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Subducción de placa plana

Diagrama que representa la subducción de una placa plana La subducción de losa plana es una estructura de placa tectónica en la que una placa continental se encuentra sobre una ...

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Diagrama que representa la subducción de una placa plana

La subducción de losa plana es una estructura de placa tectónica en la que una placa continental se encuentra sobre una placa subducida (una losa) que se desliza debajo de ella con un ángulo de subducción bajo (<30 grados a la horizontal) más allá de la capa sismogénica , y una reanudación de la subducción normal lejos de la fosa . [ 1 ] En un sentido más amplio, el término puede incluir cualquier placa inferior con una inclinación poco profunda, como en el oeste de México . La subducción de losa plana está asociada con el adelgazamiento de la astenosfera debajo de las placas, una migración hacia el interior de la erupción magmática de arco (barrido magmático) y una eventual cesación del magmatismo de arco. [ 2 ] Se cree que el acoplamiento de la losa plana a la placa superior cambia el estilo de deformación que ocurre en la superficie de la placa superior y forma elevaciones con núcleo de basamento como las Montañas Rocosas . [ 2 ] [ 3 ] La placa plana también puede hidratar la litosfera continental inferior [ 2 ] y estar involucrada en la formación de depósitos minerales de importancia económica. [ 4 ] Durante la subducción, una placa plana en sí misma puede deformarse o plegarse, causando hiatos sedimentarios en los sedimentos marinos sobre la placa. [ 5 ] La falla de una placa plana está asociada con el vulcanismo ignimbrítico y la migración inversa del vulcanismo de arco. [ 2 ] Varias hipótesis de trabajo sobre la causa de las placas planas son la subducción de una corteza oceánica gruesa y flotante (15–20  km) [ 6 ] y el retroceso de la fosa que acompaña a una placa superior que se superpone rápidamente y una succión de la fosa mejorada. [ 7 ] La costa oeste de Sudamérica tiene dos de las zonas de subducción de placa plana más grandes. [ 2 ] La subducción de placa plana está ocurriendo en el 10% de las zonas de subducción. [ 3 ]

Historia de la idea

La idea tiene sus inicios a finales de la década de 1970. [ 8 ] Los estudios sísmicos del margen andino parecían mostrar una zona de placa inferior subhorizontal a una profundidad de 100  km. El debate Cornell-Carnegie entre geofísicos de la Universidad de Cornell y trabajadores del Instituto Carnegie de Washington se centró en si los despliegues locales de sismómetros producirían mejores resultados que el análisis de datos globales (telesísmicos). La Institución Carnegie pareció haber ganado la partida con el despliegue local que mostraba la placa plana, mientras que los datos telesísmicos argumentaban a favor de una placa inclinada y poco profunda sin una zona casi horizontal. [ 9 ] La idea se adoptó para explicar la orogenia Laramide , ya que las zonas de subducción de placa plana en el margen andino están asociadas con una deformación superficial más interna y brechas magmáticas . [ 2 ] La subducción de placa plana es un área activa de investigación; los mecanismos causales de su ocurrencia aún no se han dilucidado.

Mecanismos causales y consecuencias de la subducción de placas planas

Mecanismos causales

Existen varias hipótesis de trabajo para el inicio de la subducción de placas planas. La hipótesis de la dorsal flotante parece ser la más aceptada actualmente. [ 3 ]

Subducción de la corteza oceánica flotante

La subducción de elevaciones batimétricas como dorsales asísmicas , mesetas oceánicas y montes submarinos se ha postulado como el principal impulsor de la subducción de placas planas. [ 3 ] Las zonas de subducción de placas planas andinas, la placa peruana y la placa plana pampeana (chilena) , están espacialmente correlacionadas con la subducción de elevaciones batimétricas, la Dorsal de Nazca y la Dorsal de Juan Fernández , respectivamente. La corteza oceánica gruesa y flotante reduce la densidad de la placa, y esta no se hunde en el manto después de llegar a una profundidad poco profunda (~100  km) debido al menor contraste de densidad . [ 6 ] Esto está respaldado por el hecho de que todas las placas tienen menos de ~50 Ma. [ 10 ] Sin embargo, hay casos en los que dorsales asísmicas de la misma escala que la Dorsal de Nazca están subduciendo normalmente, y casos en los que las placas planas no están asociadas con elevaciones batimétricas. [ 11 ] Hay pocas placas planas en el Pacífico occidental en áreas asociadas con la subducción de elevaciones batimétricas. [ 12 ] El modelado geodinámico ha puesto en duda si la corteza oceánica flotante por sí sola puede generar subducción de placas planas. [ 10 ]

Movimiento hacia la fosa de la placa superior con quilla cratónica.

Otra explicación para el aplanamiento de la placa es el movimiento lateral de la placa superior en una dirección opuesta a la de la placa descendente. La placa superior suele estar equipada con una quilla cratónica de litosfera continental gruesa que, si está lo suficientemente cerca de la fosa, puede impactar en el flujo en la cuña del manto . [ 7 ] La succión de la fosa está incluida en este mecanismo causal. La succión de la fosa es inducida por el flujo de la astenosfera en el área de la cuña del manto; la succión de la fosa aumenta con la velocidad de subducción , una disminución del espesor de la cuña del manto o un aumento en la viscosidad de la cuña del manto . [ 13 ] El retroceso de la fosa es el movimiento de la fosa en una dirección opuesta a la de la convergencia de placas que se cree que está relacionado con la posición de la fosa a lo largo de la zona de subducción más grande, ocurriendo el retroceso cerca de los bordes de las zonas de subducción. [ 14 ] Los experimentos de modelado han demostrado que si la litosfera cratónica es gruesa y la fosa retrocede, el cierre de la cuña del manto aumenta la succión de la fosa hasta tal punto que la placa se aplana. [ 7 ]

Consecuencias

Retraso en la eclogitización

La eclogita es una roca densa (3,5 g/cm³) que contiene granate y se forma cuando la corteza oceánica subduce hacia zonas de alta presión y temperatura. La reacción que forma la eclogita deshidrata la placa e hidrata la cuña del manto suprayacente. La placa, ahora más densa, se hunde con mayor eficacia. [ 15 ] Un retraso en la eclogitización podría deberse a la subducción de litosfera oceánica más gruesa sin fallas de penetración profunda. La corteza oceánica normalmente se falla en el borde de la fosa oceánica debido a la flexión de la placa durante la subducción. Esto puede ser un efecto o una causa de la subducción de placa plana, pero parece más probable que sea un efecto. La reanudación de la subducción con inclinación normal más allá de la porción de placa plana está asociada con la reacción de la eclogita, y el tiempo necesario para acumular suficiente eclogita para que la placa comience a hundirse puede ser lo que limita la escala temporal de la subducción de placa plana. [ 6 ]

Brechas magmáticas y vulcanismo adakítico

A medida que la placa subducente se aplana, se produce una migración interna del arco magmático que puede rastrearse. En la región de la placa plana chilena (~31–32 grados S), hace aproximadamente 7–5 Ma, se produjo una migración hacia el este, un ensanchamiento y una extinción gradual del arco volcánico asociado al aplanamiento de la placa. [ 16 ] Esto ocurre cuando la posición anterior del arco magmático en la placa superior (100–150  km por encima de la placa subducente) ya no está alineada con la zona de fusión parcial sobre la placa aplanada. [ 17 ] El arco magmático migra a una nueva ubicación que coincide con la zona de fusión parcial sobre la placa aplanada. El magmatismo anterior a la orogenia Laramide migró hasta el oeste de Dakota del Sur. [ 2 ] Finalmente, la actividad magmática sobre la placa plana puede cesar por completo a medida que la placa subducente y la placa superior comprimen la cuña del manto. [ 2 ] Tras el colapso de la placa plana, la cuña del manto puede volver a hacer circular astenosfera caliente (1300 grados C) en un área que ha estado muy hidratada, pero que no ha producido ningún magma; esto conduce a un vulcanismo ignimbrítico generalizado, que se observa tanto en las regiones afectadas por la placa plana andina como en el oeste de Estados Unidos. [ 18 ]

Las adakitas son magmas dacíticos y andesíticos que están muy empobrecidos en elementos de tierras raras pesadas y altas proporciones de estroncio / itrio y pueden derivarse de la fusión de la corteza oceánica. [ 17 ] Se cree que las adakitas erupcionan o se emplazan durante la transición de la subducción con buzamiento normal a la subducción plana a medida que el arco magmático se ensancha y migra más hacia el interior. [ 17 ] Se pueden ver rocas adakíticas en el Ecuador moderno , [ 19 ] una posible zona incipiente de placa plana, y en el centro de Chile hay rocas adakíticas de 10-5 Ma. [ 20 ] Por lo tanto, las rocas adakíticas podrían usarse como marcador de episodios pasados ​​de subducción de placa plana.

Deformación de la superficie

Se cree que las placas planas dan lugar a zonas de deformación amplia y difusa en la placa superior situada lejos de la fosa. [ 3 ] La subducción de placa plana está asociada con elevaciones con núcleo de basamento también conocidas como deformación de "piel gruesa" de la placa superior como la Sierra Pampeana en Sudamérica posiblemente asociada con la subducción de la Dorsal de Juan Fernández . [ 21 ] Estas áreas de elevaciones con núcleo de basamento están visualmente correlacionadas con zonas de subducción de placa plana. [ 16 ] Por el contrario, la deformación de "piel delgada" es el modo normal de deformación de la placa superior y no involucra roca del basamento. Se observa que el acortamiento cortical se extiende más hacia el interior que en las zonas de subducción con buzamiento normal; la Sierra Pampeana está a más de 650  km al este del eje de la fosa. [ 21 ] Las losas planas se han utilizado como explicación de la Orogenia Laramide [ 18 ] y la región central del Altiplano-Puna . [ 22 ] Otra característica interesante que puede estar asociada con la subducción de la losa plana de la Dorsal de Nazca es el arco de Fitzcarrald ubicado en la Cuenca Amazónica . El arco de Fitzcarrald es una característica topográfica lineal de gran longitud de onda que se extiende desde el este de Perú hasta el oeste de Brasil más allá del frente de cabalgamiento subandino en un área no deformada y se eleva ~600 msnm. [ 23 ] El arco de Fitzcarrald tiene el efecto de dividir la Cuenca Amazónica en tres subcuencas: la cuenca de antepaís amazónica norte , la cuenca de antepaís amazónica sur y la cuenca de antepaís amazónica oriental. [ 24 ] [ 25 ]

Sismicidad

La forma de la losa plana está limitada por terremotos dentro de la losa subducida y la interfaz entre la placa superior y la losa subducida. [ 16 ] Las zonas de losa plana a lo largo del margen andino liberan de 3 a 5 veces más energía a través de terremotos de la placa superior que las zonas de subducción adyacentes, con buzamiento más pronunciado. [ 3 ] Los mecanismos focales de los terremotos de la placa superior indican que la tensión está alineada paralelamente al movimiento de la placa, y que la tensión se transmite a la placa superior desde la inferior. [ 26 ] La razón de esta sismicidad aumentada es un acoplamiento más efectivo de las placas superior e inferior. En las zonas de subducción normales, la interfaz de acoplamiento, el área en la que las dos placas están muy próximas, entre las dos placas es de ~100–200  km de largo, pero en las zonas de subducción de losa plana la interfaz de acoplamiento es mucho más larga, 400–500  km. [ 26 ] Aunque la litosfera inferior de la superior se deforma plásticamente, la modelización numérica ha demostrado que la tensión puede transmitirse a regiones corticales que se comportan de forma frágil. [ 27 ] A lo largo de la placa subducida, la sismicidad es más variable, especialmente los terremotos de profundidad intermedia. La variabilidad puede estar controlada por el espesor de la corteza y la eficiencia con la que puede liberar agua. Una corteza gruesa que no está tan profundamente fracturada por fallas normales de elevación de fosa puede no deshidratarse lo suficientemente rápido como para inducir terremotos de profundidad intermedia. [ 1 ] La placa plana peruana carece de terremotos significativos de profundidad intermedia y está asociada con la subducción de la  dorsal de Nazca de ~17 km de espesor. [ 1 ]

losas planas andinas

A finales de la década de 1970, las primeras investigaciones reconocieron la naturaleza única de las dos grandes zonas de subducción de placa plana a lo largo del margen andino de Sudamérica. [ 28 ] [ 29 ] Existen dos grandes y uno más pequeño segmentos de subducción de placa plana actuales a lo largo del margen andino: el peruano, el pampeano y el de Bucaramanga. También se conocen tres segmentos de placa plana cenozoicos: el Altiplano, la Puna y Payenia.

La placa plana peruana se encuentra entre el Golfo de Guayaquil (5 grados S) y Arequipa (14 grados S), extendiéndose ~1500  km a lo largo del rumbo de la zona de subducción. La placa plana peruana es la más grande del mundo, [ 3 ] y se extiende ~700  km hacia el interior desde el eje de la fosa. La placa subductora comienza con una inclinación de 30 grados y luego se aplana a una profundidad de 100  km bajo la Cordillera Oriental y la zona Subandina. [ 30 ] El segmento está correlacionado visualmente con la subducción de la Dorsal de Nazca, una dorsal asísmica con corteza engrosada. La segunda zona más alta de los Andes , la Cordillera Blanca , está asociada con el segmento de la placa plana peruana y el levantamiento de bloques con núcleo de basamento. El vulcanismo en el área cesó en el Mioceno Tardío (11-5 Ma). Las reconstrucciones de placas sitúan la colisión de la dorsal de Nazca con la zona de subducción hace 11,2 millones de años a 11 grados sur, lo que implica que la extensión septentrional de la placa plana peruana podría requerir alguna otra estructura subducida, como una meseta oceánica. Se ha planteado la existencia de una posible meseta subducida, la meseta incaica. [ 31 ]

El segmento de la placa plana pampeana o chilena se ubica entre los 27° S y los 33° S, extendiéndose aproximadamente 550  km a lo largo de la zona de subducción. De manera similar, la placa plana pampeana se extiende unos 700  km hacia el interior desde el eje de la fosa. Este segmento se correlaciona visualmente con la dorsal de Juan Fernández y con el pico más alto de los Andes, el Aconcagua (6961 m), de origen no volcánico. Esta área ha experimentado la misma deformación de "piel gruesa", lo que ha dado lugar a las altas cumbres.

El segmento de Bucaramanga fue reconocido a principios de los años ochenta a partir de evidencia sismológica limitada. [ 32 ] El segmento está comprendido entre los 6 y 9 grados N en Colombia , extendiéndose ~350  km a lo largo del rumbo de la zona de subducción.

Otras losas planas

Hay otros segmentos de losa plana que merecen ser mencionados: [ 3 ]

Geología económica

La subducción de una corteza oceánica gruesa podría estar relacionada con la metalogénesis de depósitos de cobre y oro . [ 4 ] Los 10 depósitos de oro jóvenes (<18 Ma) más grandes de Sudamérica están asociados con segmentos de placa plana. [ 4 ] La metalogénesis mejorada puede deberse al cese del magmatismo en el arco, lo que permite la conservación de volátiles ricos en azufre . [ 4 ] El colapso de la supuesta placa plana bajo el oeste de Norteamérica puede haber sido vital para la producción de depósitos de oro tipo Carlin . [ 33 ]

Subducción de la Tierra primitiva

El manto de la Tierra primitiva era más caliente y se ha propuesto que la subducción de placa plana era el estilo dominante. [ 34 ] La modelización por ordenador ha demostrado que un aumento en la flotabilidad de la placa oceánica asociado con una mayor producción de corteza oceánica se habría visto contrarrestado por una disminución de la viscosidad del manto, por lo que la subducción de placa plana no habría sido dominante o habría sido inexistente. [ 10 ]

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