¿Por qué se elevan las montañas? Un ejemplo de la evolución del pensamiento científico.

por Marcial de la Cruz

Una de las preguntas más frecuentes que nos hacen los alumnos de primaria que visitan nuestro museo es: ¿cómo conchas y otros fósiles marinos pueden encontrarse en lo alto de las montañas? Les explicamos que el terreno donde están ahora esos fósiles, hace millones de años era un fondo marino donde se sedimentaban las conchas y esqueletos de estos seres, pero que esos fondos, por procesos de empujes, comenzaron a elevarse y hoy en día están muy por encima del nivel del mar, incluso en lo alto de las montañas.

Esta simplificación, que pensamos es asequible para un niño, muchas veces se queda corta y genera la siguiente pregunta ¿y cómo se elevan las montañas?. Como jamás se debe dejar sin contestar a las preguntas formuladas por un niño, aquí comienzan los apuros, y se intenta explicar con analogías como la de la corteza terrestre y la costra que se forma en un plato de sopa al enfriarse...o fíjate en cómo encajan las costas de África con las de América del sur...etc.

Hoy sabemos que la respuesta a ésta y otras preguntas similares se encuentra en los procesos que rigen la teoría de la tectónica de placas, pero estas preguntas que nos hacen ahora los chavales no están muy alejadas de las que se hacían los hombres de ciencia de siglos anteriores, la tectónica de placas, formulada en toda su plenitud alrededor de 1960, es un ejemplo del proceso inductivo científico.

Sir Isaac Newton decía sobre sí mismo y su trabajo: “si he visto más lejos que los otros hombres es porque me he aupado a hombros de gigantes”. Esta humilde manera de explicar la genialidad de sus ideas es, en esencia, la forma en la que se desarrollan y evolucionan las teorías científicas: se aprovecha lo andado por otros para poner a prueba y depurar los principios que rigen nuestro mundo, se añaden nuevas observaciones y se da el paso siguiente.

Vamos a andar este camino para comprender en qué observaciones se basó y cómo se formuló la teoría de la tectónica de placas.

Hasta finales del siglo XVIII, a la pregunta de cómo habían llegado restos de organismos marinos a lo alto de las montañas, se encontraba la respuesta en la Biblia: “debido al diluvio universal el nivel de las aguas creció hasta cubrir las montañas y cuando las aguas se retiraron se quedaron allí sus restos”. Como respuesta religiosa, la cuestión se cerraba con un punto final: no había nada más que añadir. Pero a las mentes inquietas, esta respuesta no era satisfactoria, pues los dogmas eran incompatibles con un pensamiento científico incipiente.

Desde que en el siglo XVI se cartografiaron las costas de África y de América, algunos observadores aventajados comenzaron a plantearse preguntas sobre la inamovilidad de los continentes. En los siglos XVII, y XVIII, personalidades como Sir Francis Bacon o George Louis Buffon ya dejaron constancia en sus escritos sobre diversas teorías de formación de la tierra.

La primera explicación sólida la formuló James Hutton en su libro “Teoría de la Tierra”, publicado en 1795. En él propone la Tierra como un sistema dinámico inmerso en un ciclo continuo de elevación de las montañas como consecuencia del calor interno del planeta y de la erosión y sedimentación de los materiales que las forman. Hutton ya establece la división de las rocas en ígneas, sedimentarias y metamórficas. Como era previsible, las novedosas ideas de Hutton, unidas a lo oscuro de su prosa, no recibieron una agradable acogida en la conservadora sociedad del siglo XVIII y principios del XIX, necesitando que fueran explicadas posteriormente por otros: entre ellos destaca Charles Lyell.

Portada de Principios de Geología de Charles Lyell

Lyell, en su libro “Principios de Geología” publicado en 1830, desarrolla la teoría “Uniformista”, de Hutton, por la que la Tierra se formó lentamente a lo largo de grandes periodos de tiempo, en un proceso constante de creación y destrucción del relieve, y en el que las mismas fuerzas que en el pasado provocaron estos fenómenos, siguen funcionando actualmente. La teoría “Uniformista” surge en oposición de la teoría “Catastrofista”, liderada por Cuvier, entre otros, según la cual el relieve es fruto de una sucesión de grandes catástrofes de corta duración pero de profundos efectos.

Lyell distinguía dos tipos de fenómenos: unos fenómenos ígneos, caracterizados por los volcanes y los terremotos, que creaban el relieve, y otros fenómenos acuosos de erosión y sedimentación, que lo destruían, creando un equilibrio dinámico que viene funcionando de forma lenta, continua y uniforme desde el principio de los tiempos hasta la actualidad. Estas ideas formuladas por Lyell, aplicadas a la Geología, fueron después trasladadas por Darwin a la Biología en su teoría de la evolución de las especies por medio de la selección natural, trabajando esta última a un ritmo lento, continuo y uniforme.

Aunque las ideas de Lyell sobre las causas de la creación del relieve supusieron un gran avance, no explicaban suficientemente como se elevaban las cadenas montañosas. Fue James Dwigh Dana quien dio una explicación a la altura del conocimiento de la época sobre la formación de las cadenas montañosas, en su libro “Manual de Geología” de 1862, enunciando la teoría “Contraccionista”, que explica que la Tierra, incandescente en su origen, está inmersa en un continuo proceso de enfriamiento que provoca que la corteza, al solidificarse, se contraiga y arrugue, provocando la elevación de determinadas regiones y el hundimiento de otras. El ejemplo clásico empleado era la analogía de la deshidratación de una manzana que al secarse su piel se arruga. Derivándose de esta teoría, se concretó la teoría del “Geosinclinal”, que propone que los “sinclinales”, largas fosas fruto de la contracción, se llenaban lentamente de sedimentos y que por efecto del peso de éstos, se aproximaban los taludes laterales expulsando los sedimentos y formando las cadenas montañosas. Esta teoría se complementó en paralelo con la teoría “Isostática”, que enunciaba que la corteza de la Tierra (sólida y de menor densidad) se encontraba en equilibrio hidrostático sobre el manto (líquido y más denso), compensándose el mayor peso de las cadenas montañosas por un empuje vertical basado en el principio de Arquímedes. Estas teorías estuvieron vigentes, hasta aproximadamente 1950, como explicación de la formación y elevación de las montañas.

A principios del siglo XX, el meteorólogo y geofísico alemán Alfred Lothar Wegener, propuso una nueva teoría que luego se llamaría “Deriva Continental”. De forma escueta, esta teoría postula que la distribución geográfica de los continentes ha variado a lo largo de la historia geológica de la Tierra, y que, como consecuencia del movimiento de los continentes se producían empujes que provocaban la elevación de las cadenas montañosas.

Wegener llegó a esta conclusión después de analizar diversas evidencias, geométricas, paleontológicas y paleoclimáticas. Comenzó observando lo similares que eran en su trazado los límites de las plataformas continentales de las costas de Europa, África y América, que permitían un encaje entre ellas muy ajustado. Confirmó que los fósiles de las costas de África y América, en los puntos de encaje, pertenecen a los mismos periodos, siendo idénticos o muy similares, y por último, comprobó, analizando glaciares y restos vegetales, que las condiciones del clima en el pasado fueron muy similares en las concordancias a ambos lados del océano. De hecho, quizás por su formación en meteorología fue uno de los pioneros en el estudio de la Paleoclimatología.

Aunque presentó el germen de su teoría en 1912, en una conferencia de la Unión Geológica Alemana, fue en 1915 cuando la concretó en el libro “El origen de los continentes y los océanos”. Al principio su teoría fue acogida con diversidad de opiniones, para ser posteriormente rechazada de forma absoluta, ridiculizándole cruelmente: no olvidemos que las teorías que se encontraban vigentes en aquel momento eran las “contraccionistas”, y ninguna de ellas contemplaba grandes desplazamientos horizontales como la teoría de Wegener implicaba. Además, no fue capaz de definir qué fuerzas eran las que empujaban a las placas continentales en su movimiento horizontal.

Al finalizar la Segunda Guerra Mundial nadie creía en la Teoría de la Deriva Continental, pero el comienzo de la Guerra Fría y el desarrollo del submarino como arma estratégica, precisó la realización de una buena cartografía del fondo oceánico. En estos mapas topográficos de los océanos se reconocen larguísimas cordilleras sumergidas (dorsales) en el centro de los océanos y profundas fosas marinas en algunos de sus márgenes.

También se comienza a tomar las primeras muestras de roca del lecho oceánico, que hasta ese momento se suponían las rocas más antiguas de la Tierra, pero cuál fue la sorpresa que se demostró que no era así, no existiendo ninguna roca en el lecho oceánico de una antigüedad mayor al periodo Jurásico, y lo que es más importante, las rocas eran cada vez más jóvenes cuanto más próximas estaban a las dorsales oceánicas y además, este patrón y el del estudio Paleomagnético (Sucesivas inversiones del polaridad de la tierra a lo largo de su historia geológica) se repetía de manera simétrica a ambos lados de ellas.

De todas estas evidencias, geocronológicas, paleomagnéticas y topográficas, por un lado, el geólogo y ex-militar estadounidense de la lucha antisubmarina, Harry Hammond Hess, y por otro, el geofísico, también americano, Robert Sinclair Dietz, recuperaron y actualizaron la teoría de Wegener, y enunciaron la teoría de “la expansión de los fondos oceánicos”, que, de forma resumida dice, que en las dorsales oceánicas, se está creando, de forma continua, placa en forma de emisiones del manto de materiales basálticos, que se enfrían y solidifican rápidamente, y como consecuencia, en las fosas se destruye placa y se incorpora de nuevo al manto. A este proceso se le ha denominado por analogía “cinta transportadora”.

En la década de los 60 del siglo pasado, científicos de todo el mundo recogieron multitud de nuevos datos de todos los rincones del globo que confirmaron estas hipótesis, y desarrollaron la teoría unificada de la “Tectónica de Placas”, aparcando de forma definitiva las teorías contractivas.

Aunque de forma resumida ya he expuesto la proposición básica de la Tectónica de Placas, vamos a ampliar algunos conceptos:

La tierra tiene un radio aproximado de 3000 Km., y está formado por una serie de capas concéntricas de características muy diferentes. La capa más exterior es la “litosfera”, que tiene un espesor variable entre 100 y 200 Km., y está formada por la corteza, con un espesor de entre 10 y 50 Km., y el manto subyacente: ambas compuestas principalmente por basaltos y granitos, y con un comportamiento mecánico común de sólido semirrígido. Debajo de la litosfera se encuentra la “Astenosfera”, sobre la que “flota” la primera, que tiene un comportamiento de fluido. La astenosfera está formada por rocas semifundidas, más densas que las de la litosfera, (principalmente peridotitas), compuestas por sílice, aluminio, magnesio y calcio. En el centro de la tierra se encuentra el núcleo formado por elementos metálicos más pesados y compuesto principalmente por níquel y hierro.

La tectónica de placas explica que la litosfera no es una capa continua, si no que está fraccionada en placas, (tal como si fuera un balón de fútbol), que interaccionan unas con otras en sus bordes, originando deformaciones en la corteza que han dado lugar a las cadenas montañosas del planeta y a las grandes fosas oceánicas. Al mismo tiempo explica que la fricción en los bordes de las placas es la causa de la mayoría de los terremotos y también de los volcanes, al haberse comprobado que la mayoría de los terremotos y de los volcanes tienen su origen siguiendo el trazado de los bordes de las placas, (cinturones sísmicos y de fuego).

En las dorsales oceánicas se crea nueva placa, mediante el proceso que antes expliqué de “expansión del fondo oceánico”. Las placas crecen y se desplazan a una velocidad estimada en 2,5 cm. al año. En su otro extremo, se encuentra con otra placa y, en un fenómeno llamado “subducción”, una placa se introduce por debajo de otra, produciendo, en su encuentro, una fosa, al mismo tiempo que “levanta” a la placa por debajo de la cual se introduce, creando y haciendo crecer cadenas montañosas. La placa que se hunde, en contacto con la astenosfera, vuelve a fundirse incorporando sus materiales al manto. Dado que las placas son sólidas y bastante rígidas, en estos puntos de encuentro, las fricciones ocasionan tensiones, que superado un determinado límite, liberan de golpe toda la energía acumulada, ocasionando terremotos. Si éstos se producen en el fondo marino, hacen que se desplacen grandes volúmenes de agua que dan lugar a los Tsunamis.

Procesos de creación y destrucción de placa

Banco de Imágenes y Sonidos del MEC; Autor; José Alberto Bermúdez

El motor de esta “cinta transportadora” de materiales, es decir, la causa del movimiento horizontal de las placas, que Wegener no supo explicar, todavía no está suficientemente comprobada, pero se cree que se debe a corrientes de materiales fundidos en el manto ocasionadas por una mezcla de factores como pueden ser convección del fluido caliente, arrastre y succión de la corteza, fuerzas gravitacionales ocasionadas por el sol y la luna etc.. Estos factores y su importancia relativa son actualmente objeto de estudio y debate.

El número de las placas varía según autores entre 7 y 17, aunque el más aceptado es de 15 grandes placas y multitud de placas más pequeñas. Éstas pueden ser continentales, oceánicas o mixtas, con parte continental y oceánica.

Los bordes de las placas, donde entran en contacto con las adyacentes, pueden ser: “Divergentes”, donde se crea placa por emisiones de magma del manto, por ejemplo las dorsales oceánicas; “Convergentes”, donde se destruye placa por subducción, por ejemplo, la costa occidental de América; y “Transformantes”, donde una placa se desplaza lateralmente respecto a otra: por ejemplo, la falla de San Andrés en California.

Otra implicación que contempla la Tectónica de Placas y que ya expuso Wegener en su libro “El origen de los continentes y los océanos”, es la variación geográfica de los continentes a lo largo de la historia geológica. Los movimientos de las placas existentes durante el Paleozoico ocasionó que a principios del Mesozoico todas las tierras emergidas se fusionasen en un único continente que se denominó “Pangea”, a finales del Triásico y principios del Jurásico, hace unos 200 millones de años, este supercontinente comenzó a fracturarse en Laurasia en el norte, que comprendía Europa, Asia y América del Norte y en el sur Gondwana, formada por África, América del sur, la Antártida, Australia y la India. La fisura entre el norte de África y la costa oriental de Norteamérica abrió el océano Atlántico norte. Los continentes que formaban Gondwana empezaban a girar entre sí, augurando la disgregación que más tarde se produciría.

Durante el Cretácico, la placa africana se separó de Gondwana, derivó hacia el norte y se hundió bajo la de Laurasia, creando Los Alpes. Se formó en la zona de contacto una franja de actividad volcánica que aún hoy en día continúa en la península italiana y Sicilia. El océano Atlántico continuó creciendo a lo largo de toda su dorsal, aumentando la distancia entre América del norte y Europa y separando América del sur de África. Ambas placas americanas en su desplazamiento hacia el oeste entran en colisión con la placa oceánica del Pacífico, montándose sobre ella. Como resultado de estas presiones se forman las Montañas Rocosas en el norte y los Andes en el sur. En el este de Gondwana, se separa la placa India y deriva hacia el norte en dirección de colisión con Laurasia, hecho que se produjo hace aproximadamente unos 50 millones de años, plegando los sedimentos del mar de Tetis y comenzando a formar la cordillera del Himalaya, mientras, las placas de la Antártida y Australia migran hacia el sur y se separan.

Toda esta información Paleogeográfica es muy valiosa a la hora de entender la evolución diferenciada de los grupos biológicos, pues marca los puntos en los que miembros del mismo grupo adoptan rutas evolutivas divergentes, el ejemplo clásico es de los mamíferos en Australia. Los mamíferos primitivos se distribuían uniformemente por Gondwana cuando Australia se separó. El aislamiento y la ausencia de competidores placentados, hizo que los marsupiales alcanzaran su mayor grado de desarrollo y evolución.

La formulación actual de la teoría de la tectónica de placas es fruto de la colaboración multidisciplinar de geólogos, geofísicos y sismólogos de diversos países, entre ellos destacan: Allan V. Cox , Hiroo Kanamori, Linn Sykes, Tuzo Wilson, Maurice Ewing, Walter Pitman, etc.. y por supuesto, del trabajo y aportación de todos aquellos que con anterioridad hicieron sus aportaciones y que constituyen los “hombros de gigantes”, Harry Desmond Hess, Robert Sinclair Dietz, Alfred Lothar Wegener, James Dwigh Dana, Charles Lyell y James Hutton.

Como anticipaba y habéis podido comprobar, en la historia de la proposición de la teoría de la tectónica de placas se tiene un buen ejemplo del proceso científico; de la sucesión de teorías: Uniformistas, Contraccionistas, Geosinclinal, Isostática, Deriva Continental, y Expansión de los fondos oceánicos, las cuales cumplen el principio enunciado por el filósofo de la ciencia Karl Raimund Popper: “una teoría será científica si es susceptible de ser falsada por la experiencia”.

La falsación consiste en la comprobación de que un enunciado no es cierto, por no haber superado las pruebas experimentales, lo cual demostraría la falsedad de una teoría. Un enunciado que resiste la prueba de falsación puede ser considerado provisionalmente como útil para actuar sobre la realidad ya que el conocimiento científico no busca la certeza en sus enunciados ni la verdad de los mismos, sino su verosimilitud o proximidad a la verdad. Por consiguiente todo enunciado que no admite ser falsado empíricamente no es un enunciado científico, sino una proposición metafísica.

Todas las teorías anteriormente citadas se basaban en las observaciones que el nivel de conocimiento del momento histórico en el que se formularon permitía, pero cumplían con la condición de poderse comprobar su falsabilidad, lo que les da la consideración de enunciados científicos, incluso la actual teoría de la tectónica de placas con el gran consenso que reúne entre los científicos de todo el mundo, no pierde el carácter de provisional, y quién sabe si en el día de mañana, a la vista de nuevas observaciones y tras someterla a un proceso de falsación, se reformula y es sustituida por otra nueva teoría.

Lo que nos lleva a la base de cuál es el origen de cualquier inducción científica: las observaciones no son otra cosa más que una cuidadosa recopilación de datos de la manera más aséptica, es decir, sin prejuicios ni supuestos previos, aunque esto ya es más difícil, y ni siquiera la ciencia está a salvo de ese ruido de fondo.

Comencé con una cita de Newton, y ya que las observaciones son fruto de la curiosidad, y ésta es una de las cualidades que intentamos estimular en los jóvenes que visitan nuestro museo, considero adecuado terminar con otra cita de este mismo gran científico:

"No sé cómo puedo ser visto por el mundo, pero en mi opinión, me he comportado como un niño que juega al borde del mar, y que se divierte buscando de vez en cuando una piedra más pulida y una concha más bonita de lo normal, mientras que el gran océano de la verdad se exponía ante mí completamente desconocido."

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