La formación
de los supercontinentes
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Millones de años
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CRONOLOGIA MEDIANTE ANALISIS ISOTOPICO DE TIERRAS RARAS
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generar nuevos arcos insulares volcá-
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de California en Berkeley, y otros             rocas litosféricas se puede definir     indica que proceden de un océano
ha...
Francia y el sudoeste de España se       760 a 600 millones de años, que         bremanera en la formación y la lo-
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La Formación de los supercontinentes

  1. 1. La formación de los supercontinentes Según una hipótesis, se constituyen de acuerdo con un modelo de acordeón, vale decir, de aproximación y distanciamiento; a tenor de otra, los continentes se separan y se desplazan por el planeta hasta reunirse, de nuevo, en el lado opuesto J. Brendan Murphy y R. Damian Nance E n un ejercicio de humildad, no de- otros dos, Kenorlandia y Ur, lo harían hace 2500 beríamos dar nada por sentado; ni si- y 3000 millones de años, respectivamente. quiera la firmeza de la tierra que pisa- De acuerdo con la afirmación uniformista de mos. El registro geológico indica que que “el pasado encierra las claves del presente”, hace entre 300 y 200 millones de años resulta harto probable que se formase en el fu- las masas continentales estaban reuni- turo otro supercontinente. Pero, ¿cuál será el me- das en un supercontinente, Pangea (voz de ori- canismo soldador? Se han propuesto dos hipóte- gen griego que significa “todas las tierras”), ro- sis. Una sostiene que los continentes se acercan deado de un superocéano, Panthalassa (“todos y alejan como los pliegues del fuelle de un acor- los mares”). Es más, en el transcurso de los úl- deón. A tenor de una segunda, los continentes, timos 200 millones de años, la evolución de la disgregándose, avanzan por el planeta hasta reu- Tierra ha estado dominada por la disgregación de nirse, de nuevo, en el lado opuesto. Para deter- Pangea y la formación de nuevos océanos (el minar cuál de los dos modelos describe mejor la Atlántico, por ejemplo) entre los continentes re- formación de los supercontinentes, debemos em- sultantes de la fragmentación. pezar por revisar los principios básicos de la tectó- Pero Pangea no ha sido el único superconti- nica de placas, la teoría que revolucionó la geo- nente de la historia geológica de nuestro planeta. logía al aportar una explicación de las fuerzas Las investigaciones de los últimos 20 años apun- que operan en la conformación de la Tierra. tan que éste fue sólo el último de una serie de supercontinentes que se formaron y disgregaron Tectónica de placas a lo largo de más de 3000 millones de años. Aunque Según la tectónica de placas, la Tierra cuenta todavía no existe acuerdo sobre el mecanismo res- con una capa externa y rígida, la litosfera, de unos ponsable, los expertos coinciden en afirmar que 100 a 150 kilómetros de espesor; cabalga a lo- se han producido varios ciclos de congregación mos de una capa plástica y caliente del manto y disgregación, con una profunda influencia en terrestre, la astenosfera. Como si fuera una cás- la evolución de la corteza terrestre, la atmósfera, cara de huevo resquebrajada, la litosfera se en- el clima y la vida durante miles de millones de cuentra dividida en un mosaico de unos 20 blo- años. ques, o placas, que se mueven unas respecto a Según parece, la constitución de Pangea vino las otras a menos de 10 centímetros por año. En precedida, hace entre 650 y 550 millones de años, su deriva, interaccionan entre sí en sus límites o por la formación de Pannotia y, hace alrededor bordes de placa; así, convergen y chocan, diver- de 1000 millones de años, por la de Rodinia, gen y se alejan, o se deslizan lateralmente una cuya configuración es todavía objeto de debate. respecto a la otra. Durante los millones de años Se supone que otro supercontinente, llamado Nuna que vienen dándose tales interacciones se han le- o Columbia, se formó hace 1800 millones de años; vantado montañas (donde las placas chocaban) y 14 INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, diciembre, 2004
  2. 2. se han dividido continentes (donde 1. LA TECTONICA DE PLACAS, la teoría que ofrece una descripción global de las fuer- las placas divergían). zas que han conformado la Tierra, sostiene que los continentes están en constante mo- Los continentes, enraizados en las vimiento: se escinden, colisionan y se deslizan unos bajo otros. Sabemos ahora que se placas, derivan pasivamente con trata de un fenómeno cíclico: en el transcurso del tiempo geológico, los continentes se ellas. Ese movimiento se traduce, en IMAGEN CEDIDA POR EL CENTRO GODDARD DE VUELOS ESPACIALES DE LA NASA/American Scientist han ensamblado en supercontinentes y vuelto a separar como mínimo en seis ocasiones. el transcurso de millones de años, Este ciclo supercontinental plantea una cuestión compleja: ¿se separan y acercan los en la apertura y el cierre de océa- nos enteros. Por ejemplo, durante continentes como los pliegues de un acordeón o se dividen y se dispersan para reunirse los últimos 180 millones de años, de nuevo en el lado opuesto del planeta? Los autores han intentado hallar la respuesta la divergencia entre Europa/Africa mediante el análisis isotópico. En esta imagen de satélite se observa la colisión entre la y Norteamérica/Sudamérica ha dado placa árabe y la parte iraní de la placa eurasiática: un proceso que, de forma gradual, lugar al océano Atlántico. El borde cierra el golfo Pérsico y levanta montañas. de la placa, a lo largo de la cual estos continentes se separan, toma la forma de una dorsal meso-oceá- la convergencia de Africa con Euro- la litosfera oceánica subduce, hun- nica que recorre longitudinalmente pa, y de la India con Asia, cerraba diéndose bajo la placa continental. la cuenca oceánica. Desde la cresta el Tetis, un antiguo océano, mien- El hecho de que gran parte de la li- de esta dorsal se extiende, a ambos tras el desplazamiento hacia el oeste tosfera oceánica sea más joven que lados, nuevo lecho oceánico, con- del continente americano mermaba la litosfera coronada con corteza forme el magma caliente que pro- buena parte del océano Pacífico. continental —menos de 180 millo- cede del manto subyacente asciende, Cuando los continentes conver- nes de años de antigüedad frente a se enfría y solidifica, generando gen, la litosfera oceánica interme- más de 4000— explica la destruc- así nueva litosfera entre las placas dia se hunde en el manto y retorna ción preferente de litosfera oceáni- divergentes. al interior de la Tierra en un pro- ca. Así, para que un océano como En una Tierra de radio constante, ceso de subducción. En general, la el Tetis se cerrara, tuvo que subdu- la creación de nueva litosfera debe corteza oceánica es más densa que cirse más litosfera de la que se creó compensarse con la destrucción de la corteza continental; por tanto, en sus dorsales meso-oceánicas. litosfera más antigua. Al propio tiem- cuando ambas se encuentran en el De acuerdo con la teoría de la po que el océano Atlántico se abría, margen de una placa que converge, tectónica de placas, el proceso de INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, diciembre, 2004 15
  3. 3. LA Eurasia Eurasia URA L AU R A Norteamérica SIA SIA Norteamérica Mar G O Africa de T Africa etis N Sudamérica India Sudamérica D W A N India a ralia trali A Aust Presente Aus Antártida Antártida Triásico Cretácico (hace 245–208 millones de años) (hace 144–66 millones de años) subducción interviene, directa o in- 2. LA RUPTURA Y DISPERSION del supercontinente Pangea en el transcurso de los últi- directamente, en la formación de mos 200 millones de años ha supuesto la creación y expansión del océano Atlántico, así montañas u orogenia. El proceso di- como la destrucción de una cantidad equivalente de litosfera en el océano Pacífico y el recto comienza cuando la fría y densa mar de Tetis. litosfera oceánica se calienta en su descenso hacia el interior de la Tierra y desencadena una serie de proce- California hasta Alaska. Los pro- que apenas se registró dicha acti- sos sobre la zona de subducción; la cesos de subducción y las colisio- vidad orogénica. El descubrimiento generación de magma fundido y nes de litosferoclastos forman oró- de ese fenómeno condujo a la hipó- ascendente es uno de ellos. Este genos periféricos, llamados así tesis del ciclo del supercontinente; magma se dirige luego a la super- porque se constituyen a lo largo de según reza la misma, la congrega- ficie, donde alimenta volcanes y la periferia de los continentes. ción transitoria de todos los conti- acrecienta la corteza, generando Si la placa que subduce transporta nentes en una sola masa continen- montañas. La cordillera de los Andes corteza continental, resulta inevita- tal, o supercontinente, acontece, en constituye un ejemplo moderno de ble la colisión entre continentes. A cifras redondas, cada 500 millones montañas formadas mediante este medida que los continentes chocan de años. proceso; un gran número de sus más frontalmente, el océano entero se ¿Cómo se reconocen en el regis- altas cimas muestran, o han mos- cierra y se levantan montañas enor- tro geológico las fases de este ciclo? trado en su pasado reciente, activi- mes. La colisión entre la India y Varios fenómenos denuncian perío- dad volcánica. Asia meridional, que dio lugar al dos de ruptura y separación. En pri- Un proceso orogénico indirecto Himalaya, y la del norte de Africa mer lugar, la inyección de magma puede comenzar con el choque en- con el sur de Europa, que originó en las fracturas creadas por un pro- tre un continente y pequeñas masas los Alpes, constituyen ejemplos mo- ceso de distensión continental: se continentales o islas oceánicas, tam- dernos de este tipo de orogenia. forman enjambres de diques basál- bién denominados terranes o litos- Puesto que ambos episodios se de- ticos; más tarde, en segundo lugar feroclastos. Si la litosfera oceánica bieron a la total destrucción de los y a medida que los continentes se que separa las islas (Japón o el ar- bordes continentales, las montañas van distanciando, se desarrollan már- chipiélago de Hawai, por ejemplo) así formadas se consideran oróge- genes continentales (como los del de las masas continentales se con- nos interiores. Ambas surgieron de Atlántico actual) y se genera nueva sume por subducción, éstas son pro- la desaparición del mar de Tetis, litosfera oceánica en las dorsales gresivamente empujadas hacia el que se cerraba al tiempo que se abría meso-oceánicas. En su mayoría, los continente hasta colisionar. El cho- el océano Atlántico. geólogos opinan que un superconti- que deforma las rocas y desenca- nente se fragmenta y dispersa por- dena una actividad volcánica; la El ciclo supercontinental que actúa a modo de cubierta ais- conjunción de ambos factores ge- Con la depuración de las técnicas lante que evita el escape del calor nera montañas. Pensemos en las de datación geológica, los expertos del manto, lo mismo que un som- montañas de la costa occidental de se han percatado de que la activi- brero en nuestra cabeza. Así, el manto Norteamérica; durante los últimos dad orogénica no ha seguido una se calienta, generando magma basál- Sigma Xi/American Scientist 200 millones de años, este margen distribución uniforme en el tiempo. tico que asciende a la superficie. continental ha sufrido repetidas co- Hubo intervalos cortos (de unos 100 La convergencia continental, que lisiones con numerosas islas del o 200 millones de años), en los que renueva el proceso de ensamblaje Pacífico que han acrecido la placa se produjeron numerosas colisiones del supercontinente, se desarrolla norteamericana en unos 500 kiló- continentales, e intervalos largos (de a través de varias etapas: subduc- metros hacia el oeste, desde la Baja 300 millones de años o más), en los ción y destrucción de la litosfera 16 INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, diciembre, 2004
  4. 4. Millones de años Evento Placa Prisma Volcán andino Interior antes del presente Nazca de acreción continental Separación ~200 Fosa de Pangea Océano Placa Corteza Formación ~300–250 de Sudamérica continental Corteza oceánica de Pangea Cronología de los supercontinentes Manto superior Magma Manto superior Separación ~550 litosférico litosférico de Pannotia Formación ~600 de Pannotia Astenosfera a Separación ~760 de Rodinia Arco insular Arco insular 2 1 Formación ~1100 de Rodinia Océano Formación ~1800 Litosfera de Nuna/Columbia Magma oceánica Formación ~2500 de Kenorlandia Astenosfera Formación ~3000 de Ur 2 1 3. EN EL TRANSCURSO de la historia Océano geológica se han formado, al menos, seis supercontinentes. Litosfera oceánica oceánica intermedia, acreción de li- b Astenosfera tosferoclastos en los márgenes con- tinentales y, por fin, colisión con- Prisma tinente-continente. Hoy se acepta Cierre del océano Fosa de acreción que las placas oceánicas envejecen, Corteza Arco se enfrían y se tornan más densas, continental magmático hasta terminar por hundirse en el manto. La discusión se centra ahora en las fuerzas que originan dicha Litosfera subducción. Cuando la placa oceá- Astenosfera nica desciende por el manto, la gra- vedad tira del resto de la placa (a la manera de un mantel muy des- Zona de sutura centrado, que resbala y cae al sue- Apilamiento Cuenca Cabalgamiento Cuenca lo). Así, los continentes que se ha- llan en placas que se hunden son arrastrados hacia las zonas de sub- ducción, donde terminan por co- Litosfera lisionar. Tras la ruptura del superconti- nente, los márgenes de cola de los c continentes se vuelven tectónica- 4. FORMACION DE MONTAÑAS y movimiento de los continentes. Existen tres tipos de mente inactivos; en ellos se acumu- procesos orogénicos básicos. La subducción genera montañas mediante el ascenso de lan sedimentos que conforman ex- Sigma Xi/American Scientist magma y calor (a); los Andes constituyen un ejemplo. La subducción transporta también tensas plataformas continentales (por ejemplo, las desarrolladas a litosferoclastos oceánicos y fragmentos microcontinentales hacia los márgenes continen- lo largo del océano Atlántico tras tales, donde se agregan (b); el margen occidental de Norteamérica ha protagonizado va- la fragmentación de Pangea). Al rios de estos episodios de acreción durante los últimos 200 millones de años. La colisión propio tiempo, la actividad orogé- entre continentes sucede cuando se consume la litosfera oceánica intermedia (c); así se nica relacionada con la subduc- han formado los Alpes y el Himalaya. INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, diciembre, 2004 17
  5. 5. CRONOLOGIA MEDIANTE ANALISIS ISOTOPICO DE TIERRAS RARAS EL ANALISIS ISOTOPICO ha venido en la corteza terrestre guardan seme- líquidos que abandonan el manto y el constituyendo el método habitual para janza. Por tanto, la relación Sm/Nd re- Sm en el manto empobrecido restante. determinar la edad de cristalización sulta poco afectada por la generación La relación Sm/Nd media de la Tierra de rocas y minerales. Pero se ha em- de magma y otros procesos orogéni- se sitúa alrededor de 0,32. Puesto pezado a aplicar para descubrir la cos. Antes bien, la variación en la re- que el neodimio tiende a concentrarse génesis de una roca o un mineral, se- lación Sm/Nd cortical se hereda del en los líquidos atrapados por la cor- guida, en ocasiones, de varias refun- manto originario de la roca. Al fun- teza y el samario lo hace en el manto diciones y recristalizaciones. La pa- dirse el manto, todas las tierras raras empobrecido, el valor de Sm/Nd en reja formada por el samario (Sm) y su ligeras tienden a concentrarse más en las rocas de la corteza es menor (pró- producto de desintegración, el neodi- el fluido que en el manto restante, ximo a 0,2) y el del manto empobre- mio (Nd), representa uno de los me- que queda empobrecido. Esto se debe cido mayor (próximo a 0,5) que el pro- jores trazadores de dichos procesos a que, en general, el radio iónico de medio terrestre. tectónicos. Ambos pertenecen a la fa- los lantánidos decrece con el incre- El samario cuenta con 21 isótopos milia de las “tierras raras ligeras” y a mento del número atómico (nos refe- conocidos. Uno de ellos es radiactivo: la serie de los lantánidos, en el grupo rimos a la contracción de los lantáni- el samario 147 (147Sm). Se desintegra 3 de la tabla periódica. El samario dos). Tal recorte del radio iónico provoca produciendo un isótopo estable, el neo- cuenta con 62 protones en su núcleo que las tierras raras pesadas se adap- dimio 143 (143Nd) y emitiendo una par- (su número atómico), dos más que el ten mejor a los sólidos que las lige- tícula alfa (dos protones y dos neutro- neodimio. ras. Dado que el número atómico del nes) desde su núcleo. Conforme esto Puesto que Sm y Nd alcanzan un neodimio (60) es menor que el del sa- sucede, aumenta la cantidad de 143Nd tamaño (radio iónico) y número de elec- mario (62), el radio del primero es y disminuye la de 147Sm. La edad me- trones de valencia similares, sus pro- algo mayor que el del segundo; por dia de esta desintegración es de piedades químicas y su comportamiento tanto, el Nd se concentra más en los 106.000 millones de años. El neodi- Mant Ruptura o em del supercontinente pobr ecido Edad modelo Ma TME nt x oe Pro me mp 143Nd/144Nd dio x εNd ob ter 0 Promedio terrestre bulk earth res r ec tre ido Océano Cortez interior a conti nental Océano exterior Presente Pasado Presente TI TR TE Pasado Tiempo Tiempo El manto empobrecido, la fuente de la corteza, retiene más sama- promedio terrestre resulta, siempre, nulo; por tanto, describe una rio (Sm) que neodimio (Nd). Por ello, el valor de Sm/Nd en el línea horizontal). La relación Sm/Nd y εNd de una muestra (calcula- manto (~0,5) es mayor que el promedio terrestre (~0,32) y que dos para la edad de la roca) se emplean para describir una línea el de la corteza continental (~0,18). Como resultado de las varia- de crecimiento (línea azul) que se retrotrae hasta su intersección ciones de la relación Sm/Nd y la desintegración del 147Sm en con la línea del manto empobrecido. Esta intersección proporciona 143Nd, la relación 143Nd/ 144Nd aumenta más rápidamente en el una “edad del manto empobrecido” (TME), que refleja el momento manto empobrecido que en el promedio terrestre y en la corteza en que la corteza se originó a partir del manto empobrecido. Así, continental (arriba). La diferencia entre (143Nd/144Nd)0 del manto la muestra TI (cruz rosa) se originó después (océano interior) y la empobrecido y (143Nd/144Nd)0 de las rocas litosféricas, ambas en muestra TE (cuadrado amarillo) se creó antes (océano exterior) que referencia al promedio terrestre, se expresa como εNd (εNd para el se produjera la disgregación continental (TR). ción continúa a lo largo de los már- La formación de océano que se cierra durante el genes de avance de los continen- de un supercontinente ensamblaje supercontinental. Cuan- tes; ello provoca una sucesión de do un supercontinente se fractura, colisiones con litosferoclastos y la En los últimos 30 años han sur- se disgrega y dispersa, el planeta consiguiente actividad volcánica; gido dos modelos distintos que hereda dos tipos de océanos bien © EMMA SKURNICK se advierte de un modo arquetípi- describen, a escala global, las fuer- diferenciados. Por una parte, entre co en el margen occidental del con- zas que operan en la formación de las masas continentales en disper- tinente americano desde la ruptura los supercontinentes. En esencia, sión se abren océanos interiores so- de Pangea. estos modelos divergen en la clase bre un fondo de litosfera oceánica 18 INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, diciembre, 2004
  6. 6. mio cuenta con siete isótopos estables, tiempo, la firma isotópica de la cor- cia atrás la línea de crecimiento (el incluyendo el neodimio 144 ( 144 Nd); teza diverge cada vez más de la del cambio en el tiempo del valor de ε Nd) éste no se produce vía desintegración manto empobrecido. Así pues, com- hasta que se cruza con la línea de radiactiva, por lo que su concentra- parada con la corteza de formación crecimiento del manto empobrecido. ción en una roca no cambia con el reciente, la corteza más antigua pre- El punto de intersección indica justo tiempo. senta una mayor diferencia entre su el momento en que la composición Debido a la desintegración de 147Sm ( 143Nd/ 144Nd) 0 y la del manto empo- isotópica de la muestra coincidía con en 143Nd, en el transcurso del tiempo brecido del que procede. la del manto empobrecido del que geológico la relación 143Nd/ 144Nd ha En términos absolutos, las dife- procedía, es decir, el momento en el aumentado en las rocas corticales, en rencias en la relación 143 Nd/ 144 Nd que la corteza original salió del man- el manto empobrecido y en el prome- de las rocas de la corteza y del manto to. Este momento se conoce como dio terrestre. Sin embargo, puesto son pequeñas. Por ello, los geólogos la edad modelo del manto empobre- que la relación Sm/Nd del manto em- definen un parámetro, ε Nd , que re- cido ( T ME ). pobrecido es mayor que la media fleja la diferencia entre el valor de La mayor parte de la corteza pro- de la Tierra y ésta, a su vez, mayor ( 143Nd/ 144Nd) 0 en la muestra y el pro- viene, de forma directa o indirecta, que Sm/Nd en la corteza, la razón medio terrestre en el momento de cris- del manto empobrecido. Como con- 143 Nd/ 144 Nd aumenta más deprisa en talización de la roca. Definido así, ε Nd secuencia, el valor de ε Nd inicial ( ε Nd el manto empobrecido que en el pro- para el promedio terrestre es siempre de una roca en relación a εNd del manto medio terrestre, y más rápidamente cero. Puesto que 143Nd/ 144Nd aumen- empobrecido en el momento de la cris- en el promedio terrestre que en la cor- ta más rápidamente en el manto em- talización) resulta crucial para el es- teza. En consecuencia, la composición pobrecido y más lentamente en la cor- tudio de la tectónica. Por ejemplo, las isotópica Sm-Nd de los magmas ge- teza que en el global de la Tierra, el rocas volcánicas con valores iniciales nerados en la corteza muestra una manto empobrecido ha evolucionado, de ε Nd similares a los del manto em- notable diferencia respecto a la de en el transcurso del tiempo geológico, pobrecido deben proceder de la re- los magmas generados en el manto hacia valores más positivos de ε Nd, serva del manto empobrecido en el empobrecido. mientras que la corteza lo ha hecho momento de su formación; se trata, Una vez fundidos, los magmas ad- hacia valores más negativos. La evo- por ello, de rocas “juveniles”. Por el quieren la misma relación 143Nd/144Nd lución isotópica de la corteza des- contrario, se considera que las rocas que su fuente. Los que proceden de cribe una línea de crecimiento. Dado volcánicas con valores de ε Nd muy in- la fusión del manto empobrecido mos- que la relación Sm/Nd de las rocas feriores a los del manto empobrecido trarán relaciones 143Nd/144Nd superio- de la corteza suele tomar valores pró- en el momento de su formación pro- res que los que proceden de la fusión ximos a 0,2, podemos predecir la pen- vienen de antigua corteza fundida. Para de la corteza. Si se conoce la edad de diente de dicha línea, que aumenta la determinar el momento en que dicha cristalización de la roca, puede cuan- separación entre ésta y la del manto corteza se separó del manto, basta tificarse la desintegración ocurrida desde empobrecido. con hallar la intersección de su línea la cristalización y deducir la relación Debido a tan divergentes líneas de de crecimiento con la del manto em- 143Nd/ 144Nd en el magma original. Esta crecimiento, ε Nd puede utilizarse para pobrecido. relación inicial , ( 143Nd/ 144Nd) 0, opera distinguir entre las rocas procedentes Con todo, los valores de T ME deben como una huella dactilar del origen del manto empobrecido y las proce- emplearse con suma cautela. En su del magma. dentes de una corteza antigua. Es más, camino ascendente hacia la superficie, Las diferencias en los valores de aunque la corteza se recicle mediante los magmas pueden mezclarse con (143Nd/144Nd)0 sirven para distinguir las eventos orogénicos posteriores, su evo- otros de distinto origen. Así, un gran rocas volcánicas procedentes del manto lución isotópica deberá seguir la misma número de muestras constituyen, en más recientes de las procedentes del línea de crecimiento, puesto que di- realidad, mezclas de antigua corteza reciclaje de corteza antigua. La firma chos procesos apenas cambian la re- reciclada y material juvenil procedente isotópica media de la Tierra y la del lación Sm/Nd. del manto. En estas circunstancias, manto empobrecido evolucionan con En la práctica, los geólogos emplean T ME carece de significado geológico. el tiempo de forma predeterminada; la este razonamiento a la inversa. A Por fortuna, contamos con otros indi- de la corteza, en cambio, depende partir del valor actual de 143Nd/ 144Nd, cadores químicos que detectan la pre- del tiempo que ésta ha pasado sepa- escudriñan en el pasado geológico sencia de dichas mezclas, de forma rada del manto. A causa de las dife- remoto. Para las rocas derivadas de que las muestras contaminadas pue- rencias en su relación Sm/Nd, con el la corteza, calculan y extrapolan ha- den descartarse. más joven que el episodio de frag- antigua. Así, el contraste de edad cierran son los interiores. De ser así, mentación del supercontinente. Por entre los océanos, interior y exte- el próximo supercontinente se pro- otra parte, el supercontinente está rior, resulta máximo justo tras la ducirá por el cierre del océano rodeado de un lecho oceánico ex- ruptura del supercontinente y dis- Atlántico y la colisión entre Euro- terior, formado antes que se pro- minuye a medida que los continentes pa y Africa con Norteamérica y dujera el evento de rifting. Conforme se alejan entre sí. Sudamérica. El otro modelo, en el océano interior se expande, el Uno de los modelos sobre la for- cambio, apuesta por los océanos ex- océano exterior se contrae mediante mación de los supercontinentes teriores. Por tanto, estima que el la subducción de su litosfera más considera que los océanos que se próximo supercontinente se produ- INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, diciembre, 2004 19
  7. 7. cirá por el cierre del océano Pacífi- mite a su parecido con el movi- nente-continente asociadas a la for- co: Australia continuará en su mo- miento de extensión y contracción mación de Pangea, alrededor de vimiento de avance septentrional del instrumento), el supercontinente 250 millones de años después. hacia Asia oriental, mientras que “va hacia adentro” o “se introvierte”. Por el contrario, el segundo mo- Norteamérica y Sudamérica seguirán De esta forma, los márgenes con- delo propone que, tras la ruptura su curso occidental hasta cerrar el tinentales interiores (de cola) del de un supercontinente, las masas Pacífico. supercontinente en separación se continentales en dispersión migran Propuesto por J. Tuzo Wilson, el transforman en los cinturones oro- por el planeta hasta reunirse en el primer modelo defiende que la sub- génicos interiores del siguiente lado opuesto. El ascenso del calor ducción de la litosfera oceánica supercontinente. Encontramos un del manto atrapado bajo el super- generada entre las masas continen- posible ejemplo de este fenómeno continente provoca que éste se frag- tales tras la ruptura y dispersión en la evolución del orógeno Apa- mente y que las masas continenta- de un supercontinente constituye, lachiano-Caledoniano-Varisco de les resultantes se dispersen hacia las en última instancia, el mecanismo Norteamérica y Europa: la subduc- antípodas. En este escenario, el su- que reúne los continentes para en- ción de la litosfera oceánica, ori- percontinente “va hacia fuera” o “se samblar un nuevo supercontinente. ginada por la ruptura de Pannotia extravierte”, de forma que los már- En un proceso de “tectónica del hace unos 550 millones de años, genes continentales exteriores del acordeón” (denominación que re- culminó con las colisiones conti- supercontinente en dispersión se transforman en los cinturones orogé- nicos interiores del futuro super- continente. + – En 1991, Paul Hoffman, de la Universidad de Harvard, propuso que la ruptura del supercontinente Rodinia, hace unos 760 millones de años, causó la extraversión de TME ≥ TR TME ≤ TR Gondwana, una asociación antigua + de los continentes meridionales. Según Hoffman, el océano Pacífico se formó por vez primera hace 760 millones de años, cuando la a d masa continental que integraba Aus- Supercontinente Extraversión tralia y la Antártida se disgregó de la masa continental antecesora de Norteamérica. Mientras esta masa, que constituiría después Gondwana Oriental, se alejaba del punto de b fractura, se hundió la antigua cor- Ruptura teza oceánica que rodeaba Rodinia. TME ≥ TR La subducción continuó hasta que Gondwana Oriental colisionó con la Zona de subducción Litosferoclastos masa unida de Africa y Sudamérica agregados (Gondwana Occidental) y originó Falla transformante TME ≤ TR Margen pasivo así, hace unos 600 millones años, TME ≥ TR c el supercontinente Pannotia. A di- Orogenia por colisión Introversión ferencia, pues, de la introversión, en la que los océanos interiores 5. ESQUEMA DE LAS POSIBLES ETAPAS del ciclo supercontinental. El supercontinente más jóvenes se cierran para dar lu- está rodeado por un océano exterior con zonas de subducción y complejos volcánicos gar al siguiente supercontinente, en (triángulos rojos) que bordean sus márgenes (a). En el momento de la fisura (TR), el res- la extraversión se cierra el océano quebrajamiento del supercontinente crea un nuevo océano interior (b). En este estadio exterior para ensamblar los conti- conviven dos tipos de océanos: el exterior, que rodea las masas continentales en disper- nentes en uno. sión y cuya litosfera oceánica tiene una edad de manto empobrecido (TME) superior a Diferencias TR, y el interior, formado por litosfera oceánica relativamente nueva con una TME infe- entre los dos modelos rior a TR. Así pues, la edad de los fragmentos de litosfera oceánica que se agregan a La introversión y la extraversión Sigma Xi/American Scientist los continentes cuando éstos se unen encierra la clave para identificar el mecanismo de ocupan los extremos de un amplio ensamblaje. Si se cierra un océano interior, el siguiente supercontinente se forma por abanico de posibilidades. Los dos introversión (movimiento de acordeón), de forma que la litosfera oceánica acrecida será modelos divergen en cuestiones más joven que TR (c). Si, por el contrario, se cierra un océano exterior, el superconti- sustantivas y producen modos de nente siguiente se formará por extraversión; la litosfera oceánica acrecida derivará del ensamblaje supercontinental con océano exterior y será más antigua que TR (d). peculiaridades geodinámicas dis- 20 INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, diciembre, 2004
  8. 8. Océano Tierras bajas Periférico Japeto Gondwana Montañas Báltica Dorsal ia Mar somero b er oceánica Si G O Laurentia Océano profundo N Siberia D ntia W A u re N La A l rsa Kazakhstania Interior Do ánica e China oc a b Báltica Siberia Siberia Kazakhstania China Laurentia Gondwana Laurasia Kazakhstania Panthalassa Mar de Thetis China Océano Océano Japeto Báltica Gondwana de Rheic c d 6. RECONSTRUCCIONES basadas en la 12 Pangea Japeto c = cierre c a composición isotópica de samario (Sm) y 10 Rheic a = apertura r = ruptura neodimio (Nd). Nos indican que Pangea se c a u = unión 8 Pannotia generó por introversión. La disgregación r u de Pannotia, hace alrededor de 550 millo- 6 Manto empobr nes de años, creó océanos interiores: el ecido 4 Japeto (b), hace unos 500 millones de εNd Newfoundland años, y el Rheic (c), hace unos 440 millo- 2 nes de años. Corresponden éstos a los 0 Promedio terrestre océanos que se consumieron para formar –2 Pangea (d) hace unos 300 millones de años. El diagrama de relaciones iniciales –4 Rheic de neodimio (εNd) respecto del tiempo in- –6 Japeto dica que la composición de los complejos 0 500 1000 1500 2000 oceánicos del Japeto y del Rheic en el Edad (millones de años) orógeno Apalachiano-Caledoniano —de Newfoundland, por ejemplo— sugieren TME inferiores a TR (momento de la ruptura) del supercontinente. En el caso de distinguir entre los dos modelos. Sin de Pannotia (en esta figura y en la la introversión, la formación de esa embargo, en la mayoría de los oró- litosfera es posterior a la ruptura del genos hay pequeños fragmentos de figura 7 los resultados se obtuvieron to- supercontinente precedente, pero an- la litosfera oceánica en subducción mando el valor típico de 0,18 para la re- terior al ensamblaje del supercon- que se desprenden para unirse a los lación de Sm/Nd en la corteza). tinente siguiente. Por el contrario, continentes en un proceso de obduc- en la extraversión, la litosfera que ción. A diferencia del sino del resto primero subduce se habrá consti- de la litosfera oceánica, éstos per- tintivas, que deberían reflejarse tuido antes de la disgregación del sisten en el registro geológico. en el registro geológico. supercontinente precedente. Asimismo, los complejos de is- La clave para establecer qué me- Para infortunio de los investiga- las volcánicas (arcos insulares) ori- © EMMA SKURNICK canismo geodinámico operaba en un dores, la subducción de litosfera ginados sobre las zonas de subduc- determinado período geológico se oceánica que acaba en una colisión ción, aunque ahora incluidos en la halla en la edad de la litosfera oceá- continental suele destruir gran parte litosfera oceánica que subduce, pue- nica subducida durante la formación de las pruebas que nos permitirían den resultar decapitados, arrancados INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, diciembre, 2004 21
  9. 9. generar nuevos arcos insulares volcá- a b Subducción nicos con una edad de cristalización Báltica posterior a la ruptura del super- Báltica continente, sea cual sea el tipo de Laurentia océano (interior o exterior) que se hunde. Asimismo, en el margen con- a La ali ur Suda- str tinental se generan por subducción en Suda- merica Au tia Ant mérica arcos volcánicos con edades de árti cristalización posteriores al inicio da India Africa Africa de dicha subducción. En ninguno a de estos dos casos la edad de cris- bia tid tár India Ara talización sirve para distinguir en- An Arabia Australia tre las dos hipótesis que aquí nos ocupan. Para aquellos litosferoclas- tos volcánicos cuya evolución está Colisiones continentales Subducción marcada por la renovación de la li- tosfera oceánica, debemos recurrir a otro método de datación: un po- tente análisis isotópico que nos per- Rodinia r = ruptura mite determinar la edad de la li- 8 u = unión r u tosfera oceánica original. 6 Análisis isotópico Manto empobr ecido Los isótopos corresponden a áto- 4 mos que, si bien pertenecen al mismo Plataforma arábiga Sudán elemento químico, difieren ligera- 2 mente en su masa. Todos los áto- εNd Orógeno transahariano mos de un mismo elemento cuentan Promedio terrestre 0 con el mismo número de protones 8 en su núcleo. El número de neutro- –2 = 0,1 /Nd nes —y con ellos la masa del áto- Sm mo—, en cambio, puede variar; cada –4 una de estas variaciones correspon- –6 Peri-Rodinia de a un isótopo. Un gran número de elementos cuentan con varios isó- 0 500 1000 1500 2000 topos. Algunos son radiactivos, es Edad (millones de años) decir, su inestabilidad les induce a 7. DESPUES DE LA FRAGMENTACION DE RODINIA, hace unos 760 millones de años (a), desintegrarse de forma espontánea el océano exterior se cerró para formar Pannotia (b). El diagrama de relaciones iniciales para convertirse en isótopos más de neodimio (εNd) respecto del tiempo indica la composición isotópica Sm-Nd de comple- estables, emitiendo energía durante el proceso. El tiempo necesario para jos oceánicos asociados al ensamblaje de Pannotia. Las edades de la litosfera oceánica que la mitad del elemento “proge- que habría rodeado Rodinia se determinan a partir de los momentos de unión y ruptura nitor” (inestable) se desintegre y de Rodinia. Estos complejos incluyen las provincias brasileñas de Borborema y Tocantins, forme el elemento “hijo” (más es- el cinturón Transahariano del Africa Occidental y los orógenos del este y el oeste africa- table), corresponde a la vida media nos. En cada caso, la evolución temporal de εNd sitúa TME entre la formación y la rup- del elemento radiactivo; toma un va- tura de Rodinia, es decir, entre 1000 y 750 millones de años. Ello corresponde a un pro- lor constante y puede medirse en el Sigma Xi (arriba); © EMMA SKURNICK (abajo)/American Scientist ceso de extraversión. laboratorio. Puede determinarse tam- bién la relación entre ambos isóto- pos; combinada con la vida media del suelo oceánico e incorporados terior y la de uno exterior resulta del elemento, sirve para calcular el al margen continental, pasando, tam- máxima justo después de la ruptura tiempo que la muestra viene desin- bién, a formar parte de la historia de un supercontinente y se acorta a tegrándose. En el caso de una roca geológica. En el más sencillo de medida que se van distanciando los volcánica, ese tiempo corresponde los casos, la edad de cristalización continentes entre sí, la edad de cris- a la edad de cristalización. de estos complejos acrecidos reve- talización de los primeros comple- Además de resultar útiles para la laría si se formaron antes o des- jos en acrecer constituye el paráme- datación geológica, algunos isóto- pués de que el supercontinente se tro más apropiado para averiguar pos pueden también utilizarse como fragmentara, así como si proceden en qué océano se formaron. trazadores para obtener información de un océano interior o exterior. En ambos modelos, sin embargo, acerca del material que originó una Puesto que la discrepancia de edad la subducción que acontece durante roca volcánica. El trabajo pionero entre la litosfera de un océano in- el cierre de la cuenca oceánica puede de Don DePaolo, de la Universidad 22 INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, diciembre, 2004
  10. 10. de California en Berkeley, y otros rocas litosféricas se puede definir indica que proceden de un océano ha puesto de manifiesto que la de- una envolvente de valores isotópi- interior. sintegración que transforma el sa- cos esperados para cada uno de los Los Apalaches se formaron cuan- mario (Sm) en neodimio (Nd) cons- dos tipos de océano. Este enfoque do el océano Japeto se cerró. Con- tituye uno de los mejores trazadores predice envolventes distintas para tienen litosferoclastos asociados al de los procesos tectónicos. los océanos interiores y exteriores. nacimiento y desaparición posterior Aunque la transformación del Sm [Se recurre al parámetro εNd para de ese mar. En Quebec, rocas de en Nd resulta un proceso complejo, designar la diferencia entre la rela- 600 millones de años de antigüe- podemos ilustrarlo con una compa- ción de dos isótopos de neodimio dad, procedentes de los terranes en ración: la historia de los primeros in- en una muestra concreta y su valor cuestión, muestran valores iniciales migrantes europeos en Norteamérica. promedio terrestre en el momento de ε Nd muy altos (de +6,9 a +10,0), Los apellidos se han transmitido de en que la roca cristalizó.] El análi- próximos a la línea del manto em- generación en generación. Ello per- sis isotópico de la litosfera de es- pobrecido; ello hace pensar que pro- mite a los genealogistas remontarse tos océanos, o de los litosferoclas- ceden del manto empobrecido. La en el tiempo y deducir, por ejem- tos volcánicos producto de su edad de estas rocas coincide con la plo, la fecha en la que los antepa- reciclaje, debería permitirnos dis- ruptura del supercontinente ante- sados abandonaron su país de ori- tinguir entre los dos modelos que rior, Pannotia, lo que hace suponer gen. De forma parecida, si conocemos describen la congregación de un que los litosferoclastos reflejan los la edad de cristalización de una roca supercontinente. primeros estadios de esa ruptura. podemos trazar la evolución de los De forma parecida, en Newfound- isótopos de Sm y Nd, y deducir La formación de Pangea land, los litosferoclastos oceáni- cuándo el “antepasado químico” de Los Apalaches en Norteamérica, el cos, de unos 480 millones de años la roca se separó del manto empo- Cinturón Caledoniano del Atlántico de antigüedad, se hundieron sobre brecido —empobrecido porque las norte, el Cinturón Varisco de Europa la antigua Norteamérica al tiempo tierras raras ligeras, la familia a la meridional y los montes Urales en que se cerraba el océano Japeto. Sus que pertenecen el Sm y el Nd, se Rusia constituyen los principales valores iniciales de ε Nd (de +5,6 a concentran en el líquido durante la orógenos de colisión asociados al +7,7) coinciden con los del manto fusión, reduciendo la cantidad de esos ensamblaje de Pangea. La disgre- empobrecido hace 480 millones de elementos en el manto. gación del supercontinente que le años. Así pues, estos litosferoclas- El samario y el neodimio mues- precedió, Pannotia, se inició hace tos derivaron del manto en un mo- tran un comportamiento químico 550 millones de años; ello nos per- mento posterior a la fragmentación muy similar; ello facilita que los mite definir dos envolventes, una de Pannotia, por lo que pueden con- procesos de renovación de la cor- para cada tipo de océano, interior siderarse vestigios de un océano teza apenas afecten a la relación de y exterior. Trazando la ascendencia interior. sus concentraciones, que se trans- de las rocas oceánicas desde di- Los litosferoclastos oceánicos aso- mite de “generación en generación”. chos cinturones montañosos hasta ciados a la apertura y el cierre de Como veremos, la razón entre el el momento en que abandonaron el Japeto muestran, por tanto, una com- momento en que los ancestros de manto empobrecido, se obtienen lí- posición muy cercana a la del TME una roca partieron del manto em- neas de crecimiento que, al coinci- en el momento de su emplazamiento; pobrecido —edad del manto empo- dir con una de las envolventes, per- su edad modelo casi coincide con la brecido o TME— y el momento de miten distinguir con claridad si edad de cristalización, posterior a la ruptura de un supercontinente nos Pangea se ensambló por introver- ruptura de Pannotia. Estos datos, junto revela cómo se formó el siguiente sión o extraversión. con la falta de complejos oceánicos supercontinente. A partir de un con- Si los litosferoclastos oceánicos anteriores a la escisión, indican que junto de muestras de roca podemos acrecidos durante la formación de la litosfera oceánica fuente se generó definir, en un gráfico de la evolu- Pangea procedían del océano inte- en un océano interior. ción isotópica del neodimio, una rior, debieron haberse originado en El cinturón Varisco de Europa oc- envolvente que permite distinguir el manto hace menos de 550 millo- cidental se formó hace entre 320 y con claridad entre introversión y ex- nes de años. Aunque no se dispone 285 millones de años, cuando se traversión. todavía de la información isotópica cerró el océano de Rheic. En Gran La litosfera oceánica que se con- del Nd de los Urales, en los otros Bretaña, Francia y España se con- sume durante la introversión pro- orógenos existen varios terranes servan litosferoclastos asociados a cede del océano interior, formado oceánicos con rocas cuyas líneas la fragmentación continental y a la después de la ruptura del anterior de crecimiento indican que proce- posterior subducción de este océano. supercontinente; la litosfera oceá- den de un océano interior. Sus va- En el Macizo Central francés, por nica que se destruye durante la ex- lores iniciales de ε Nd, correspon- ejemplo, los basaltos que se gene- traversión, en cambio, procede del dientes al momento de cristalización, raron al inicio de la apertura de océano exterior, que, en algunos ca- están muy cercanos a la línea del este océano, hace alrededor de 480 sos, se formó antes de la ruptura del manto empobrecido, lo que implica millones de años, muestran valores supercontinente precedente. Combi- que el magma abandonó el manto iniciales de εNd (cerca de +6,8) si- nando estas observaciones con la re- empobrecido aproximadamente en milares a los del manto empobre- lación Sm/Nd característica de las el momento de su formación. Ello cido coetáneo. En el centro de INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, diciembre, 2004 23
  11. 11. Francia y el sudoeste de España se 760 a 600 millones de años, que bremanera en la formación y la lo- encuentran rocas basálticas de 360 muestran valores iniciales de ε Nd calización de Pannotia. a 350 millones de años de antigüe- desde +0,2 a +6,9 y una TME entre El mecanismo de formación de dad, relacionadas con procesos de 1200 y 900 millones de años. En el Pangea, en cambio, no está tan claro. subducción, con valores iniciales de cinturón Transahariano, al sudoeste Puesto que los continentes conver- εNd próximos a los valores del man- de Algeria y en el mediodía de gieron, sabemos que la litosfera de to empobrecido (de +6,1 a +8,0 y Marruecos, los terranes de origen los océanos interiores que se cerra- de +7,9 a +9,2 respectivamente). En insular con valores iniciales de εNd ron se hundió a un ritmo más rá- la península de Lizard, al sur de muy altos (de +1,0 a +5,0), indican pido que el de su creación. Dado Gran Bretaña, se conserva un frag- TME comprendidas entre los 1200 y que la destrucción de litosfera oceá- mento obducido de suelo oceánico los 950 millones de años. nica se compensa, a escala global, de Rheic que también muestra va- El Cinturón de Mozambique tam- mediante la formación de litosfera lores de εNd (de +9,0 a +11,8) tí- bién contiene varios litosferoclastos nueva, el cierre de los océanos in- picos del manto empobrecido. Su de origen insular. En el extremo sep- teriores debió ir acompañado de la edad de cristalización, posterior a la tentrional del mismo, en Sudán, las creación de litosfera en el océano ruptura, se remonta a los 390 mi- rocas basálticas de 800 millones de exterior. llones de años. años de antigüedad muestran valo- Pero, ¿fue la formación de nueva Lo mismo que en el caso del res iniciales de εNd muy altos (de litosfera oceánica exterior la que em- Japeto, la correspondencia de los +3,6 a +5,2) y TME comprendidas pujó y congregó en uno los conti- valores de εNd con los del manto entre los 900 y los 800 millones de nentes? ¿Fue, acaso, la rápida sub- empobrecido coetáneo, así como la años. Al sur, rocas de 740 millones ducción en el océano interior la que casi coincidencia entre TME y la edad de años de antigüedad y valores tiró de ellos y los acercó, permitiendo de cristalización de las rocas del iniciales de εNd desde +2,9 a +3,4 el ascenso del manto hacia el océano océano de Rheic, indican que la li- ofrecen TME comprendidas entre los exterior? Los mecanismos respon- tosfera oceánica que compone es- 980 y los 960 millones de años. sables de la formación de Pangea son tos conjuntos se generó después de Así pues, cada uno de estos oró- hoy tan escurridizos como lo eran la división de Pannotia y, por tanto, genos contiene terranes oceánicos cuando Alfred Wegener, padre del proceden de un océano interior. De con TME anteriores a la ruptura de concepto de la deriva continental, este haz de pruebas se deduce que Rodinia, es decir, que superan los propuso por primera vez la existen- Pangea se formó por introversión. 760 millones de años. Ello indica cia de este supercontinente, hace que la litosfera oceánica que ge- ahora un siglo. La formación de Pannotia neró estos conjuntos se originó an- Pero, ¿todos los supercontinentes tes de la ruptura de Rodinia. El se han reunido por introversión? Pa- océano cuyo cierre registran estos ra hallar una respuesta, centrémo- orógenos formaba parte del océano nos en los datos procedentes de los exterior que rodeaba este super- Los autores orógenos de colisión asociados al continente. Por tanto, a diferencia J. Brendan Murphy, profesor de la ensamblaje de Pannotia, hace 600 de la formación de Pangea, con- Universidad de San Francisco Javier millones de años; esos orógenos cluimos que Pannotia se constituyó en Autigonish, se dedica a la investi- incluyen el cinturón de Borborema, por extraversión. gación de la orogénesis y la relación en Brasil, y los cinturones Tran- entre la actividad tectónica y los pro- sahariano y de Mozambique, en el Conclusiones cesos ígneos. R. Damian Nance en- norte y este de Africa. Se caracte- Se acepta hoy que los superconti- seña en la Universidad de Ohio. Com- rizan por conservar litosferoclastos nentes se han congregado y disgre- parte con Murphy su interés por la procedentes de océanos que se ce- gado repetidamente en el transcur- tectónica y los procesos geodinámicos a gran escala. Vienen trabajando jun- rraron para formar Pannotia. Debido so de los últimos 3000 millones de tos desde 1985. a que el anterior supercontinente, años. Al menos en este período, la © American Scientist Magazine. Rodinia, se fragmentó hace unos historia geológica de la Tierra ha 760 millones de años, la edad de los estado dominada por una tectónica Bibliografía complementaria terranes originados en el océano de placas. La interacción entre las LARGE-SCALE MANTLE CONVECTION AND THE interior no debería superar los corrientes convectivas del manto AGGREGATION AND DISPERSAL OF SUPER- 760 millones de años, mientras que terrestre y la litosfera suprayacente CONTINENTS. M. Gurnis en Nature, vol. la de gran parte de los derivados ha causado repetidas tandas de en- 322, págs. 695-699; 1988. del océano exterior debería hallar- samblaje y fragmentación del su- DID THE BREAKOUT OF LAURENTIA TURN se entre los 760 y los 1100 millo- percontinente. El análisis actual GONDWANA INSIDE OUT? P. F. Hoffman nes de años, la vida aproximada de muestra dos mecanismos posibles, en Science, vol. 252, págs. 1409-1412; Rodinia. harto distintos. Tras la ruptura de 1991. En la provincia brasileña de los Rodinia, por ejemplo, parece ser que DO SUPERCONTINENTS INTROVERT OR EX- Tocantins, encontramos litosfero- los continentes en dispersión migra- TROVERT ?: Sm-Nd I SOTOPIC E VIDENCE . clastos procedentes de arcos insu- ron hacia regiones de hundimiento J. B. Murphy y R. D. Nance en Geolo- lares, con edades de cristalización del manto —las zonas de subduc- gy, vol. 31, págs. 873-876; 2003. de 950 a 850 millones de años y de ción—, cuya ubicación influyó so- 24 INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, diciembre, 2004

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