Tectónica de placas en Marte

Antes de adentrarnos en la Tectónica de Placas del planeta rojo, vamos a hacer un breve repaso de esta teoría  en la Tierra.

La litosfera es la capa superficial de la Tierra sólida, caracterizada por su rigidez. Está formada por la corteza terrestre y por el Manto Superior, la zona más externa del manto residual, y «flota» sobre la astenosfera, una capa «blanda» que forma parte del manto superior. Es la zona donde se produce, en interacción con la astenosfera, la tectónica de placas.

La litosfera está fragmentada en una serie de placas tectónicas o litosféricas, en cuyos bordes se concentran los fenómenos geológicos endógenos, como el magmatismo (incluido el vulcanismo), la sismicidad o la orogénesis. Las placas pueden ser oceánicas o mixtas, cubiertas en parte por corteza de tipo continental.

La Tectónica de placas es una teoría que explica la estructura y la dinámica de la superficie terrestre y que describe el movimiento de las placas, sus direcciones e interacciones.

Los científicos creen que el origen de las placas tectónicas procede de las corrientes de convección que se producen en el interior del manto terrestre, en la astenosfera, lo que produce una fragmentación en la litosfera. Estas corrientes de convención son patrones circulatorios que se presentan en fluidos que se calientan en su base. Este calor provoca que la parte inferior del fluido se dilate, por lo que su densidad baja, lo que causa su ascenso en el manto. Al alcanzar la superficie se enfría y vuelve a precipitarse al aumentar de nuevo la densidad, comenzando de nuevo el ciclo. La fuente de calor que genera este movimiento tiene su origen en el núcleo terrestre, que de esta forma libera el calor original almacenado en su interior, y que fue adquirido durante la formación de la Tierra.

Es en los límites de las placas tectónicas donde se producen los grandes fenómenos geológicos del planeta. Estos límites pueden ser de tres tipos:

    -Divergentes: son límites en los que las placas se separan unas de otras y, por lo tanto, emerge magma desde regiones más profundas (por ejemplo, la dorsal mesoatlántica formada por la separación de las placas de Eurasia y Norteamérica y las de África y Sudamérica).

    -Convergentes: son límites en los que una placa choca contra otra, formando una zona de subducción (la placa oceánica se hunde bajo de la placa continental) o un cinturón orogénico (si las placas chocan y se comprimen). Son también conocidos como "bordes activos".

    -Transformantes: son límites donde los bordes de las placas se deslizan una con respecto a la otra a lo largo de una falla de transformación.

Falla de San Andrés.

En determinadas circunstancias, se forman zonas de límite o borde, donde se unen tres o más placas formando una combinación de los tres tipos de límites.

Cuando era niña, para explicar el movimiento de las placas sobre el manto terrestre, la profesora de ciencias llenó un plato con natillas y con galletas que simulaban las diferentes placas, y nos explicó el movimiento de éstas, recreando los diferentes procesos que se dan en sus límites: orogénesis, subducción,…Al final de la clase nos comimos entre todos las natillas y las galletas.

La Tierra es el único planeta del sistema solar con placas tectónicas activas, aunque hay evidencias de que en tiempos remotos Marte, Venus y alguno de los satélites galileanos, como Europa fueron tectónicamente activos.

Tectónica de placas en Marte

Geometría de las placas propuesta por Sleep.

 En 1994, Norman Sleep, un geofísico de la Universidad de Stanford (Estados Unidos), propuso que Marte había experimentado una etapa, corta y antigua, de tectónica de placas. Aunque al principio este artículo fue ignorado por la comunidad científica, su interés se retomó tras las observaciones de la Mars Global Surveyor.

 Los geólogos planetarios señalan diversas estructuras marcianas como señales de estos procesos. Por ejemplo, se han detectado zonas de subducción en el valle de Ares, con una disposición de rocas similares a las que se da en la Tierra en estas zonas. Además, la alineación de los volcanes cercanos al valle Marinelis se parecen a los que se observan en las fallas terrestres.

Simulación de la actividad convectiva en el planeta rojo que dio lugar al volcán Olimpo.

 A pesar de estas similitudes con nuestro planeta, se sabe que la tectónica de placas de Marte es diferente a la de la Tierra.  Mientras que la litosfera terrestre se encuentra dividida en grandes placas, la litosfera marciana parece inmóvil y determina la formación de domos gigantescos, de unos cuentos kilómetros de altura, y varios centenares de kilómetros de diámetro, que contienen grandes volcanes, como el monte Olimpo. Además, en el pasado, Marte tuvo un equilibrio térmico diferente al actual, con un núcleo con una actividad similar al terrestre que proporcionaría el calor necesario para posibilitar la dinámica de la litosfera. Ahora el manto se ha enfriado lo suficiente como para detener la tectónica de placas.

Pero no podemos comprender el pasado geológico de Marte si no analizamos el magnetismo del planeta. El planeta rojo no posee un campo magnético dipolar como el de la Tierra. Por ello cuando la Mars Global Surveyor captó este tipo de señal, los científicos apuntaron a que procedería de un magnetismo remanente o fósil en las rocas. Pero dos características llamaron la atención de los científicos: el magnetismo estaba distribuido de forma muy irregular sobre el planeta, y presentaba, al igual que en las rocas terrestres, máximos y mínimos alternantes, con una estructura bandeada.

Campo magnético remanente fosilizado en las rocas de la superficie marciana. (Connerney et al, 2000)

En la Tierra, este bandeado magnético revolucionó la geología de los años 60.La tectónica de placas provoca la formación de rocas basálticas, que forman los fondos oceánicos. En estos basaltos cristalizan la magnetita y otros minerales magnéticos, que al enfriarse adquieren la dirección del campo magnético presente en ese periodo. Pero el campo magnético no es estable, por lo que el estudio de este magnetismo fósil nos permite reconstruir el pasado magnético terrestre.

A diferencia de en la Tierra, las rocas marcianas con magnetismo remanente pertenecen a las tierras altas, es decir, a las equivalentes rocas continentales terrestres. Y aunque también las rocas continentales de nuestro planeta presentan estas anomalías magnéticas, éstas se forman por colisión de fragmentos oceánicos en una zona de subducción litosférica, un proceso no aplicable a la geometría de las bandas marcianas.

Otros rasgos de la geología marciana requieren una etapa de tectónica de placas. Por ejemplo, la diferencia de altitud entre las tierras bajas y altas de Marte, cuyo símil serían los taludes continentales de los océanos terrestres, formados cuando los continentes se separan. Otra zona, conocida como Arabia Terra, pudo haberse originado por un proceso de subducción, lo que originó un borde constructivo detrás del arco volcánico de Tharsis.

 

En 1989, Kent Condie, de la Universidad de Nuevo México, sugirió que Marte atravesó un periodo de actividad tectónica activa durante unos 100 o 200 millones de años, hace unos 4.000 millones de años. Llegó a esta conclusión tras adoptar la hipótesis de que los planetas terrestres, en su proceso evolutivo temprano, estaban cubiertos por océanos de magma. El calor de estos océanos fue enfriándose exponencialmente, lo que provocó un periodo de tiempo o ventana, en la que se produjo un intervalo térmico comprendido entre la adquisición de una litosfera rígida, y el enfriamiento del manto que haría imposible la convención.

En esta fase inicial de altas temperaturas, el campo magnético marciano quedó fosilizado en sus rocas. Aunque este magnetismo pudo ser generado por el magma que cubría la superficie marciana, la mayoría de los científicos apuntan su origen a la actividad generada por el núcleo de Marte.

Cuenca Argyre.

Un área importante que avala este estudio son las grandes cuencas de impacto Hellas y Argyre, con 2.000 y 800 kilómetros de diámetro respectivamente. Los científicos datan estas estructuras de hace entre 4.000 y 3.900 millones de años, y no presentan magnetismo remanente. Puesto que en estas estructuras debieron formarse grandes lagos de lava, debería haber un magnetismo remanente. Al no existir, los geólogos sugieren que no había un magnetismo apreciable en Marte en aquella época. Esta ausencia de magnetismo se ha interpretado de dos formas: o bien el campo magnético se había extinguido ya, o bien aún no había comenzado a actuar. La mayoría de los geofísicos planetarios son de la primera opinión. Su principal argumento es que, puesto que la corteza donde se hallan las grandes bandas magnetizadas parece anterior a las cuencas de impacto, el pensar en un campo post-impactos equivaldría a imaginar dos etapas de magnetismo marciano separadas por un intervalo sin magnetismo.

Existen todavía muchos interrogantes sin responder. Por ejemplo, los científicos no saben cómo relacionar la existencia de un magnetismo tan breve en el tiempo con un vulcanismo cuyas evidencias persisten hasta el presente, ya que en un principio los dos fenómenos deberían estar conectados. Y si la tectónica de placas de Marte ya no es activa, ¿qué mecanismo es el que produce las fallas observadas de cientos de kilómetros de longitud?

Francis Nimmo y David Stevenson han propuesto sendas teorías para tratar de dar luz a estas preguntas. Según estos científicos Marte atravesó hace más de 4.000 millones de años una efímera tectónica de placas. Durante este periodo el manto se fue refrigerando mediante la circulación convectiva que hizo aumentar la viscosidad del manto, acabando con ello, la movilidad litosférica. A partir de este momento, el manto comenzó a acumular calor que no pudo liberarse a través de la tectónica de placas, hasta que su temperatura se acercó a la del núcleo marciano. En un momento dado la diferencia de temperatura entre el manto y el núcleo fue tan pequeña que la convención del núcleo quedó inhibida, ya que este fenómeno no se produce si no hay una superficie superior más fría, siendo esta la causa que puso fin a la actividad geodinamo de Marte. Con esta teoría, Nimmo y Stevenson hacen que la tectónica de placas sea la causa y no el efecto del campo magnético del planeta rojo. A este modelo aún le queda un largo camino para ser comprobado, ya que aún queda sin resolver por qué algunos meteoritos marcianos formados en épocas posteriores, poseen un magnetismo remanente. Además, si los volcanes de Marte tienen su origen en puntos calientes, para que se generen estos, se precisa de un núcleo más caliente que el manto.

La Mars Global Surveyor reveló que el hemisferio Norte emite más calor, lo que es coherente con su ausencia de magnetismo remanente, y con la suposición de que se trata de corteza más joven que la de las tierras altas del Sur. La presencia de hierro en el manto marciano es el doble del existente en la Tierra, lo que podría explicar los altos valores de la magnetización remanente: el campo magnético de Marte no habría sido tan intenso, sino que las rocas de este planeta son grabadoras de primera calidad. Por otra parte, la zona de Arabia Terra parece tener una corteza de espesor intermedio entre las de los dos tipos, lo que es compatible con la subducción y adelgazamiento cortical bajo esta región.

Bibliografía

http://www.espacial.org/planetarias/astrobiologia/magnetotaxia1.htm

http://www.solarviews.com/span/marsvolc.htm

http://www.ucm.es/info/planetas/programa/tema3/3.6.htm

http://www.marssociety.org.es/paginas/especiales/campo_mag.asp

http://www.cte.edu.uy/docs/ftectonica.pdf

http://es.wikipedia.org/wiki/Tect%C3%B3nica_de_placas

http://es.wikipedia.org/wiki/Placa_tect%C3%B3nica

http://es.wikipedia.org/wiki/Crat%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Litosfera

"El origen del Sistema Solar", Trigo i Rodríguez, J.M.. Editorial Complutense 2001

"Temas 53 Planetas: Estratigrafía y relieve de Marte", Christensen, P.R. Investigación y Ciencia 2008