Mesoplacas

El término " mesoplacas " se ha aplicado en dos contextos diferentes dentro de la geología y la geofísica . El primero se aplica a gran parte del manto terrestre y el segundo a distintas capas dentro de la corteza terrestre .

En 1977, los investigadores M. Kumazawa e Y. Fukao ^[1] introdujeron el término "mesoplaca" en el contexto de lo que denominaron un "modelo tectónico de placas dual". Su fundamento es una zona de baja velocidad postulada cerca y por encima de la discontinuidad de 650 km con propiedades adicionales que incluyen baja temperatura de fusión local, migración y fraccionamiento químico activo y baja viscosidad. Además, escriben:

"Estas características conducen a un concepto de modelos tectónicos de placas duales. La capa entre las profundidades de 200 y 550 km está intercalada entre dos capas relativamente blandas (zonas de baja temperatura superior e inferior) y se espera que se comporte como una placa rígida (mesoplaca)".

Desde una perspectiva cinemática, el concepto de " mesoplacas " se aplicó como una heurística para caracterizar el movimiento de las placas litosféricas en relación con la región de origen sublitosférica del vulcanismo de puntos calientes (Pilger, 2003), o más simplemente: capas cinemáticamente rígidas dentro de la mesosfera, debajo de una o más placas. ^[2] W. Jason Morgan (1972), originalmente sugirió que los puntos calientes (inferidos por J. Tuzo Wilson ) debajo de regiones volcánicas tan activas como Hawái e Islandia forman un marco de referencia "absoluto" fijo para el movimiento de las placas suprayacentes. Sin embargo, la existencia de un marco de referencia globalmente fijo para las cadenas de islas y montes submarinos y las crestas asísmicas ("rastros") que se infiere que se originaron a partir de puntos calientes fue rápidamente descartada por las reconstrucciones de placas primitivas disponibles a mediados de la década de 1970 (Molnar y Atwater, 1973). Además, las mediciones paleomagnéticas implican que los puntos calientes se han movido en relación con los polos magnéticos de la Tierra (se infiere además que los polos magnéticos corresponden a los polos de rotación del planeta cuando se promedian a lo largo de miles de años). Nota al margen: el término "punto caliente" se utiliza aquí sin ninguna implicación genética. El término "punto de fusión" bien podría ser más aplicable.

A medida que las reconstrucciones de placas han mejorado durante las tres décadas siguientes a la contribución original de Morgan, se ha vuelto evidente que los puntos calientes debajo de los océanos Atlántico Norte y Sur centrales y el Índico pueden formar un marco de referencia distinto , mientras que los que se encuentran debajo de las placas debajo del océano Pacífico forman un marco de referencia separado. Para mayor comodidad, los puntos calientes debajo del océano Pacífico se conocen como el "conjunto hawaiano" en honor a Hawai , mientras que los que se encuentran debajo de gran parte del océano Atlántico e Índico se denominan "conjunto de Tristán" en honor a la isla de Tristán da Cunha (el punto caliente de Tristán ), uno de los principales puntos calientes inferidos del conjunto. Dentro de un único conjunto de puntos calientes, las trazas vinculadas a su punto caliente de origen pueden ajustarse mediante reconstrucciones de placas que implican solo un movimiento relativo menor entre los puntos calientes durante quizás los últimos 130 millones de años para el conjunto de Tristán y 80 millones de años para el conjunto de Hawai. Sin embargo, los dos conjuntos de puntos calientes son incompatibles con la hipótesis de un único marco de referencia de puntos calientes; Un movimiento distinto entre los dos conjuntos es evidente entre 80 y 30 Ma (antes del presente; por ejemplo, Raymond, et al., 2000).

Es importante reconocer que la datación radiométrica del vulcanismo a lo largo de los rastros de puntos calientes puede o no limitar de forma precisa y exacta la posición de la placa por encima del punto caliente subyacente a la edad producida analíticamente. Sin embargo, los modelos de reconstrucción para el conjunto hawaiano están limitados en edad por el punto caliente debajo de la Isla de Pascua y sus rastros en las placas del Pacífico y de Nazca entre aproximadamente 50 y 30 Ma, ya que el punto caliente estaba debajo del centro de expansión durante ese intervalo de tiempo, y las reconstrucciones relativas de placa resultantes limitan el movimiento de las placas en relación con el punto caliente. Antes de los 50 Ma y desde los 30 Ma, se pueden determinar reconstrucciones que se ajustan prácticamente a todos los rastros existentes del conjunto hawaiano; las edades reales tienen la mayor incertidumbre. De manera similar, las reconstrucciones de placa relativas al conjunto de Tristán se limitan mejor en edad mediante reconstrucciones relativas de placa, una consecuencia fortuita de la tectónica de placas esféricas de tres o más placas.

Las placas litosféricas se reconocen en términos de su falta de deformación interna. Por lo tanto, dos puntos de la misma placa no se moverán uno con respecto al otro, incluso si la placa se mueve con respecto a otra placa (o con respecto a los polos de rotación de la Tierra). Las placas no se definen explícitamente en términos de sus propiedades mecánicas. En cierto sentido, entonces, las "placas" son una heurística, algo así como hacer pasar una línea recta a través de un conjunto de puntos sin una relación funcional clara. Análogamente, se introdujo el término "mesoplaca". Dado que los puntos calientes del conjunto hawaiano parecen formar un marco de referencia (como los puntos de una placa litosférica, no parecen moverse a una velocidad muy grande entre sí), los puntos calientes y la parte del manto superior en la que están incrustados se denominan "mesoplaca hawaiana". La "mesoplaca de Tristán" se define de manera similar. Se infiere que una tercera mesoplaca, "islandesa", se encuentra debajo del océano Atlántico más septentrional, el océano Ártico , gran parte de Eurasia al norte de los Alpes y el Himalaya, ya que el rastro del punto caliente de Islandia no es consistente ni con el conjunto hawaiano ni con el de Tristán.

Evidencia adicional de mesoplacas proviene de observaciones de que las tensiones intraplaca en los interiores continentales estables de América del Norte y África son consistentes con los movimientos de las placas en el marco de puntos calientes de Tristán. Esta observación se hizo por primera vez para tensiones contemporáneas (la tensión principal de compresión horizontal máxima – sigma-hx); y también parece ser válida para indicadores de paleoesfuerzo entre aproximadamente 100 y 20 Ma (Pilger, 2003). Esta observación implica que el manto sublitosférico sobre el que se mueven las placas comprende el mismo marco de referencia en el que están incrustados los puntos calientes.

La heurística de la mesoplaca es en gran medida una construcción hipotética. Varias observaciones podrían descartarla. Es concebible que un límite de placa faltante entre las placas debajo del Pacífico y las que se encuentran debajo de los océanos Atlántico e Índico podría estar oculto y ser responsable de la discrepancia entre los dos conjuntos de puntos calientes. Sin embargo, el estudio progresivo de la región más probable para tal límite no ha logrado encontrarlo.

El origen de los puntos calientes, ya sea a partir de columnas del manto profundo , anomalías de fusión del manto medio o fracturas intraplaca, está limitado en cierta medida por la hipótesis de la mesoplaca. Muchos investigadores aún defienden activamente los principales modelos alternativos para el origen de los rastros de puntos calientes, las fracturas que se propagan (véase mantleplumes.org). Un modelo de este tipo no reconoce explícitamente los marcos de referencia sublitosféricos. Sin embargo, no puede explicar por completo todas las características de los rastros de puntos calientes más conocidos. ^[3]

La hipótesis de la pluma del manto como origen de los puntos calientes no tiene por qué ser incompatible con las mesoplacas. Sin embargo, sería necesario modificarla para reconocer que la falta de movimiento entre los puntos calientes representa una especie de "incrustación" de la "pluma" en el manto superior (mesosfera superficial) de la Tierra. Una de las razones de Morgan para la existencia de las plumas era la existencia de un marco de referencia de "movimiento absoluto". Los modelos numéricos actuales indican que un marco de referencia de ese tipo sería poco probable en el contexto de la convección de la pluma.

Si las investigaciones continuas demostraran la continua aplicabilidad de la hipótesis de la mesoplaca, esto tendría implicaciones importantes para la naturaleza de la convección en el manto superior: el movimiento convectivo debajo de las placas es casi enteramente vertical dentro de las mesoplacas individuales; el movimiento lateral en el manto estaría confinado a los límites de las mesoplacas y a mayores profundidades.

Phipps ^[4] acuñó el término "tectonía de mesoplacas de la corteza" aplicado a la corteza frágil separada de la corteza inferior, que se infiere que es más dúctil. La analogía entre la tectónica de litoplacas y la deformación de la corteza que involucra componentes frágiles y dúctiles conduce al concepto de mesoplacas de la corteza.

“Mesoplacas” es una combinación y contracción de dos términos: “mesosfera”, aplicado a la tierra sólida , y “ placas tectónicas ”.

La “ mesosfera ” (que no debe confundirse con mesosfera , una capa de la atmósfera ) se deriva de “capa mesosférica”, acuñado por Reginald Aldworth Daly , profesor de geología de la Universidad de Harvard . En la era anterior a la tectónica de placas , Daly (1940) infirió que tres capas esféricas comprenden la Tierra exterior : litosfera (incluida la corteza ), astenosfera y capa mesosférica. Las profundidades hipotéticas de Daly hasta el límite litosfera-astenosfera oscilaban entre 80 y 100 km y la parte superior de la capa mesosférica (base de la astenosfera) entre 200 y 480 km. Por lo tanto, se infirió que la astenosfera de Daly tenía un espesor de 120 a 400 km. Según Daly, la base de la mesosfera de la Tierra sólida podría extenderse hasta la base del manto (y, por lo tanto, hasta la parte superior del núcleo ).

Isacks, Oliver y Sykes (1968) aplicaron la litosfera y la astenosfera a su concepción de la “Nueva Tectónica Global” o lo que posteriormente se conocería como tectónica de placas . En su concepción, la base de la astenosfera se extendía tan profundamente como los terremotos más profundos (650–700 km) en las zonas sísmicas inclinadas donde las placas litosféricas descendentes penetran el manto superior.

Las placas litosféricas (esféricas) de la tectónica de placas se definen así porque se comportan de una manera cinemáticamente rígida . Es decir, tres puntos cualesquiera de la misma placa no se mueven entre sí, mientras que la placa en sí (y todos los puntos que contiene) pueden moverse en relación con otras placas u otros marcos de referencia internos (por ejemplo, el eje de rotación de la Tierra o los polos geomagnéticos ). En otras palabras, las placas litosféricas ideales no se deforman internamente a medida que se mueven.

Una “mesoplaca”, entonces, se comporta como las placas litosféricas: la evidencia empírica (discutida anteriormente) indica que los grupos de anomalías de fusión ( puntos calientes ) incrustados en la mesosfera superficial no se mueven unos con respecto a otros, sino que se mueven colectivamente en relación con otros grupos de puntos calientes y en relación con las placas litosféricas suprayacentes.

• Reología

• Daly, Reginald Aldworth (1940). Resistencia y estructura de la Tierra . Prentice-Hall. OCLC  519120.
• Isacks, Bryan; Oliver, Jack; Sykes, Lynn R. (15 de septiembre de 1968). "Sismología y la nueva tectónica global". Revista de investigación geofísica . 73 (18): 5855–5899. Bibcode :1968JGR....73.5855I. doi :10.1029/JB073i018p05855.
• Molnar, Peter; Atwater, Tanya (noviembre de 1973). "Movimiento relativo de puntos calientes en el manto". Nature . 246 (5431): 288–291. Código Bibliográfico :1973Natur.246..288M. doi :10.1038/246288a0.
• Morgan, W. Jason (1972). "Movimientos de las placas y convección en el manto profundo". Estudios en ciencias de la Tierra y el espacio . Memorias de la Sociedad Geológica de América. Vol. 132. págs. 7-22. doi :10.1130/MEM132-p7. ISBN 0-8137-1132-0.
• Kumazawa, M.; Fukao, Y. (1977). "Modelo de tectónica de placas dual". Investigación de alta presión . p. 127. doi :10.1016/B978-0-12-468750-9.50014-0. ISBN 978-0-12-468750-9.
• Pilger, Rex H. (2003). Geocinemática . doi :10.1007/978-3-662-07439-8. ISBN 978-3-642-05608-6.
• Pilger, RH (marzo de 2007). "The Bend: origen y significado". Boletín de la Sociedad Geológica de América . 119 (3–4): 302–313. Código Bibliográfico : 2007GSAB..119..302P. doi :10.1130/B25713.1.
• Raymond, Carol A.; Stock, Joann M.; Cande, Steven C. (2000). "Movimiento rápido paleógeno de los puntos calientes del Pacífico a partir de restricciones revisadas del circuito de placas global". Historia y dinámica de los movimientos globales de placas . Serie de monografías geofísicas. Vol. 121. págs. 359–375. doi :10.1029/GM121p0359. ISBN 978-0-87590-979-0.
• Wilson, J. Tuzo (junio de 1963). "Un posible origen de las islas hawaianas". Revista canadiense de física . 41 (6): 863–870. Código Bibliográfico :1963CaJPh..41..863W. doi :10.1139/p63-094.
• Imaeda, Keisuke; Hasegawa, Seiju; Imura, Kohei (5 de abril de 2018). "Obtención de imágenes de modos propios plasmónicos en mesoplacas triangulares de oro mediante microscopía óptica de campo cercano". The Journal of Physical Chemistry C . 122 (13): 7399–7409. doi :10.1021/acs.jpcc.8b00678.
• Pilger, Rex H. (23 de diciembre de 2003). "Mesoplacas: resolución de una controversia que dura décadas". Eos, Transactions American Geophysical Union . 84 (51): 573–576. Bibcode :2003EOSTr..84..573P. doi :10.1029/2003EO510002.
• Liu, Han-Shou; Kolenkiewicz, R. (6 de julio de 2004). "Comentario sobre 'Mesoplacas: resolución de una controversia que dura décadas'"". Eos, Transacciones American Geophysical Union . 85 (27): 260. Código Bibliográfico :2004EOSTr..85..260L. doi :10.1029/2004EO270003.
• Pilger, Rex H. (2003). "Mesoplacas y el origen de los puntos calientes: un modelo descendente". Geocinemática . págs. 213–223. doi :10.1007/978-3-662-07439-8_12. ISBN 978-3-642-05608-6.