La subducción de losas planas se caracteriza por un ángulo de subducción bajo (<30 grados con respecto a la horizontal) más allá de la capa sismogénica y una reanudación de la subducción normal lejos de la zanja . [1] Una losa se refiere a la placa inferior subductora . Aunque, algunos caracterizarían la subducción de losas planas como cualquier placa inferior de inmersión superficial como en el oeste de México . La subducción de la losa plana está asociada con el pellizco de la astenosfera , una migración hacia el interior del magmatismo del arco (barrido magmático) y un eventual cese del magmatismo del 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 sótano como las Montañas Rocosas . [2] [3] La losa plana también puede hidratar la litosfera continental inferior [2] y participar en la formación de depósitos de mineral de importancia económica . [4] Durante la subducción, una losa plana en sí puede deformarse o pandearse, lo que provoca un hiato sedimentario en los sedimentos marinos de la losa. [5] La falla de una losa plana está asociada con el vulcanismo ignimbrítico y la migración inversa del vulcanismo de arco. [2] Múltiples hipótesis de trabajo sobre la causa de las losas planas son la subducción de la corteza oceánica gruesa y flotante (15-20 km) [6] y el retroceso de la zanja que acompaña a una placa superior que se desplaza rápidamente y una mayor succión de la zanja. [7] La costa oeste de América del Sur tiene dos de las zonas de subducción de losas planas más grandes. [2] La subducción de losas planas se está produciendo 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 de Cornell-Carnigie 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 mirar datos globales (telesísmicos). La Carnegie Institution parecía haber ganado el día con el despliegue local de imágenes de la losa plana donde los datos telesísmicos abogaban por una losa de inmersión poco profunda sin una zona horizontal cercana. [9] La idea se tomó para explicar la orogenia Laramide , ya que las zonas de subducción de losas planas en el margen andino están asociadas con más deformaciones superficiales internas y brechas magmáticas. [2] La subducción de losas planas es un área activa de investigación; los mecanismos causales de su aparición no se han aclarado.
Mecanismos causales y consecuencias de la subducción de losas planas.
Mecanismos causales
Existen varias hipótesis de trabajo para el inicio de la subducción de losas planas. La hipótesis de la cresta flotante parece favorecerse en este momento. [3]
Subducción de la corteza oceánica flotante
La subducción de alturas batimétricas tales como cordilleras asísmicas , mesetas oceánicas y montes submarinos se ha postulado como el principal impulsor de la subducción de losas planas. [3] Las zonas de subducción de la losa plana andina, la losa peruana y la losa plana pampeana (chilena) , están correlacionadas espacialmente con la subducción de alturas batimétricas, la Dorsal Nazca y la Dorsal Juan Fernandéz , respectivamente. La corteza oceánica gruesa y flotante reduce la densidad de la losa, y la losa no se hunde en el manto después de llegar a una profundidad poco profunda (~ 100 km) debido a la disminución del contraste de densidad . [6] Esto está respaldado por el hecho de que todas las losas de menos de ~ 50 Ma. [10] Sin embargo, hay casos en los que las crestas asísmicas en la misma escala que la Cordillera de Nazca se subducen normalmente, y casos en los que las losas planas no están asociadas con alturas batimétricas. [11] Hay pocas losas planas en el Pacífico Occidental en áreas asociadas con la subducción de alturas batimétricas. [12] El modelado geodinámico ha puesto en duda si la corteza oceánica flotante por sí sola puede generar subducción de losas planas. [10]
Movimiento hacia la zanja de la placa superior con quilla cratónica
Otra explicación para el aplanamiento de la losa es el movimiento lateral de la placa superior en una dirección opuesta a la de la losa descendente. La placa superior a menudo está equipada con una quilla cratónica de litosfera continental gruesa que, si está lo suficientemente cerca de la trinchera, puede incidir en el flujo en la cuña del manto . [7] La succión de trinchera se incluye en este mecanismo causal. La succión de la trinchera es inducida por el flujo de la astenosfera en el área de la cuña del manto; La succión de la zanja aumenta con la velocidad de subducción , una disminución del grosor de la cuña del manto o un aumento de la viscosidad de la cuña del manto . [13] El retroceso de la trinchera es el movimiento de la trinchera en una dirección opuesta a la de la convergencia de la placa que se cree que está relacionada con la posición de la trinchera a lo largo de la zona de subducción más grande y la retirada ocurre 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 zanja se retira, el cierre de la cuña del manto aumenta la succión de la zanja hasta el punto de que la losa se aplana. [7]
Consecuencias
Retraso en la eclogitización
La eclogita es una roca densa (3,5 g / cm3) que contiene granate que se forma cuando la corteza oceánica se subduce a zonas de alta presión y temperatura. La reacción que forma la eclogita deshidrata la losa e hidrata la cuña del manto de arriba. La losa ahora más densa se hunde con mayor eficacia. [15] Un retraso en la eclogitización podría surgir a través de la subducción de la zona litosfera oceánica más gruesa sin fallas profundamente penetrantes. La corteza oceánica normalmente tiene fallas en la elevación de la zanja por la flexión de la placa a medida que se subduce. Esto puede ser un efecto o una causa de la subducción de la losa plana, pero parece que es más probable que sea un efecto. Una reanudación de la subducción por inmersión normal más allá de la parte de la losa plana está asociada con la reacción de eclogita, y la cantidad de tiempo necesario para acumular suficiente eclogita para que la losa comience a hundirse puede ser lo que limita la escala temporal de la subducción de la losa plana. [6]
Brechas magmáticas y vulcanismo adakítico
A medida que la placa de subducción se aplana, hay una migración hacia el interior en el arco magmático que se puede rastrear. En la región de la losa plana chilena (~ 31-32 grados S), alrededor de 7-5 Ma hubo una migración hacia el este, la ampliación y el cierre gradual del arco volcánico asociado con el aplanamiento de la losa. [16] Esto ocurre cuando la posición anterior del arco magmático en la placa superior (100-150 km por encima de la placa de subducción) ya no está alineada con la zona de fusión parcial por encima de la losa de aplanamiento. [17] El arco magmático migra a una nueva ubicación que coincide con la zona de fusión parcial por encima de la losa aplastada. El magmatismo antes de la orogenia Laramide emigró hasta el oeste de Dakota del Sur. [2] Eventualmente, la actividad magmática sobre la losa plana puede cesar por completo cuando la placa subductora y la placa superior aprietan la cuña del manto. [2] Tras la falla de la losa plana, la cuña del manto puede comenzar a circular nuevamente por astenosfera caliente (1300 grados C) en un área que ha sido muy hidratada, pero que no ha producido ningún derretimiento; esto conduce a un vulcanismo ignimbrítico generalizado, que se observa tanto en las regiones andinas afectadas por losas planas como en el oeste de los Estados Unidos. [18]
Los adakitas son magmas dacíticos y andesíticos que están muy empobrecidos en elementos pesados de tierras raras y altas proporciones de estroncio / itrio y pueden derivarse del derretimiento de la corteza oceánica. [17] Se cree que los adakitas hacen erupción o se emplazan durante la transición de la subducción por inmersión normal a la subducción plana a medida que el arco magmático se ensancha y migra hacia el interior. [17] Las rocas adakíticas se pueden ver en el Ecuador moderno , [19] una posible zona de losas planas incipientes, y en el centro de Chile hay 10-5 rocas Ma adakíticas. [20] Por lo tanto, las rocas adakíticas podrían usarse como marcadores de episodios pasados de subducción de losas planas.
Deformación superficial
Se cree que las losas planas dan como resultado zonas de deformación amplia y difusa en la placa superior ubicada lejos de la zanja. [3] La subducción de losas planas se asocia con levantamientos con núcleo de sótano también conocido como deformación de "piel gruesa" de la placa superior como la Sierra Pampeanas en América del Sur, posiblemente asociada con la subducción de la Cordillera Juan Fernandéz . [21] Estas áreas de levantamientos con núcleo de sótano se correlacionan visualmente con las zonas de subducción de losas planas. [16] En contraste, la deformación de "piel fina" es el modo normal de deformación de la placa superior y no involucra la roca del basamento. Se observa que el acortamiento de la corteza se extiende más hacia el interior que en las zonas de subducción normalmente sumergidas; la Sierra Pampeana se encuentra a más de 650 km al este del eje de la trinchera. [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 Cordillera de Nazca es el arco de Fitzcarrald ubicado en la Cuenca Amazónica . El arco de Fitzcarrald es una característica topográfica lineal de longitud de onda larga que se extiende desde el este de Perú hasta el oeste de Brasil más allá del frente de empuje subandino hacia un área no deformada y que se eleva a ~ 600 msnm. [23] El arco de Fitzcarrald tiene el efecto de dividir la cuenca amazónica en tres subcuencas: la cuenca del antepaís amazónico norte , la cuenca del antepaís amazónico sur y la cuenca del antepaís amazónico oriental. [24] [25]
Sismicidad
La forma de la losa plana está restringida por terremotos dentro de la losa subductora y la interfaz entre la placa superior y la losa subductora. [16] Las zonas de losas planas a lo largo del margen andino liberan de 3 a 5 veces más energía a través de los terremotos de la placa superior que las zonas de subducción adyacentes con más pendiente. [3] Los mecanismos focales del terremoto de la placa superior indican que la tensión está alineada en paralelo con el movimiento de la placa, y que la tensión se transmite hacia la placa superior desde la inferior. [26] La razón de esta sismicidad mejorada es un acoplamiento más eficaz 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 tiene ~ 100-200 km de largo, pero en las zonas de subducción de losas planas la interfaz de acoplamiento es mucho más larga, 400-500 km. [26] Aunque la litosfera inferior de la superior se deforma plásticamente, el modelado numérico ha demostrado que la tensión puede transmitirse a las regiones de la corteza que se comportan de forma frágil. [27] A lo largo de la placa en subducción, la sismicidad es más variable, especialmente los terremotos de profundidad intermedia. La variabilidad puede ser controlada por el grosor de la corteza y la eficiencia con la que puede liberar agua. La corteza gruesa que no está tan profundamente fracturada por las fallas normales de la elevación de la zanja puede no deshidratarse lo suficientemente rápido como para inducir terremotos de profundidad intermedia. [1] La losa plana peruana carece de terremotos significativos de profundidad intermedia y está asociada con la subducción de la Cordillera de Nazca de ~ 17 km de espesor. [1]
Losas planas andinas [28]
A fines de la década de 1970, las primeras investigaciones reconocieron la naturaleza única de las dos grandes zonas de subducción de losas planas a lo largo del margen andino de América del Sur. [29] A lo largo del margen andino existen dos segmentos de subducción de losa plana actuales grandes y uno más pequeño: el peruano, el pampeano y el de Bucaramanga. También se conocen tres segmentos de losa plana Cenozoica: Altiplano, Puna y Payenia.
La losa plana peruana está ubicada 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 losa plana peruana es la más grande del mundo, [3] y se extiende ~ 700 km hacia el interior desde el eje de la zanja. La placa de subducción comienza en un buzamiento de 30 grados y luego se aplana a una profundidad de 100 km bajo la Cordillera Oriental y la zona subandina. [30] El segmento se correlaciona visualmente con la subducción de la Cordillera de Nazca, una cordillera asísmica con corteza engrosada. La segunda zona más alta de los Andes , Cordillera Blanca , está asociada con el segmento de losa plana peruana y el levantamiento de bloques con núcleo de sótano. El vulcanismo en el área cesó en el Mioceno tardío (11-5 Ma). Las reconstrucciones de placas cronometran la colisión de la Cordillera de Nazca con la zona de subducción en 11.2 Ma a 11 grados S, lo que implica que la extensión norte de la losa plana peruana puede requerir alguna otra característica subducida como una meseta oceánica. Se ha argumentado a favor de una supuesta meseta subducida, la Meseta Inca. [31]
El segmento de losa plana pampeana o chilena se ubica entre 27 grados S y 33 grados S, extendiéndose ~ 550 km a lo largo del rumbo de la zona de subducción. La losa plana pampeana se extiende de manera similar ~ 700 km hacia el interior desde el eje de la zanja. El segmento se correlaciona visualmente con la Cordillera Juan Fernández, y el pico más alto de los Andes, el Aconcagua no volcánico (6961 m). Esta zona ha sufrido la misma deformación de "piel gruesa", lo que lleva a los picos de alta montaña.
El segmento de Bucaramanga fue reconocido a principios de los años ochenta por evidencia sismológica limitada. [32] El segmento está comprendido entre 6 y 9 grados N en Colombia , extendiéndose ~ 350 km a lo largo del rumbo de la zona de subducción.
Otras losas planas [3]
Hay varios otros segmentos de losas planas que merecen una mención:
- Alaska: 145–150 grados O a lo largo de la Fosa de las Aleutianas asociada con la microplaca Yakutat
- Costa Rica: 82 a 84 grados O asociado con la Cordillera de Cocos
- México: 96-100 grados O asociado con la cordillera Tenhuantepec
- Cascadian , Estados Unidos: 46-49 grados N asociado con la subducción de la corteza oceánica joven
Geología económica
La subducción de la corteza oceánica gruesa podría estar relacionada con la metalogénesis de los depósitos de cobre y oro . [4] Los 10 depósitos de oro jóvenes más grandes (<18 Ma) en América del Sur están asociados con segmentos de losas planas. [4] La metalogénesis mejorada puede ser causada por el cese del magmatismo en el arco que permite la conservación de volátiles ricos en azufre . [4] La falla de la supuesta losa plana bajo el oeste de América del Norte puede haber sido vital en 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 losas planas era el estilo dominante. [34] El modelado por computadora ha demostrado que un aumento en la flotabilidad de la placa oceánica asociado con una mayor producción de corteza oceánica se habría contrarrestado por una menor viscosidad del manto, por lo que la subducción de la losa plana no habría sido dominante o inexistente. [10]
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