Reconstrucción de placas

Los datos paleomagnéticos se obtienen tomando muestras orientadas de rocas y midiendo sus magnetizaciones remanentes en el laboratorio. Se pueden obtener datos de buena calidad de diferentes tipos de rocas . En las rocas ígneas , los minerales magnéticos cristalizan a partir del fundido, y cuando la roca se enfría por debajo de su temperatura de Curie , adquiere una magnetización termorremanente ( TRM ) en la dirección del campo magnético terrestre. En las rocas sedimentarias , los granos magnéticos alinean sus momentos magnéticos con la dirección del campo magnético durante o poco después de la deposición, lo que da como resultado una magnetización remanente detrítica o postdetrítica ( DRM ). Una dificultad común en el uso de sedimentos clásticos para definir las direcciones del campo magnético en el pasado es que la dirección de la DRM puede rotar hacia el plano de estratificación debido a la compactación del sedimento, lo que resulta en una inclinación menor que la inclinación del campo durante la deposición. No obstante, el error de aplanamiento de la inclinación puede estimarse y corregirse mediante experimentos de redeposición, mediciones de anisotropía magnética y el uso de modelos teóricos para la dispersión de direcciones paleomagnéticas. ^{[ 8 ]} Las rocas metamórficas no se utilizan normalmente para mediciones paleomagnéticas debido a las complejidades relacionadas con la adquisición de remanencia, las incertidumbres en la edad de magnetización y la alta anisotropía magnética.

Un estudio paleomagnético típico consiste en muestrear un gran número de unidades de roca independientes de edad similar en ubicaciones cercanas y recolectar múltiples muestras de cada unidad para estimar los errores de medición y evaluar qué tan bien el conjunto de datos paleomagnéticos obtenidos representa la variación secular geomagnética . Se utilizan técnicas de desmagnetización progresiva para identificar componentes de magnetización secundaria (por ejemplo, sobreimpresiones magnéticas que podrían haberse impartido a la roca debido a alteración química o recalentamiento) y para aislar la magnetización primaria, que registra la dirección del campo magnético en el momento en que se formó la roca. Normalmente se realizan varias pruebas de magnetismo de rocas y paleomagnetismo para establecer la naturaleza primaria de la magnetización remanente aislada. Las direcciones paleomagnéticas recuperadas se utilizan para derivar polos paleomagnéticos, que proporcionan restricciones sobre la posición latitudinal del bloque cortical del que se tomaron las muestras de roca y su orientación original con respecto a las líneas de longitud.

Se dispone de datos paleomagnéticos de buena calidad en la Base de Datos Paleomagnética Global , a la que se puede acceder desde el Centro Mundial de Datos A en los EE. UU. en Boulder, Colorado . ^{[ 9 ]}

Un polo paleomagnético se define tomando la dirección promedio de la magnetización remanente primaria para las rocas muestreadas (expresada como la declinación e inclinación medias ) y calculando la posición de un polo geomagnético para el campo de un dipolo magnético geocéntrico que produciría la dirección media observada en la localidad muestreada en sus coordenadas geográficas actuales. ^{[ 10 ]} Una forma alternativa de definir polos paleomagnéticos es calcular un polo geomagnético virtual (VGP) para cada unidad de roca individual y luego estimar la ubicación media para todos los VGP. La estadística de Fisher en la esfera ^{[ 11 ]} se usa normalmente para obtener la dirección media de magnetización, o la ubicación media del VGP, y para estimar sus incertidumbres. Ambos enfoques se usan en estudios paleomagnéticos, pero se ha reconocido que promediar direcciones en lugar de vectores de remanencia completos puede conducir a estimaciones sesgadas de la dirección media del campo paleomagnético, ^{[ 12 ]} por lo que el cálculo de polos paleomagnéticos promediando VGP es actualmente la técnica preferida.

Los estudios paleomagnéticos de lavas geológicamente recientes (Plioceno a Cuaternario, 0-5 Ma) indican que cuando el campo geomagnético se promedia en escalas de tiempo de decenas de miles a millones de años, durante un período de tiempo lo suficientemente largo como para muestrear completamente la variación secular geomagnética , el campo promediado en el tiempo puede aproximarse con precisión mediante el campo de un dipolo axial geocéntrico (GAD), es decir, un dipolo magnético ubicado en el centro de la Tierra y alineado con el eje de rotación de la Tierra. ^{[ 14 ] [ 15 ]} Por lo tanto, si un conjunto de datos paleomagnéticos ha muestreado suficiente tiempo para promediar la variación secular, el polo paleomagnético derivado de él puede interpretarse como una estimación de la ubicación del polo geográfico con respecto a la localidad de muestreo fijada en la posición geográfica actual.

La diferencia entre el polo paleomagnético y el polo geográfico actual refleja la posición paleogeográfica del bloque cortical que contiene el área muestreada en el momento en que se formaron las rocas estudiadas, incluyendo su latitud original (paleolatitud) y orientación. Bajo el supuesto de que la dirección paleomagnética media corresponde a la del campo GAD, la paleolatitud del lugar de muestreo (λ) se puede derivar de la inclinación (I) de la dirección media usando una ecuación simple: ^{[ 16 ]}

${\displaystyle \tan(\lambda )={\frac {1}{2}}\cdot \tan(I)}$

La declinación media (D) indica el sentido y la magnitud de la rotación alrededor de un eje vertical que pasa por el área de muestreo, la cual debe aplicarse para restaurar su orientación original con respecto a las líneas de longitud. La paleolatitud para cualquier ubicación específica perteneciente al mismo bloque cortical se puede calcular como 90° menos la distancia angular entre esta ubicación y el polo paleomagnético, y la rotación local del eje vertical se puede estimar calculando la declinación esperada a partir de la posición del polo. ^{[ 17 ]} Por lo tanto, un polo paleomagnético define la posición y orientación paleolatitudinal de todo el bloque tectónico en un momento específico del pasado. Sin embargo, debido a que el campo GAD es simétrico azimutalmente con respecto al eje de rotación de la Tierra, el polo no impone ninguna restricción a la longitud absoluta. Desde la perspectiva de las direcciones paleomagnéticas, el campo GAD tiene los mismos valores de inclinación y declinación a lo largo de una línea de latitud constante en todas las longitudes, de modo que cualquier longitud imaginable sería una opción igualmente viable para la reconstrucción de un elemento tectónico si su posición paleogeográfica está limitada únicamente por datos paleomagnéticos.

Considerando que un polo paleomagnético se aproxima a la posición del polo geográfico con respecto al continente o terreno geológico del que se determinó, la paleolatitud y orientación pueden recuperarse hallando una rotación ( polo de Euler y ángulo de rotación ) que reconstruya el polo paleomagnético en función del polo geográfico, y aplicando esta rotación al continente o terreno. De este modo, el bloque cortical y su polo paleomagnético se reconstruyen utilizando la misma rotación de Euler, de manera que no se muevan uno con respecto al otro, el polo paleomagnético se sitúa en el polo geográfico y el bloque cortical se recupera correctamente en latitud y orientación (es decir, con respecto al polo geográfico). Dado que una rotación adicional alrededor del polo geográfico solo modificará la longitud del bloque, pero su latitud y orientación con respecto a los meridianos no se verán afectadas, la paleolongitud absoluta no puede determinarse en reconstrucciones basadas en el paleomagnetismo. Sin embargo, las longitudes relativas de diferentes bloques corticales pueden definirse utilizando otros tipos de datos geológicos y geofísicos que limitan los movimientos relativos de las placas tectónicas, incluyendo las historias de expansión del fondo oceánico registradas por anomalías magnéticas marinas, la coincidencia de límites continentales y terrenos geológicos, y datos paleontológicos. ^{[ 7 ]}

Los polos de diferentes edades en un mismo continente, placa litosférica o cualquier otro bloque tectónico pueden utilizarse para construir una trayectoria de deriva polar aparente (APWP). Si las trayectorias de fragmentos corticales adyacentes son idénticas, esto indica que no ha habido movimiento relativo entre ellos durante el período cubierto por la trayectoria. La divergencia de las trayectorias APW indica que las áreas en cuestión actuaron de forma independiente en el pasado, y el punto de divergencia marca el momento en que se unieron. ^{[ 17 ]} Las APWP combinadas o sintéticas pueden construirse rotando los polos paleomagnéticos de diferentes placas al marco de referencia fijo a una sola placa, utilizando estimaciones de los movimientos relativos de las placas. ^{[ 13 ]} Para los tiempos posteriores al ensamblaje de Pangea (320 Ma), los APWP sintéticos a menudo se construyen en el marco de referencia fijado a la placa africana ^{[ 13 ]} porque África ha ocupado una posición central en la configuración de Pangea y ha estado predominantemente rodeada por dorsales de expansión después de la ruptura de Pangea, que comenzó a principios del Jurásico (aprox. 180 Ma).

Para una sola placa litosférica, el APWP refleja el movimiento de la placa con respecto al polo geográfico (cambios de latitud) y los cambios de su orientación con respecto a los paleomeridianos. Las longitudes de las reconstrucciones paleogeográficas basadas en APWP son inciertas, pero se ha argumentado que la incertidumbre puede minimizarse seleccionando una placa de referencia que se espera que se mueva lo menos en longitud según la teoría de la tectónica de placas y vinculando las reconstrucciones de las placas restantes a esta placa de referencia utilizando las estimaciones del movimiento relativo de las placas. ^{[ 18 ]} Por ejemplo, se demostró que asumir que no hay un movimiento longitudinal significativo de África desde el momento del ensamblaje de Pangea da como resultado un escenario tectónico de placas razonable, en el que no se observan grandes movimientos coherentes de este a oeste de la litosfera continental en las reconstrucciones paleogeográficas. ^{[ 19 ]}

Los APWP pueden interpretarse como registros de una señal combinada de dos fuentes de movimiento de placas: (1) movimiento de las placas litosféricas con respecto al manto terrestre y (2) movimiento de toda la Tierra sólida (manto y litosfera) con respecto al eje de rotación de la Tierra. El segundo componente se conoce comúnmente como deriva polar verdadera (TPW) y, en escalas de tiempo geológicas, resulta de la redistribución gradual de heterogeneidades de masa debido a movimientos convectivos en el manto terrestre. ^{[ 20 ]} Al comparar las reconstrucciones de placas basadas en paleomagnetismo con reconstrucciones en el marco de referencia del manto definido por puntos calientes para los últimos 120 Ma, se pueden estimar los movimientos TPW, lo que permite vincular las reconstrucciones paleogeográficas al manto y, por lo tanto, restringirlas en paleolongitud. ^{[ 21 ] [ 13 ]} Para los primeros tiempos en el Mesozoico y Paleozoico , las estimaciones de TPW se pueden obtener a través del análisis de rotaciones coherentes de la litosfera continental, ^{[ 19 ]} lo que permite vincular la paleogeografía reconstruida con las estructuras a gran escala en el manto inferior, comúnmente denominadas Grandes Provincias de Baja Velocidad de Onda de Cizallamiento (LLSVP). Se ha argumentado que las LLSVP han sido estables durante al menos los últimos 300 Ma, y posiblemente más tiempo, y que los márgenes de las LLSVP han servido como zonas de generación para las plumas del manto responsables de las erupciones de Grandes Provincias Ígneas (LIP) y kimberlitas . ^{[ 22 ] [ 23 ]} Correlacionar las ubicaciones reconstruidas de LIP y kimberlitas con los márgenes de LLSVP utilizando las rotaciones TPW estimadas permite desarrollar un modelo autoconsistente para los movimientos de placas con respecto al manto, la deriva polar verdadera y los cambios paleogeográficos correspondientes restringidos en longitud para todo el Fanerozoico , ^{[ 24 ]} aunque el origen y la estabilidad a largo plazo de las LLSVP son objeto de debate científico en curso. ^{[ 25 ] [ 26 ]}

Los polos paleomagnéticos de Euler, derivados mediante la geometrización de las trayectorias de deriva polar aparente (APWP), permiten potencialmente restringir las paleolongitudes a partir de datos paleomagnéticos. Este método podría extender las reconstrucciones del movimiento absoluto de las placas a lo largo de la historia geológica, siempre que existan APWP fiables. ^{[ 27 ]}