¿Por qué la tierra tiene tectónica de placas?

Como señala Peter Roberts, la tectónica de placas debería ocurrir en cualquier planeta que tenga una corteza delgada y sólida sobre una capa “fluida” debajo. (Pongo “fluido” entre comillas porque esa capa no necesita ser líquida como pensamos: el manto de la Tierra, por ejemplo, no es un océano de magma líquido, ya que tengo que recordarles a mis estudiantes de Ciencias de la Tierra. Pero las rocas del manto son lo suficientemente “pegajosas” que fluyen y se convencen a largo plazo).

Un lugar donde parece existir una versión de la tectónica de placas, aunque no exactamente como la Tierra en todos los detalles, es en la luna Europa de Júpiter, que tiene una corteza helada por encima (creemos) de un océano de agua. La corteza de Europa está marcada con largas zonas donde ha tenido lugar algo parecido a la expansión del fondo marino: la corteza helada vieja se separó, la nueva corteza se formó a partir del agua que subía desde abajo. Aquí hay un ejemplo, en realidad, dos ejemplos: una zona sin nombre en Europa a la derecha, y una característica llamada Arbeia Sulcus en una luna joviana diferente, Ganímedes, a la izquierda. (Fuente: Página de catálogo para PIA02575) Especialmente en la imagen de Europa, puede ver cómo la zona corta a través de grietas o fallas más antiguas y las desplaza (y cómo algunas fallas más nuevas están cortando la zona ancha):

Y más recientemente, se han encontrado características que parecen ser análogas a las zonas de subducción, donde la corteza vieja se empuja debajo de la superficie y finalmente se destruye. Vea a los científicos encontrar evidencia de placas tectónicas ‘buceo’ en Europa. . .

Entonces, algo similar a la tectónica de placas parece estar sucediendo en Europa (y posiblemente en Ganímedes).

También se ha propuesto que Marte tenía tectónica de placas activa al mismo tiempo, aunque ahora no. Esto es lo que creo que es una evidencia bastante concluyente: en la Tierra, los polos del campo magnético se invierten cada cierto tiempo. A medida que se forma nueva corteza en las crestas oceánicas medias, la roca de enfriamiento se magnetiza junto con la dirección del campo magnético en el momento en que se formó la roca. El resultado es que si mides la polaridad del campo magnético de la corteza, obtienes “franjas” alternantes de rocas con la polaridad normal y rocas con polaridad invertida, paralelas y simétricas a través de una cresta oceánica media. (Sospecho que no estoy explicando esto bien, ¡no soy muy coherente antes del café! Pero aquí hay una mejor explicación, cortesía del USGS: Desarrollando la teoría [This Dynamic Earth, USGS])

De todos modos, cuando mides los campos magnéticos de las rocas corticales y las secciones de corteza con código de color por su polaridad magnética, obtienes esto:

Esto es significativo para Marte, porque el Mars Global Surveyor comenzó a mapear el magnetismo de la corteza marciana en 1997, y encontró esto:

Puedes ver las rayas prominentes en el hemisferio sur, centradas en 180 °. He visto argumentos de que Marte debe haber tenido un proceso similar a la expansión del fondo marino de la Tierra (¿Tectónica de placas en Marte?) Y un contraargumento de que las rayas fueron causadas por algo como la actividad de puntos calientes (Nueva teoría para las bandas magnéticas en Marte). No soy un experto en este campo y felizmente dejaré el debate a quienes sí lo están, pero no puedo entender cómo se obtendrían rayas magnéticas en Marte sin algún tipo de actividad tectónica.

Entonces: la tectónica de placas no solo ocurre en la Tierra; Probablemente esté sucediendo ahora en Europa y Ganímedes, y probablemente sucedió en algún momento en Marte. (Lo que plantea la pregunta de por qué todavía está activo en la Tierra pero terminó en Marte, pero tengo que tomar un café antes de poder abordarlo).

La razón principal parece ser la colisión, hace 4.500 millones de años, de la Tierra con un planeta del tamaño de Marte (que los astrónomos han llamado Theia ). Ambos planetas se derritieron por el impacto, y los metales pesados ​​(principalmente hierro y níquel) comunes a ambos se hundieron en el centro de la (nueva) Tierra. Las rocas más claras (en su mayoría granito) comunes a ambos, que representan el 1.2% de la masa total de ambos planetas, fueron arrojadas a un anillo (como el anillo de Saturno) que finalmente se unió a nuestra Luna. Como resultado de combinar elementos pesados ​​y perder material más liviano, la Tierra es el planeta más denso del Sistema Solar, y su corteza es relativamente delgada y frágil, sujeta a ser movida (tectónica de placas) por las corrientes de convección de las capas más profundas y calientes. del manto de la tierra.

Venus, que no ha sufrido una colisión de este tipo, tiene el tamaño de la Tierra, pero su corteza es diez veces más gruesa que la de la Tierra, por lo que está bloqueada en su lugar y no está tan fácilmente sujeta a las corrientes de convección desde abajo. Aparentemente, cada 400 millones de años más o menos, el calor interior de Venus se acumula lo suficiente como para derretir la corteza y liberar el calor al espacio. Agradezca que tengamos placas tectónicas en la Tierra, que liberan el calor de forma gradual y continua. De lo contrario, el destino de Venus podría haber sido el nuestro, lo que habría sido catastrófico para la vida en la Tierra.

Como me enseñaron, el interior de la tierra está extremadamente caliente y, por lo tanto, el manto siempre está en movimiento. El material más caliente cerca del núcleo se eleva, y el material del manto más frío se hunde. Estos movimientos se llaman corrientes de convección, y son lo mismo que se ve en una olla de estofado o sopa, donde el líquido caliente se eleva en algunos puntos y se hunde en otros en una rotación constante.

Agua hirviendo. Observe las corrientes de burbujas que se elevan en ciertos lugares y ponen en movimiento la superficie. Entre las corrientes ascendentes, el agua ligeramente más fría se mueve hacia abajo para tomar el lugar del agua ascendente. Llamamos a estos movimientos circulares “corrientes de convección”.

Bueno, los continentes son los materiales más livianos y menos densos del planeta, y flotan sobre el material del manto volcado. Las corrientes de convección de este material del manto mueven las placas superficiales ligeras y frías alrededor de la forma en que se mueve la espuma en una olla de mermelada hirviendo.

Mermelada de arándanos en ebullición. Observe la espuma espumosa en la parte superior, que se mueve por las corrientes de convección en la mezcla de ebullición rápida. Continentes!

Se creía por unanimidad que tenemos tectónica de placas porque la tectónica de placas es una de las formas en que un planeta irradia calor al espacio. Entonces, debido a que se genera mucho calor dentro de la Tierra a través de la radiactividad, este calor genera corrientes de convección en el manto que empujan y tiran de las placas relativamente delgadas que forman la corteza. Dicho en una forma muy muy simplificada, esta es la explicación tradicional de la tectónica de placas. Incluso hoy, quizás más de la mitad de los científicos de la Tierra todavía creen que está ocurriendo alguna forma de convección. Los detalles de cómo y en qué medida funciona la convección en el manto de la Tierra están en debate.

La explicación alternativa para la tectónica de placas que se propuso en los últimos 20 años o menos es que las placas impulsarían todo por sí mismas. Por ejemplo, una parte de la placa es más densa y se hunde en el manto; al hacerlo, arrastra el resto de la placa con ella (que es lo suficientemente ligera como para flotar sobre el manto) y que este mecanismo por sí mismo es responsable de tectónica de placas y no necesariamente como una forma de irradiar el calor de la Tierra (por lo que no hay más convección en el manto en este modelo)

Puedo proporcionar referencias y enlaces para una lectura (fácil) adicional si está interesado.

Espero que esto ayude.

La corteza terrestre se asienta sobre una repisa de roca fundida que, en su núcleo, contiene un núcleo de hierro fundido. Las placas en la superficie flotan esencialmente sobre la repisa de la chimenea, por lo que, en términos de lamentos, la Tierra tiene tectónica de placas. Los otros planetas rocosos alguna vez tuvieron placas tectónicas muy parecidas a la Tierra, pero como Marte es mucho más pequeño y, lo que es más importante, menos denso que la Tierra. Su centro fundido se enfrió más rápido que el de la Tierra debido a esto, lo que lo hace geológicamente muerto.

Me gusta la respuesta de Peter. La tectónica de placas debería ocurrir en planetas que tengan las condiciones adecuadas. Entendemos bastante bien esas condiciones, al menos cuando se aplican en la Tierra, pero está empezando a parecer que algunas de las lunas heladas alrededor de los gigantes gaseosos pueden tener algo similar a la tectónica de placas. Plutón también está empezando a parecer interesante.

En lo que respecta a la Tierra, me he preguntado cuánto la colisión con el objeto del tamaño de Marte que formó nuestra luna afectó los sistemas que luego crearon nuestro interior en capas (sin mencionar nuestro campo magnético). Y en Marte, hay un segmento de los Valles Marineris que tiene un borde tan recto que me he preguntado si no era parte de una trinchera de subducción o un valle de grietas (hay algunos volcanes cerca). Venus caliente y seco demuestra que el agua es necesaria para el tipo de tectónica global que tenemos en la Tierra: Venus tiene actividad volcánica, pero no tectónica de placas.

(Este tipo de pregunta es una de las razones por las que amo la geología).

considera esto. Toma un poco de harina de trigo, haz una masa y déjala. Cuando la masa se enfría. Tendrás una costra.

Similar es la tierra que era una masa de rocas fundidas cuando se formó. Se está enfriando, se ha formado una corteza. La única diferencia es que el núcleo todavía está recibiendo calor y la masa de roca fundida está girando. Le ha dado una corteza móvil con la fuerza impulsora de convección de magma.

Probablemente me derrumbaré por esto:
¿Cómo sabes que no lo hacen?
Mientras el núcleo de un planeta esté fundido, habrá fuerzas tectónicas de placas en funcionamiento.

Nota: Esta respuesta se movió de una pregunta que preguntaba “¿Por qué algunos planetas NO tienen tectónica de placas?”, Por lo que ahora no parece lógico.

No estamos seguros de que lo hagan. Sin embargo, dado que la tectónica de placas requiere al menos un núcleo fundido, pueden ocurrir solo en la Tierra en este sistema solar.