Los Ciclos de la TierraEl Ciclo de las Rocas: Uniformitarianismo y Reciclamiento

por Anne Egger, Ph.D.

Todos vemos cambios en el paisaje que nos rodea, pero nuestra visión de cuán rápido cambian las cosas está determinada por donde uno vive. Si usted vive cerca de la costa, ve cambios diurnos, mensuales y anuales en la forma de la costa. Mientras uno más se aleja de ella y penetra al interior de los continentes, el cambio es menos evidente: los ríos se desbordan y cambian de rumbo aproximadamente cada 100 años. Si uno vive cerca de una falla o zona volcánica activa, uno vive eventos como erupciones o terremotos poco frecuentes, pero catastróficos. A lo largo de la historia humana, diferentes grupos de personas han tenido una gran variedad de creencias para explicar estos cambios. Los primeros griegos atribuyeron los terremotos al dios Poseidón que de ese modo expresaba su furia, una explicación, en todo caso, que tomaba en cuenta la naturaleza impredecible del fenómeno. Los Navajo, por ejemplo, perciben los procesos de la superficie como interacciones entre entidades opuestas pero complementarias: el cielo y la tierra. La mayoría de los cristianos europeos del siglo XII creían que la tierra esencialmente no había cambiado desde su creación. Cuando los naturalistas encontraron fósiles de animales marítimos en lo alto de los Alpes, muchos devotos creyentes interpretaron el Antiguo Testamento literalmente, y sugirieron que los fósiles encontrados en los elevados sitios eran el resultado del diluvio biblíco de Noé.

Uniformitarianismo

A mediados de los años 1700, el físico escocés James Hutton (ver el enlace Biografía a la derecha) empezó a desafiar la interpretación de la Biblia al observar detalladamente los ríos cerca de su casa. Cada año, estos ríos se desbordaban, depositando así una fina capa de sedimento en la llanura aluvial. A este fenómeno Hutton lo llamó el principio de uniformitarianismo: los procesos que ocurren hoy en día, son los mismos que los que ocurrieron en el pasado para crear el paisaje y las rocas tal como los vemos ahora. Comparativamente, la estricta interpretación bíblica, común en ese entonces, sugiería que los procesos que crearon el paisaje habían completado y no seguían en función.

Figura 1: Estas imágenes muestran cómo James Hutton originalmente conceptualizó el ciclo de la roca.

Hutton argumentó que para que el uniformitarianismo funcione durante largos períodos de tiempo, los materiales terrestres tenían que ser constantemente reciclados. Si no había reciclaje, las montañas se erosionarían (o los continentes se corroerían, en palabras de Hutton), los sedimentos serían transportados al mar y, eventualmente, la superficie de la tierra sería totalmente plana y cubierta de una delgada capa de agua. En cambio, estos sedimentos, una vez depositados en el mar, deberán ser regularmente levantados para formar una nueva cordillera montañosa. El reciclaje era una radical desviación de la noción común que percibía la tierra como algo que no cambiaba. Tal como se ve en el diagrama de arriba, Hutton primero concibió el ciclo de la roca como un proceso conducido por una especie de máquina calentadora de la tierra. Así, el calor causaba que los sedimentos depositados en las cuencas se conviertieran en roca; a su vez, el calor causaba el levantamiento de las cordilleras montañosas y el calor contribuía parcialmente al desgaste de las rocas. A pesar de que muchas de sus ideas sobre el ciclo de las rocas eran vagas (como la 'conversión de la roca´) o incorrectas (como el calor que causa la corrosión), Hutton dio los primeros pasos para juntar diversos procesos en una teoría simple y coherente. Las ideas de Hutton no fueron inmediatamente aceptadas en la comunidad científica, en gran medida, porque él no las quería publicar. Era un mejor pensador que escritor. Es más, cuando uno de sus escritos fue publicado en 1788, pocas personas pudieron entender su escritura confusa y técnica (ir al enlace Clásicos a la derecha para ver un escrito de Hutton). Sus ideas fueron mucho más acesibles después de su muerte cuando se publicaron “Ilustraciones de la teoría de la Tierra Huttoniana -Illustrations of the Huttonian Theory of the Earth” (1802)de John Playfair y “Principios de Geología - de Principles of Geology” (1830) de Charles Lyell.

Un entendimiento mucho más completo del ciclo de la roca se desarrolló con la emergencia de la teoría de las placas tectónicas en los años 1960. (ver Placa Tectónicas I). Nuestro concepto moderno del ciclo de la roca es fundamentalmente diferente al de Hutton en algunos aspectos: ahora entendemos que la actividad de las placas tectónicas determina cuándo, cómo y dónde ocurre el levantamiento, y sabemos que el calor nace en el interior de la tierra a través de la corrosión radioactiva y sale hacia la superficie de la tierra por la convección. Juntos, el uniformitarianismo, las placas tectónicas, y el ciclo de la roca proveen un poderoso instrumento para observar la tierra, lo que permite que los científicos estudien la historia de la tierra y puedan hacer predicciones sobre el futuro.


El Ciclo de la Roca

El ciclo de la roca consiste en una serie de procesos constantes, a través de los cuales los materiales de la tierra cambian de una forma a otra a medida que pasa el tiempo. Tal como sucede con el ciclo del agua y el ciclo de carbón , algunos procesos en el ciclo de la roca ocurren durante millones de años y otros ocurren mucho más rapidamente. No hay un principio o un fin del ciclo de la roca, pero es conveniente empezar a explorarlo estudiando el magma. Usted puede abrir el esquema del ciclo de la roca más abajo y seguir viendo el esbozo. Pulsar en la frase para abrir este diagrama en una nueva ventana.

Figura 2: Un esquema del ciclo de la roca. En este esquema, las cajas representan materiales de la tierra y las flechas representan los procesos que transforman esos materiales. Los procesos están nombrados en negrilla junto a las flechas. Las dos fuentes mayores de la energía para el ciclo de la roca también esta mostrado; el sol provee energía para procesos de la superficie como la erosión y el transporte y calor interno de la tierra provee energía para procesos como la subducción, fusión y metamorfismo. La complejidad del diagrama refleja una complejidad real en el ciclo de las rocas. Notar de que existen muchas posibilidades en cualquier paso.

El magma, o la roca derretida, se forma sólo en ciertos lugares en la tierra, sobre todo, alrededor de los bordes de las placas. (La idea de que todo el interior de la tierra está derretido es un concepto erróneo pero común. Ver La estructura de la Tierra para una más completa explicación.) Cuando el magma se enfría, se cristaliza, tal como cuando al enfriarse el agua, se produce cristales de hielo. Podemos ver este proceso en lugares como Islandia, donde el magma sale de un volcán y se enfría en la superficie de la tierra, formando así en las laderas del volcán una roca llamada basalto. Sin embargo, la mayoría del magma nunca sale a la superficie y se enfría dentro de la costra terrestre. Muy al interior de la costra debajo de la superficie de Islandia, el magma que no hace erupción se enfría y se convierte en la roca llamada gabbro. Las rocas que se forman a partir del magma que se ha enfriado se llaman rocas ígneas; rocas ígneas intrusivas si se enfrían debajo de la superficie (como gabbro) rocas ígneas extrusivas si se enfrían en la superficie (como basalto).

Figura 3: Esta imágen muestra una erupción basáltica del Pu'u O'o, en las riberas del volcán Kilauea en Hawaii. El material rojo es lava derretida que a medida que se enfría se convierte en negra y se cristaliza.

Las rocas como el basalto son inmediatamentes expuestas a la atmósfera y al clima. Las rocas que se forman debajo de la superficie terrestre, como el gabbro, deben estar sometidaas al proceso de levantamiento. Por lo tanto, todo el material en la superficie tiene que ser despejado con la erupción para que el gabbro pueda quedar expuesto. En cualquier caso, en seguida que las rocas quedan expuestas en la superficie de la tierra, comienza el proceso de desgaste. Las reacciones físicas y químicas causadas por el contacto con el aire, el agua y los organismos biológicos hacen que las rocas se descompongan. Una vez que las rocas están descompuestas, el aire, el agua y los glaciares transportan pedazos de las rocas a través de un proceso llamado erosión. El agua que fluye es el agente más común de la erosión: el lodoso Mississippi, el Amazonas, el Hudson, el Río Grande. Cada año, todos estos ríos transportan toneladas de sedimentos desgastados y erosionados desde las fuentes de las montañas al océano. Los sedimentos que estos ríos transportan se depositan y continuamente quedan enterrados en los deltas y las llanuras aluviales. Es más, el Cuerpo Militar de Ingenieros tienen que drenar los sedimentos del Mississippi para poder mantener abiertas las rutas de los barcos.

Figura 4: Una fotrografía desde el espacio, muestra el delta del Mississippi. El color marrón muestra los sedimentos del río y dónde están siendo depositados en el golfo de México. image © NASA

Bajo condiciones naturales, la presión que se crea por el peso de los depósitos más recientes sobre los más antiguos, entierra los sedimentos. A medida que el agua de la superficie fluye a través de estos sedimentos, los minerales como la calcita y la sílice se precipitan fuera del agua y cubre los sedimentos de nuevo. Estos minerales que se precipitan llenan los espacios porosos alrededor de los granos y actúan como cemento, uniendo los granos. La cementación de los sedimentos crea rocas sedimentarias como la piedra aresnica y el esquisto. Estas rocas se están formando ahora mismo en lugares como el fondo del delta del Mississippi. Debido al fenómeno de la deposición de los sedimentos, a menudo, en ciclos temporales o anuales, podemos ver las capas que se han preservado en las rocas sedimentarias cuando quedan expuestas. Para poder ver las rocas sedimentarias, sin embargo, éstas tienen que ser levantadas y expuestas por la erosión. La mayoría de los levantamientos ocurre a lo largo de las placas de los bordes, donde dos placas convergen y causan compresión. Como resultado, vemos rocas sedimentarias que contienen fósiles de organismos marinos ( por lo que debieron ser depositados en el suelo oceánico) expuestos en las Montañas del Himalaya, donde la placa India converge con la placa Eurasiática.

Figura 5: El Gran Cañón es famoso por las rocas sedimentadas, extremadamente gruesas y expuestas a la vista. image © Anne Egger

Si las rocas sedimentarias o las rocas ígneas intrusivas no salen a la superficie terrestre con el levantamiento o la erosión, pueden quedarse enterradas en la profundidad y quedar expuestas a las altas temperaturas y a la presión. Como resultado, las rocas empiezan a cambiar. Las rocas que han cambiado debajo de la superficie terrestre, debido a la exposición del calor, a la presión y a los fluídos calientes, se llaman rocas metamórficas. Los geólogos tienden a referirse a las rocas metamórficas como "cocinadas" porque su cambio es similar al cambio que se produce cuando la masa de una tarta se convierte en una tarta con el calor. La masa y la tarta contienen los mismos ingredientes, pero tienen texturas muy diferentes, tal como la piedra arenisca, que es una roca sedimentaria, y el cuarzo, su equivalente metamórfico. En la piedra arenisca, los granos individuales de arena son fácilmente visibles y a menudo se los puede quitar frotándolos. En el cuarzo, los bordes de los granos de arena no son visibles por lo que es una roca que no se rompe facilmente con un martillo y mucho menos, con las manos. Algunos de los procesos del ciclo de la roca, como las erupciones volcánicas, ocurren muy rápidamente, mientras que otras ocurren muy despacio, como el levantamiento de las cordilleras montañosas y el desgaste de las rocas ígneas. Es importante notar que hay múltiples vías en el ciclo de la roca. Cualquier tipo de roca puede ser levantada y expuesta al desgaste y a la erosión; cualquier roca puede ser enterrada y experimentar una metamórfosis. Como Hutton teorizó acertadamente, estos procesos han estado ocurriendo durante millones de años para crear la tierra tal como la vemos hoy: como un planeta dinámico.

Un ejemplo de América del Norte

El ciclo de la roca no es sólamente teórico; podemos ver que todos estos procesos ocurren en muchos lugares y a diferentes escalas en todo el mundo. Como un ejemplo, la cordillera Cascade en América del Norte ilustra muchos de los aspectos del ciclo de la roca en un área relativamente pequeña, tal como se ve en el diagrama de abajo.

Figura 6: Imagen de la cordillera Cascade en el Estado de Washington. Imagen modificada del Cascade Volcano Observatory, USGS.

La cordillera Cascade, en el noroeste de los Estados Unidos, está cerca de una zona límite de placa convergente, donde la placa Juan de Fuca, formada mayoritariamente de basalto saturado con agua del océano, está siendo subduccionada o arrastrada debajo de la placa Norteamericana. A medida que la placa desciende a las profundidades de la tierra, el calor y la presión aumentan y el basalto se convierte en una roca muy densa llamada eclogita. Toda el agua del océano que había sido contenida dentro del basalto pasa a las rocas en la parte superior, pero ya no se trata del agua oceánica fría. Ésta también ha sido calentada y contiene altas concentraciones de minerales disueltos, lo que las hace muy reactivas o volátiles. Estos fluídos volátiles disminuyen la alta temperatura de las rocas, lo que causa que el magma se forme debajo de la superficie de la placa Norteamericana, cerca de la placa límite. Algún magma que erupciona de volcanes como el Monte Santa Helena, se enfría y forma una roca que se llama andesita, y otra se enfría debajo de la superficie y forma una roca similar llamada diorita.

Las tormentas que vienen del Océano Pacífico causan fuertes lluvias en las Cascades, desgastando y erosionando la andesita. Pequeños riachuelos transportan las piezas desgastadas de la andesita hacia los grandes ríos como el Columbia y eventualmente al Océano Pacífico, donde se depositan los sedimentos. La deposición constante de los sedimentos cerca del profundo foso produce la formación de rocas sedimentarias, como la piedra arenisca. Eventualmente, esta piedra llega abajo, a la zona de subducción, y el ciclo empieza otra vez. (ver el enlace Experimento! a la derecha).

El ciclo de la roca está inextricablemente relacionado no sólo con las placas tectónicas, sino también con otros ciclos terrestres. El desgaste, la erosión, la deposición y la cementación de sedimentos requiren la presencia del agua que está en intermitente contacto con las rocas a través del ciclo hidrológico. Por lo tanto, el desgaste ocurre mucho más despacio en lugares de clima seco, como el desierto del sudeste, que en los lugares tropicales. El proceso de enterramiento de los sedimentos orgánicos retira carbón de la atmósfera, lo cual es parte del componente geológico del ciclo del carbón. Muchos científicos han explorado las maneras por las que podríamos aventajarnos de este proceso y enterrar más dioxido de carbón, que ha sido producido por la quema de combustibles (ver el enlace Noticias y Eventos a la derecha). El levantamiento de las cordilleras montañosas afecta de manera dramática el clima local y global, al bloquear los vientos predominantes y al inducir precipitaciones. Las interacciones entre todos estos ciclos produce la gran variedad de paisajes dinámicos que podemos ver en el mundo.


Conceptos Clave

  • El ciclo de las rocas es un conjunto de procesos por el cual los materiales de la tierra cambian de una forma a otra con el tiempo.
  • El concepto de uniformismo, el cual declara de que los mismos procesos de la tierra en función hoy en día han ocurrido a través del tiempo geológico, ayudo a desarrollar la idea del ciclo de las rocas en el siglo XVIII.
  • Procesos en el ciclo de las rocas ocurren a diferentes ritmos de tiempo.
  • El ciclo de las rocas es forjado por interacciones entre tectónicas de placas y el ciclos hidrológico.

Lectura Adicional


Anne Egger, Ph.D. “El Ciclo de las Rocas” Visionlearning Vol. EAS-2 (7), 2005.

...no vemos vestigios de un comienzo, -ni prospectos de un final.
- James Hutton, The Theory of the Earth
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