Cuenca de trasarco

Una cuenca de trasarco es un tipo de cuenca geológica que se encuentra en algunos límites de placas convergentes . Actualmente, todas las cuencas de trasarco son formaciones submarinas asociadas a arcos de islas y zonas de subducción , muchas de ellas ubicadas en el Pacífico occidental . La mayoría resultan de fuerzas de tensión , causadas por un proceso conocido como retroceso de la fosa oceánica , donde una zona de subducción se mueve hacia la placa subducente. ^{[ 1 ]} Las cuencas de trasarco fueron inicialmente un fenómeno inesperado en la tectónica de placas , ya que se esperaba que los límites convergentes fueran universalmente zonas de compresión. Sin embargo, en 1970, Dan Karig publicó un modelo de cuencas de trasarco consistente con la tectónica de placas. ^{[ 2 ]}

Las cuencas de trasarco suelen ser muy largas y relativamente estrechas, a menudo de miles de kilómetros de longitud y de solo unos cientos de kilómetros de ancho como máximo. Para que se forme una extensión de trasarco, se requiere una zona de subducción, pero no todas las zonas de subducción tienen una característica de extensión de trasarco. ^{[ 3 ]} Las cuencas de trasarco se encuentran en áreas donde la placa subducida de corteza oceánica es muy antigua. ^{[ 3 ]} El ancho restringido de las cuencas de trasarco se debe a que la actividad magmática depende del agua y de la convección inducida del manto, lo que limita su formación a lo largo de las zonas de subducción. ^{[ 3 ]} Las tasas de expansión varían desde solo unos pocos centímetros por año (como en la Fosa de las Marianas ), hasta 15  cm/año en la Cuenca de Lau . ^{[ 4 ]} Las dorsales de expansión dentro de las cuencas erupcionan basaltos que son similares a los erupcionados de las dorsales oceánicas ; La principal diferencia radica en que los basaltos de las cuencas de trasarco suelen ser muy ricos en agua magmática (típicamente 1–1,5  % en peso de H₂O ₎ , mientras que los magmas de los basaltos de las dorsales oceánicas son muy secos (típicamente <0,3  % en peso de H₂O ₎ . El alto contenido de agua de los magmas de los basaltos de las cuencas de trasarco proviene del agua transportada a través de la zona de subducción y liberada en la cuña del manto suprayacente . ^{[ 1 ]} Otras fuentes de agua podrían ser la eclogitización de anfíboles y micas en la placa subducida. De forma similar a las dorsales oceánicas, las cuencas de trasarco poseen fuentes hidrotermales y comunidades quimiosintéticas asociadas .

Se han encontrado evidencias de expansión del fondo marino en los núcleos del lecho de la cuenca. El espesor del sedimento acumulado en la cuenca disminuyó hacia el centro, lo que indica una superficie más joven. La idea de que el espesor y la edad del sedimento en el fondo marino están relacionados con la edad de la corteza oceánica fue propuesta por Harry Hess. ^{[ 5 ]} Las anomalías magnéticas de la corteza formada en las cuencas de trasarco se desviaron en su forma de la corteza formada en las dorsales oceánicas. ^{[ 2 ]} En muchas áreas, las anomalías no parecen paralelas, y los perfiles de las anomalías magnéticas en la cuenca carecen de simetría o de una anomalía central como en una cuenca oceánica tradicional, lo que indica una expansión asimétrica del fondo marino. ^{[ 2 ]}

Esto ha llevado a algunos a caracterizar la expansión en las cuencas de trasarco como más difusa y menos uniforme que en las dorsales oceánicas. ^{[ 6 ]} La idea de que la expansión en las cuencas de trasarco es inherentemente diferente de la expansión en las dorsales oceánicas es controvertida y se ha debatido a lo largo de los años. ^{[ 6 ]} Otro argumento presentado es que el proceso de expansión del fondo marino es el mismo en ambos casos, pero el movimiento de los centros de expansión del fondo marino en la cuenca causa la asimetría en las anomalías magnéticas. ^{[ 6 ]} Este proceso puede observarse en la cuenca de trasarco de Lau. ^{[ 6 ]} Aunque las anomalías magnéticas son más complejas de descifrar, las rocas muestreadas de los centros de expansión de las cuencas de trasarco no difieren mucho de las de las dorsales oceánicas. ^{[ 7 ]} Por el contrario, las rocas volcánicas del arco de islas cercano difieren significativamente de las de la cuenca. ^{[ 7 ]}

Las cuencas de trasarco se diferencian de las dorsales oceánicas normales porque se caracterizan por una expansión asimétrica del fondo marino, aunque esta varía considerablemente incluso dentro de una misma cuenca. Por ejemplo, en la fosa de las Marianas central, las tasas de expansión actuales son 2-3 veces mayores en el flanco occidental, ^{[ 8 ]} mientras que en el extremo sur de la fosa de las Marianas, la posición del centro de expansión adyacente al frente volcánico sugiere que la acreción cortical general ha sido casi completamente asimétrica en esa zona. ^{[ 9 ]} Esta situación se refleja hacia el norte, donde también se desarrolla una gran asimetría en la expansión. ^{[ 10 ]}

Otras cuencas de trasarco, como la cuenca de Lau, han experimentado grandes saltos de rift y eventos de propagación (cambios repentinos en el movimiento relativo del rift) que han transferido centros de expansión de posiciones distales al arco a posiciones más proximales al arco. ^{[ 11 ]} Por el contrario, el estudio de las tasas de expansión recientes parece ser relativamente simétrico, con quizás pequeños saltos de rift. ^{[ 12 ]} La causa de la expansión asimétrica en las cuencas de trasarco sigue sin comprenderse bien. Las ideas generales invocan asimetrías relativas al eje de expansión en los procesos de generación de fusión del arco y flujo de calor, gradientes de hidratación con la distancia a la placa, efectos de cuña del manto y evolución de rifting a expansión. ^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}

Se cree que la extensión de la corteza detrás de los arcos volcánicos es causada por procesos asociados con la subducción. ^{[ 1 ]} A medida que la placa subducente desciende en la astenosfera , libera agua, lo que provoca la fusión del manto, vulcanismo y la formación de arcos de islas. Otro resultado de esto es la formación de una celda de convección. ^{[ 1 ]} El magma ascendente y el calor junto con la tensión hacia afuera en la corteza en contacto con la celda de convección causan la formación de una región de fusión, lo que resulta en una grieta . Este proceso empuja el arco de islas hacia la zona de subducción y al resto de la placa lejos de la zona de subducción. ^{[ 1 ]} El movimiento hacia atrás de la zona de subducción con respecto al movimiento de la placa que está siendo subducida se llama retroceso de la fosa (también conocido como retroceso de bisagra o retroceso de bisagra ). A medida que la zona de subducción y su fosa asociada tiran hacia atrás, la placa superior se estira, adelgazando la corteza y formando una cuenca de trasarco. En algunos casos, la extensión se desencadena por la entrada de una estructura flotante en la zona de subducción, que ralentiza localmente la subducción e induce la rotación de la placa subductora adyacente. Esta rotación se asocia con el retroceso de la fosa y la extensión de la placa superior. ^{[ 9 ]}

Se ha determinado que la edad de la corteza subducida necesaria para establecer la expansión de trasarco es de 55  millones de años o más. ^{[ 15 ] [ 3 ]} Por eso, los centros de expansión de trasarco parecen concentrarse en el Pacífico occidental. ^{[ 3 ]} El ángulo de inclinación de la placa subducida también puede ser significativo, ya que se ha demostrado que es mayor de 30° en áreas de expansión de trasarco; esto se debe probablemente a que, a medida que la corteza oceánica envejece, se vuelve más densa, lo que resulta en un ángulo de descenso más pronunciado. ^{[ 3 ]}

El adelgazamiento de la placa superior debido a la formación de rifts en la cuenca de trasarco puede dar lugar a la formación de nueva corteza oceánica (es decir, expansión en la cuenca de trasarco). A medida que la litosfera se estira, la astenosfera subyacente asciende a poca profundidad y se funde parcialmente como resultado de la fusión por descompresión adiabática . Cuando este material fundido se acerca a la superficie, comienza la expansión.

La sedimentación es fuertemente asimétrica, con la mayor parte del sedimento proveniente del arco volcánico activo que retrocede al mismo ritmo que el retroceso de la fosa. ^{[ 16 ]} A partir de núcleos recolectados durante el Proyecto de Perforación Oceánica Profunda (DSDP) se encontraron nueve tipos de sedimentos en las cuencas de trasarco del Pacífico occidental. ^{[ 16 ]} Los flujos de detritos de conglomerados masivos de estratificación gruesa a media representan el 1,2% de los sedimentos recolectados por el DSDP. ^{[ 16 ]} El tamaño promedio de los sedimentos en los conglomerados es del tamaño de guijarros, pero puede variar desde gránulos hasta cantos rodados . ^{[ 16 ]} Los materiales accesorios incluyen fragmentos de caliza , sílex , fósiles de aguas someras y clastos de arenisca . ^{[ 16 ]}

Los sistemas de abanicos submarinos de arenisca turbidítica y lutita intercaladas representaron el 20% del espesor total del sedimento recuperado por el DSDP. ^{[ 16 ]} Los abanicos se pueden dividir en dos subsistemas según las diferencias en litología , textura , estructuras sedimentarias y estilo de estratificación . ^{[ 16 ]} Estos sistemas son el subsistema de abanico interno y medio y el subsistema de abanico externo. ^{[ 16 ]} El sistema de abanico interno y medio contiene areniscas y lutitas intercaladas de estratificación delgada a media. ^{[ 16 ]} Las estructuras que se encuentran en estas areniscas incluyen clastos de carga , microfallas , pliegues de deslizamiento, laminaciones convolutas , estructuras de deshidratación, estratificación gradada y techos de gradación de capas de arenisca. ^{[ 16 ]} Se pueden encontrar secuencias parciales de Bouma dentro del subsistema. ^{[ 16 ]} El subsistema de abanico externo generalmente consiste en sedimentos más finos en comparación con el sistema de abanico interno y medio. ^{[ 16 ]} En este sistema se encuentran areniscas volcanoclásticas, limolitas y lutitas bien clasificadas . ^{[ 16 ]} Las estructuras sedimentarias encontradas en este sistema incluyen láminas paralelas, microláminas transversales y estratificación gradada. ^{[ 16 ]} En este subsistema se pueden identificar secuencias parciales de Bouma. ^{[ 16 ]}

Las arcillas pelágicas que contenían micronódulos de hierro-manganeso , cuarzo , plagioclasa , ortoclasa , magnetita , vidrio volcánico , montmorillonita , illita , esmectita , restos de foraminíferos , diatomeas y espículas de esponja conformaban la sección estratigráfica superior en cada sitio donde se encontró. Este tipo de sedimento constituía el 4,2 % del espesor total del sedimento recuperado por el DSDP. ^{[ 16 ]}

Los sedimentos de sílice pelágica biogénica consisten en lodos de radiolarios, diatomeas, silicoflagelados y sílex. ^{[ 16 ]} Constituyen el 4,3% del espesor del sedimento recuperado. ^{[ 16 ]} Los carbonatos pelágicos biogénicos son el tipo de sedimento más común recuperado de las cuencas de trasarco del Pacífico occidental. ^{[ 16 ]} Este tipo de sedimento constituyó el 23,8% del espesor total del sedimento recuperado por el DSDP. ^{[ 16 ]} Los carbonatos pelágicos consisten en lodo, creta y caliza. ^{[ 16 ]} Los nanofósiles y foraminíferos constituyen la mayor parte del sedimento. ^{[ 16 ]} Los carbonatos resedimentados constituyeron el 9,5% del espesor total del sedimento recuperado por el DSDP. ^{[ 16 ]} Este tipo de sedimento tenía la misma composición que el carbonato pelágico biogénico, pero había sido retrabajado con estructuras sedimentarias bien desarrolladas. ^{[ 16 ]} Los piroclastos, compuestos de ceniza volcánica , toba y una variedad de otros constituyentes, incluyendo nanofósiles, pirita , cuarzo, restos vegetales y vidrio, conformaron el 9,5% del sedimento recuperado. ^{[ 16 ]} Estos sedimentos volcánicos fueron originados por el vulcanismo regional controlado por la tectónica y las fuentes cercanas del arco de islas. ^{[ 16 ]}

Las cuencas de trasarco activas se encuentran en las regiones de las Marianas , Kermadec-Tonga , Escocia del Sur , Manus , el norte de Fiyi y el mar Tirreno , pero la mayoría se ubican en el Pacífico occidental. No todas las zonas de subducción poseen cuencas de trasarco; algunas, como los Andes centrales , están asociadas con la compresión de trasarco .

Existen varias cuencas de trasarco extintas o fósiles, como la cuenca de Parece Vela-Shikoku, el mar de Japón y la cuenca de las Kuriles. Se encuentran cuencas de trasarco compresivas, por ejemplo, en los Pirineos y los Alpes suizos . ^{[ 17 ]}

Con el desarrollo de la teoría de la tectónica de placas , los geólogos pensaban que los márgenes de placas convergentes eran zonas de compresión, por lo que no se esperaban zonas de fuerte extensión sobre las zonas de subducción (cuencas de trasarco). La hipótesis de que algunos márgenes de placas convergentes se estaban expandiendo activamente fue desarrollada por Dan Karig en 1970, mientras era estudiante de posgrado en la Institución Scripps de Oceanografía . ^{[ 2 ]} Esto fue el resultado de varias expediciones geológicas marinas al Pacífico occidental.

• Región de arco posterior
• Cuenca de antearco
• Cuenca intraarco

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• Animación de la subducción, el retroceso de la fosa y la expansión de la cuenca de trasarco en EGU GIFT2017: Dando forma al Mediterráneo desde adentro hacia afuera, vía YouTube