ELLEN P. METZGER
INTRODUCCIÓN
Propósito: Los estudiantes harán un modelo de papel que ilustre el concepto de la propagación del suelo marino y el desarrollo de «franjas» magnéticas simétricas a ambos lados de un centro de propagación en el medio del océano.
Agrupación sugerida para los estudiantes: Los estudiantes trabajan de forma individual.
Integración de la tarea: Temas: Patrones de cambio: a lo largo del tiempo, se crea un nuevo fondo marino por el afloramiento de magma en los centros de extensión oceánica media; el antiguo fondo oceánico es destruido por la subducción en las fosas marinas profundas. Habilidades y procesos científicos: Inferir a partir de un modelo. Integración con otras disciplinas: Ciencias físicas: imanes dipolares y campos magnéticos; convección. Oceanografía: topografía del fondo marino. Ciencias de la vida: animales que se encuentran en los respiraderos de agua caliente del fondo oceánico.
Actividades relacionadas: Montañas submarinas.
INFORMACIÓN DE FONDO
Antes de realizar esta actividad, los alumnos deben estar familiarizados con:
1) los tipos de límites entre placas litosféricas;
2) las características del fondo oceánico;
3) el concepto de propagación del fondo marino; y
4) la naturaleza del campo magnético de la Tierra y el hecho de que ha invertido su polaridad muchas veces en el pasado.
Las capas de la Tierra La Tierra es un planeta en capas que consta de corteza, manto y núcleo (Fig. 1). Los 100 km exteriores son una capa rígida llamada litosfera, formada por la corteza y el manto superior. La litosfera está dividida en una serie de placas grandes y pequeñas que se mueven sobre la astenosfera, una capa plástica del manto superior. Los terremotos y los volcanes se concentran en los límites entre las placas litosféricas. Se cree que el movimiento de las placas está causado por las corrientes de convección en el manto (Fig. 2), aunque no se conoce el mecanismo exacto. Las placas litosféricas se mueven a velocidades de unos pocos centímetros por año.
Tipos de límites de placas Existen tres tipos de límites entre placas litosféricas (Fig. 3):
1) límite convergente las placas convergen, o se juntan. Si una placa de litosfera oceánica choca con una litosfera continental más gruesa y menos densa, la placa oceánica más densa se sumergirá bajo el continente en una zona de subducción (Fig. 2).
2) límite divergente dos placas divergen, o se separan y se forma nueva corteza o litosfera.
3) límite de falla transformante las placas se deslizan una junto a otra sin que se cree ni se destruya litosfera.
Volver al principio
El fondo oceánico Un mapa del fondo oceánico muestra una variedad de características topográficas: llanuras planas, largas cadenas montañosas y fosas profundas. Las dorsales interoceánicas forman parte de una cadena de montañas de unos 84.000 km de longitud. La Dorsal Mesoatlántica es la cadena montañosa más larga de la Tierra. Estas dorsales son centros de propagación o límites de placas divergentes donde el afloramiento de magma del manto crea nuevos fondos oceánicos.
Las fosas marinas son cuencas largas y estrechas que se extienden entre 8 y 11 km por debajo del nivel del mar. Las fosas se desarrollan junto a las zonas de subducción, donde la litosfera oceánica se desliza hacia el manto (Fig. 2).
La deriva continental La idea de que los continentes se mueven es antigua; Alfred Wegener, un meteorólogo alemán, propuso la hipótesis de la deriva continental. a principios del siglo XX. Wegener utilizó varias líneas de evidencia para apoyar su idea de que los continentes estuvieron una vez unidos en un supercontenido llamado Pangea y que desde entonces se han alejado unos de otros: (1) la similitud en la forma de los continentes, como si alguna vez hubieran encajado como las piezas de un rompecabezas; (2) la presencia de fósiles como el Glossopteris, un helecho fósil cuyas esporas no podían cruzar los amplios océanos, en los ahora muy separados continentes de África, Australia e India; (3) la presencia de depósitos glaciares en los continentes que ahora se encuentran cerca del ecuador; y (4) la similitud de las secuencias de rocas en los diferentes continentes. Volver al principio
La hipótesis de Wegener sobre la deriva continental no fue ampliamente aceptada porque no tenía ningún mecanismo para explicar cómo se mueven los continentes. La idea no se reavivó hasta que las nuevas tecnologías hicieron posible la exploración del fondo oceánico.
Expansión del fondo marino A principios de la década de 1960, el geólogo de Princeton Harry Hess propuso la hipótesis de la expansión del fondo marino, en la que el magma basáltico del manto asciende para crear nuevos fondos oceánicos en las dorsales oceánicas. A cada lado de la dorsal, el fondo marino se desplaza desde la dorsal hacia las fosas profundas, donde se subduce y se recicla de nuevo en el manto (Fig. 2). Los estudios sobre el magnetismo de la Tierra proporcionaron una prueba de la hipótesis de la propagación del suelo marino.
El campo magnético de la Tierra Se cree que el campo magnético de la Tierra surge del movimiento del hierro líquido en el núcleo externo a medida que el planeta gira. El campo se comporta como si un imán permanente estuviera situado cerca del centro de la Tierra, inclinado unos 11 grados respecto al eje geográfico de rotación (Fig. 4). Obsérvese que el norte magnético (medido por una brújula) difiere del norte geográfico, que corresponde al eje de rotación del planeta.
Colocando una barra magnética debajo de un trozo de papel con limaduras de hierro se creará un patrón a medida que las limaduras se alineen con el campo magnético generado por el imán. El campo magnético de la Tierra es similar al generado por una simple barra magnética. En la actualidad, las líneas de fuerza del campo magnético terrestre están dispuestas como se muestra en la figura 4; la orientación actual del campo magnético terrestre se denomina polaridad normal. A principios de la década de 1960, los geofísicos descubrieron que el campo magnético de la Tierra se invierte periódicamente; es decir, el polo magnético norte se convierte en el polo sur y viceversa. Por lo tanto, la Tierra ha experimentado períodos de polaridad invertida que se alternan con épocas (como ahora) de polaridad normal. Aunque el campo magnético se invierte en estos momentos, la Tierra física no se mueve ni cambia su dirección de rotación.
Las lavas basálticas contienen minerales que contienen hierro, como la magnetita, que actúan como brújulas. Es decir, cuando estos minerales ricos en hierro se enfrían por debajo de su punto de Curie, se magnetizan en la dirección del campo magnético circundante. Los estudios del magnetismo antiguo (paleomagnetismo) registrados en rocas de diferentes edades proporcionan un registro de cuándo el campo magnético de la Tierra invirtió su polaridad. Volver al principio
Durante la Segunda Guerra Mundial, se desarrollaron instrumentos sensibles llamados magnetómetros para ayudar a detectar submarinos con casco de acero. Cuando los investigadores utilizaron los magnetómetros para estudiar el fondo del océano, descubrieron un patrón sorprendente. Las mediciones de las variaciones magnéticas mostraron que, en muchas zonas, bandas alternas de rocas que registraban la polaridad normal e invertida estaban dispuestas simétricamente alrededor de las dorsales oceánicas medias (Fig. 5).
En 1963, F. Vine y D.H. Matthews razonaron que, a medida que el magma basáltico se eleva para formar nuevos fondos oceánicos en un centro de extensión oceánica media, registra la polaridad del campo magnético existente en el momento en que el magma cristalizó. A medida que la propagación separa la nueva corteza oceánica, deberían alejarse de la dorsal franjas de aproximadamente el mismo tamaño a cada lado (Fig. 5). El magma basáltico que se forma en las dorsales oceánicas sirve como una especie de «grabadora» que registra el campo magnético de la Tierra a medida que se invierte en el tiempo. Si esta idea es correcta, las franjas alternas de polaridad normal e invertida deberían estar dispuestas de forma simétrica alrededor de los centros de extensión de los océanos medios. El descubrimiento de estas franjas magnéticas proporcionó una poderosa prueba de que se produce la propagación del suelo marino.
La edad del suelo marino también apoya la propagación del suelo marino. Si la extensión del suelo marino funciona, la corteza oceánica más joven debería encontrarse en las dorsales y la corteza progresivamente más antigua debería encontrarse al alejarse de las dorsales hacia los continentes. Este es el caso. El fondo oceánico más antiguo que se conoce está datado en unos 200 millones de años, lo que indica que los fondos oceánicos más antiguos han sido destruidos por subducción en las fosas marinas profundas.
Hizo falta la exploración del fondo oceánico para descubrir la propagación del suelo marino, el mecanismo del movimiento de los continentes que le faltaba a Alfred Wegener. La hipótesis de la deriva continental cobró un nuevo interés y, combinada con la extensión del fondo marino, dio lugar a la teoría de la tectónica de placas. La historia del pensamiento sobre el movimiento de los continentes es un magnífico ejemplo de cómo hipótesis como la deriva continental y la extensión del suelo marino se ponen a prueba antes de que surja una nueva teoría. Para una visión general de la historia de la tectónica de placas, véase Tarbuck y Lutgens (1994). Volver arriba
MATERIALES (Fuentes indicadas más abajo)
Mapas del fondo oceánico
Mapa «Este dinámico planeta»
Para cada alumno:
2 hojas de papel de encuadernación de 8,5 x 11″ (se puede utilizar cartón de carpeta de archivos en lugar de papel para hacer un modelo más resistente)
tijeras
regla
cinta adhesiva transparente
cinta de enmascarar
lápices de colores o crayones Sugerencia: Haga su propio modelo con antelación para mostrar a los estudiantes antes de que hagan sus modelos.
Formas de materiales
Los mapas de los fondos del Ártico, Atlántico, Pacífico e Índico están disponibles en la National Geographic Society, Educational Services, P.O. Box 98019, Washington, D.C., 20090-8019; teléfono 1-800-368-2728. Cada mapa cuesta 10,90 dólares.
De Fisher-EMD: (1) Mapa fosforescente del fondo del océano: mide 24″ X 24″ ($10.60); (2) mapa de la dorsal del Atlántico Medio a tamaño de pared ($27.40). Pedir a Fisher Scientific-EMD, 4901 W. Lemoyne Street, Chicago, IL 60651; teléfono 1-800-955-1177.
«This Dynamic Planet: Mapa mundial de volcanes, terremotos y placas tectónicas» mide 150 x 100 cm; desarrollado por el Servicio Geológico de los Estados Unidos y el Instituto Smithsoniano. Se puede pedir a USGS Map and Book Distribution, P.O. Box 25286, Federal Center, Bldg. 810, Denver, CO 80225; teléfono 303-236-7477. El precio es de 3 dólares. Volver al principio
PROCEDIMIENTOS
Siga los pasos de las hojas de actividades para estudiantes. Los estudiantes pueden medir la ubicación de las zonas de subducción y la dorsal oceánica media para su modelo como se muestra en la Figura 1 en las hojas de actividades del estudiante, o puede darles la plantilla ya hecha que se proporciona. Puede copiar la plantilla en una carpeta de archivos o en una cartulina similar para que el modelo sea más resistente.
Modificaciones: Para los niños más pequeños, omita la explicación de las bandas magnéticas y las inversiones de polaridad. Utilice el modelo para mostrarles la creación de nuevos fondos marinos en los centros de propagación y la desaparición de los antiguos fondos marinos en las zonas de subducción. Puede recortar las piezas del modelo de papel para los alumnos con antelación, o utilizar un modelo que haya hecho como demostración para la clase.
Extensiones: Los sistemas de respiraderos hidrotermales, llamados fumadores blancos y negros, que se encuentran en los centros de extensión oceánica son uno de los descubrimientos más emocionantes realizados durante los últimos quince años de exploración marina. En estos humeros se encuentran depósitos minerales y ecosistemas únicos que existen en total oscuridad. Integre una unidad sobre la propagación del fondo marino y la topografía del suelo oceánico con la biología haciendo que los alumnos investiguen las criaturas únicas asociadas a las comunidades de respiraderos hidrotermales. A continuación se sugieren algunas referencias.
REFERENCIAS Y RECURSOS
NSTA/FEMA, 1988, Tremor Troop Earthquakes: National Science Teachers’ Association, Washington, D.C.
Tarbuck, E. J. y Lutgens, F. K., 1994, Earth Science (7th ed.), Macmillan Publishing Company, p. 207-242.
Información general:
Yulsman, T., 1993, Charting Earth’s Final Frontier: Earth, vol. 2, no. 4 (julio de 1993), p. 36-41. Discute la cartografía de volcanes, fallas, cañones y flujos de lava en el fondo del océano utilizando un dispositivo de sonar de barrido lateral llamado GLORIA (Geologic Long-Range Inclined Asdic).
La publicación de interés general «Marine Geology: Research Beneath the Sea» del Servicio Geológico de los Estados Unidos ofrece una visión general de los métodos y equipos que emplean los geólogos marinos para estudiar el fondo del océano. El folleto describe los estudios de la topografía del fondo oceánico, los sedimentos y los recursos minerales. Pida hasta 50 copias gratuitas (utilice el membrete de la escuela) al Servicio Geológico de los Estados Unidos, Box 25286, Denver Federal Center, Bldg. 810, Denver CO 80225; teléfono (303)236-7476.
Para niños más pequeños:
Cole, J., 1992, The Magic School Bus on the Ocean Floor: Scholastic, Inc., Nueva York. Los niños de la clase de la Sra. Frizzle realizan una excursión al fondo del océano para estudiar la vida animal y vegetal, un respiradero de agua caliente y un arrecife de coral (para niños de primaria).
Sobre los sistemas hidrotermales de las profundidades marinas:
Ballard, R. D. y Grassle, J. F., 1979, Incredible World of the Deep-sea Rifts: National Geographic, v. 156, No. 5 (Nov. 1979), p. 680-705.
Lutz, R. A. y Hessler, R. R., 1983, Life Without Sunlight – Biological Communities of Deep-Sea Hydrothermal Vents: The Science Teacher, v. 50, No. 3 (marzo de 1983), p. 22-29.
Tunnicliffe, V., 1992, Hydrothermal-Vent Communities of the Deep Sea: American Scientist, v. 80 (julio-agosto, 1992), p. 336-349.Volver al principio
Vídeos:
«Tesoros de Neptuno: Klondike en el fondo del océano» ($149.00; 26 min). Examina la relación entre las placas tectónicas y los depósitos de minerales marinos; muestra cómo se está cartografiando el fondo del océano y examina los sistemas de recuperación de los recursos marinos, entre los que se incluyen palas y cucharones submarinos y «aspiradoras» gigantes. Pedir a Films for the Humanities & Sciences, P.O. Box 2053; Princeton, N. J. 08543-2053; teléfono 1-800-257-5126. «The Last Frontier on Earth» ($79.00; 26 min.). muestra cómo los científicos están explorando el fondo marino mediante el mapeo con sonar de barrido lateral y la perforación en aguas profundas. Pedir a: Brittanica Learning Materials, Customer Service, 310 South Michigan Avenue, Chicago, IL 60604-9839; teléfono 1-800-554-9862.
«Physical Oceanography» ($59.95; 19 min.). Describe los métodos de exploración de los océanos; la interacción de los océanos con la biosfera, la litosfera y la atmósfera para crear un entorno único; y las tres características principales de los océanos: su química, su topografía y el movimiento del agua. Pídalo a Scott Resources, P.O. Box 2121K, Ft. Collins, CO, 80522; teléfono 1-800-289-9299.
Plantillas:
«Undersea Exploration» (16,00 dólares por 22 plantillas). Este conjunto ilustra la investigación submarina que utiliza sumergibles de aguas profundas y vehículos operados a distancia para estudiar los sistemas de grietas del fondo oceánico. Incluye fotos de fumadores negros, gusanos tubulares y equipos utilizados por los oceanógrafos. Pedir a la American Geophysical Union, Attn: Orders, 2000 Florida Avenue, N.W., Washington, D.C. 20009; teléfono 1-800-966-2481.
Algunas actividades relacionadas:
El módulo de Educación sobre la Evolución de la Corteza (CEEP), «¿A qué velocidad se mueve el fondo del océano?»fue desarrollado por la Asociación Nacional de Profesores de Geología. En este módulo los alumnos examinan los datos de los sedimentos del fondo oceánico, determinan si los datos apoyan la teoría de la propagación del fondo marino y calculan la velocidad de propagación de la Subida del Pacífico Oriental. Otros módulos del CEEP relacionados con el fondo oceánico son: «Placas litosféricas y topografía de la cuenca oceánica»; «Microfósiles, sedimentos y propagación del fondo marino»; «Movimiento del fondo marino del Pacífico»; «Un misterio del fondo marino: La cartografía de las inversiones de polaridad»; y «El trazado de la forma del fondo marino». Cada uno de estos módulos está disponible en un paquete de clase que incluye una guía para el profesor y 30 cuadernos de investigación para los estudiantes y cuesta 23,50 dólares. Pídalo a Ward’s Natural Science Establishment, Inc., 5100 West Henrietta Road, P.O. Box 92912, Rochester, Nueva York 14692-9012; teléfono 1-800-962-2260.
GLOSARIO
astenosfera porción del manto que subyace a la litosfera. Esta zona está formada por roca fácilmente deformable y en algunas regiones alcanza una profundidad de 700 km.
deriva continental Primera hipótesis que proponía grandes movimientos horizontales de los continentes. Esta idea ha sido sustituida por la teoría de la tectónica de placas.
límite de placa convergente un límite entre dos placas litosféricas que se mueven una hacia la otra. Estos límites están marcados por la subducción, los terremotos, los volcanes y la formación de montañas.
Punto Curie temperatura (unos 580 grados C) por encima de la cual una roca pierde su magnetismo.
fosas marinas profundas cuencas largas, estrechas y muy profundas (hasta 11 km) orientadas en paralelo a los continentes y asociadas a la subducción de la litosfera oceánica.
límite de placa divergente límite entre dos placas que se alejan la una de la otra; se crea una nueva litosfera entre las placas que se extienden.
litosfera capa rígida y más externa de la Tierra; incluye la corteza y el manto superior y tiene unos 100 km de espesor.
distancia interoceánica cadena montañosa continua en el fondo de todas las cuencas oceánicas importantes que marca el lugar donde se crea un nuevo fondo oceánico cuando dos placas litosféricas se alejan una de otra.
polaridad normal un campo magnético que tiene la misma dirección que el actual de la Tierra.
paleomagnetismo la magnetización permanente registrada en las rocas que permite reconstruir el antiguo campo magnético de la Tierra.
Pangaea o Pangea el propuesto «supercontinente» que comenzó a separarse hace 200 millones de años para formar los actuales continentes.
tectónica de placas la teoría que propone que la litosfera de la Tierra está dividida en placas que se mueven sobre una capa plástica en el manto. Las interacciones de las placas producen terremotos, volcanes y montañas.
polaridad invertida un campo magnético con dirección opuesta a la del campo actual de la Tierra.
límite de placa de transformación un límite entre placas de la litosfera que se deslizan una junto a otra.
extensión del fondo marino hipótesis, propuesta a principios de la década de 1960, según la cual se crean nuevos fondos oceánicos cuando dos placas se alejan la una de la otra en las dorsales oceánicas medias.
zona de subducción zona larga y estrecha en la que una placa litosférica desciende por debajo de otra.Volver al principio
UN MODELO DE DESPLAZAMIENTO DEL SUELO MARINO
INTRODUCCIÓN: La creación de nuevo suelo marino en los centros de propagación de los océanos medios y su destrucción en las zonas de subducción es uno de los muchos ciclos que hacen que la Tierra experimente un cambio constante.
PROPÓSITO: El propósito de esta actividad es realizar una maqueta sencilla que muestre la evolución de la corteza oceánica a través de la extensión del fondo marino y la subducción.
MATERIALES:
2 hojas de papel de 8,5″ x 11″ (la cartulina puede sustituirse por una de las hojas)
regla
lápices de colores o crayones
tijeras
cinta adhesiva transparente
cinta adhesiva
PROCEDIMIENTO: Si tu profesor te da una plantilla ya hecha para esta actividad, sáltate los pasos 1-4.
1) Coloca una hoja de papel de encuadernación de forma que el lado largo quede hacia ti (Fig. 1).
2) Dibuja una línea vertical en el centro del papel con una altura de 11,5 cm dejando 5 cm a cada lado de la línea. Esta línea representa un centro de expansión oceánica media (Ver Figura 1).
3) Dibuja una segunda línea vertical a la derecha de la línea central de manera que quede a 3 cm del borde derecho del papel. Esta línea representa una zona de subducción.
4) Dibuje una tercera línea vertical a la izquierda de la línea central de manera que quede a 3 cm del borde izquierdo del papel. Esta línea representa otra zona de subducción. Cuando hayas terminado, tu trozo de papel debe parecerse al diagrama de la figura 1.
Etiqueta la dorsal oceánica media y las zonas de subducción.
5) Con unas tijeras, corta las líneas verticales para que queden tres hendiduras en el papel, todas de la misma altura y paralelas entre sí. Para reforzar las hendiduras que ha hecho, coloque cinta adhesiva sobre cada una y vuelva a cortar la hendidura a través de la cinta.
6) En la segunda hoja de papel dibuje 11 bandas, cada una de ellas de 2,54 cm (1 «de ancho) perpendicular al borde largo del papel.
7) Elija un color para representar la polaridad normal y un segundo para representar la polaridad invertida. Coloree bandas alternas para representar períodos de polaridad normal e invertida. Colorea la banda del extremo izquierdo como polaridad invertida.
8) Corta el papel por la mitad paralelamente al borde largo para obtener dos tiras de papel como se muestra en la Figura 2. Marque las bandas de cada tira con flechas para indicar la alternancia de periodos de polaridad normal (flecha hacia arriba) e invertida (flecha hacia abajo). Volver al principio
9) Introduzca un extremo de cada tira de papel a través de la línea central de propagación de su primer trozo de papel (véase la figura 3).
10) Tire de cada tira de papel hacia las rendijas más cercanas a los márgenes del papel (las zonas de subducción). Pegue cada tira para hacer un bucle como se muestra en la figura 3.
11) Haga circular las cintas de papel (que representan la corteza oceánica) para simular el movimiento del fondo oceánico desde el centro de extensión oceánica media hasta la zona de subducción.
Inicie el movimiento de las cintas con bandas que representen la polaridad normal.
PREGUNTAS:
1) La Tierra tiene unos 4.600 millones de años. Basándote en las observaciones de tu modelo de propagación del fondo marino, ¿por qué crees que el fondo oceánico más antiguo sólo tiene unos 200 millones de años?
2) En el fondo oceánico real, las franjas alternas de polaridad normal e invertida no tienen todas la misma anchura. ¿Qué le dice esto sobre las longitudes de tiempo representadas por la polaridad normal e invertida?
