca o posteriores. Adem�s, a estos factores tenemos que a�adir errores asociados
con la recolecci�n de muestras y medici�n en el laboratorio. Debido a esto,
es necesario analizar un n�mero de muestras (un m�nimo de tres muestras por
unidad) y emplear m�todos estad�sticos para estimar los valores de declinaci�n,
inclinaci�n e intensidad de las diversas componentes del MRN. Para
la aplicaci�n de los m�todos estad�sticos es frecuente utilizar diagramas
vectoriales o proyecciones estereogr�ficas (como las presentadas en las figuras
42, 43 y 44), las cuales permiten una ayuda visual para analizar y comparar
los resultados. Por �ltimo, cabe mencionar que a cada direcci�n o grupo de
direcciones es posible calcular el correspondiente polo magn�tico (Figura
39), lo cual es �til para comparar resultados obtenidos de puntos distantes
entre si.
Figura 43. Ejemplo de desmagnetizaci�n 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 direcci�n con la desmagnetizaci�n, lo cual
sugiere que el MRN de estas muestras tiene una componente dominante,(MRT)
con la adici�n de otras componentes de magnitud reducida (MRVS).En
el caso de la muestra JG6.1.2, se tiene un cambio sistem�tico de la direcci�n,
la cual se asocia a dos componentes dominantes (MRTS) adquiridas
a tiempos distintos durante el enfriamiento en la roca. La direcci�n del campo
magn�tico 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 desmagnetizaci�n por medios qu�micos (inmersi�n
en �cido clorh�drico). El tiempo de inmersi�n est� indicado en horas en el
eje horizontal del diagrama inferior. Las muestras son rocas sedimentarias
de una localidad en Acatl�n, estado de Puebla .
Figura 45. Escala de polaridad del campo magn�tico terrestre en los
�ltimos tres millones de a�os.
Estudios del campo magn�tico terrestre con observaciones directas tomadas durante los �ltimos cientos de a�os y con mediciones paleomagn�ticas en rocas y materiales arqueol�gicos de diversas edades, han permitido determinar que las caracter�sticas de este campo var�an 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 a�os). Mediciones paleomagn�ticas efectuadas a principios de siglo en rocas de diversas edades, indicaron la presencia de magnetizaciones an�malas, las cuales presentaban una polaridad opuesta a la actual, es decir, que la posici�n polar correspondiente presentaba un polo sur en donde se tiene actualmente el polo norte y viceversa. El investigador japon�s M. Matuyama sugiri� en 1906 que estas magnetizaciones, conocidas como reversas, hab�an sido creadas en un tiempo en el que el campo magn�tico terrestre ten�a polaridad reversa. Esta hip�tesis fue ignorada por los colegas cient�ficos de Matuyama, y este profesor finalmente abandon� sus investigaciones y se dedic� al teatro No (una modalidad del teatro japon�s). Pasaron muchos a�os, hasta que a fines de la d�cada de los cincuentas, la evidencia en favor de la hip�tesis de Matuyama se volvi� contundente y pas� por fin a ser aceptada.
Figura 46. Curvas de desplazamiento polar aparente en Am�rica del Sur y �frica.
Figura 47. Reconstrucci�n paleogr�fica del antiguo continente Gondwana, el cual agrupaba a las actuales zonas continentales del hemisferio sur.
Figura 48. Curvas de desplazamiento polar aparente determinadas para M�xico
y Norteam�rica. Los n�meros representan millones de a�os antes del presente;
los c�rculos son datos de Canad� y EUA y las cruces son de M�xico.
Durante los a�os siguientes se descubri� que los cambios de polaridad del campo magn�tico 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), mostr� que los datos paleomagn�ticos para periodos anteriores al terciario (edades anteriores a unos 80 millones de a�os) diverg�an considerablemente de las caracter�sticas del campo actual, indicando diversas posiciones polares en algunas ocasiones cercanas al ecuador. Con las posiciones de los polos magn�ticos terrestres para tiempos dados, se construyeron curvas de Desplazamiento Polar Aparente (DPA) que mostraban el movimiento del polo m�gn�tico en el tiempo con respecto a las coordenadas geogr�ficas actuales. Adem�s, se observ� que las curvas DPA correspondientes a distintos continentes diverg�an entre s�, presentando una aparente discrepancia ya que indicaban la existencia de m�s 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 teor�a de deriva continental propuesta a principios de siglo. En la figura 46 se muestra un ejemplo con las curvas de desplazamiento polar aparente para Sudam�rica y Australia, donde puede observarse que las curvas divergen, y en la figura 47 se muestra una reconstrucci�n paleogr�fica de los continentes del hemisferio sur, lograda simplemente con superponer las curvas de desplazamiento polar aparente correspondientes a Sudam�rica, �frica, Madagascar, India, Australia y Ant�rtica.
Los resultados paleomagn�ticos para varias partes de M�xico se muestran en la figura 48; con fines de comparaci�n, en ella se incluyen tambi�n los datos correspondientes a Norteam�rica. Podemos observar que las dos curvas muestran tendencias similares, con algunas diferencias en ciertos periodos, y que a partir del Jur�sico temprano (hace unos 150 millones de a�os) las dos curvas comienzan a separarse significativamente. Ello nos indica que antes del Jur�sico temprano, M�xico se encontraba separado de Norteam�rica y que en tiempos posteriores, M�xico experiment� movimientos tect�nicos relativos a Norteam�rica, aunque guardando una posici�n en latitud muy similar a la actual. En la figura 49 se muestra una interpretaci�n de los tiempos en que diversas partes de Sudam�rica se unieron al continente.
El estudio de las posiciones pasadas y movimientos relativos de los bloques continentales es de gran importancia en un gran n�mero de problemas, adem�s de su importancia por el simple hecho de conocerlos. Por ejemplo, podemos, mencionar la exploraci�n de minerales y energ�ticos. En el caso de los hidrocarburos (petr�leo y gas) se ha observado que un clima c�lido y ciertas condiciones ambientales, com�nmente encontradas en zonas cercanas al ecuador, son favorables a su formaci�n. Por lo tanto, el poder determinar si una zona se encontr� en alg�n 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 m�s importantes del pa�s. De ello se ha podido observar que durante los �ltimos 200 millones de a�os, estas zonas han permanecido relativamente cerca del ecuador.
Figura 49. Posici�n relativa de Am�rica del Sur durante la era Mesozoica.
Durante ese tiempo, las diversas partes de M�xico y Am�rica Central se encontraban
localizadas en diferentes posiciones, posiblemente hacia el Oc�ano Pac�fico.
A forma de conclusi�n, cabe mencionar que el paleomagnetismo es una parte de las Ciencias de la Tierra con una investigaci�n muy activa y como tal, en proceso de cambio. Es de esperarse que una parte considerable de sus aplicaciones y logros est� a�n por desarrollarse, por lo que tiene un gran porvenir a corto y largo plazo.
