La cuenca de Lau es una cuenca de arco posterior (también denominada "cuenca interarco" [1] ) en el límite de las placas australiana y del Pacífico. Está formada por la subducción de la placa del Pacífico bajo la placa australiana . La dorsal Tonga-Kermadec , un arco frontal, y la dorsal Lau-Colville , un arco remanente , se encuentran en los lados este y oeste de la cuenca, respectivamente. [2] La cuenca tiene un área de transición elevada al sur donde se une a la fosa de Havre .
La cuenca de Lau es una cuenca joven (gran parte tiene menos de 5 millones de años) [2] que separa un arco de islas previamente continuo por rifting extensional [1] y expansión. [3] Durante el Plioceno , la placa del Pacífico se estaba subduciendo debajo de la placa australiana. [2] La losa de la placa del Pacífico se derritió al ser empujada hacia abajo, y luego se elevó para formar la dorsal original de Tonga-Kermadec. Hace unos 25 millones de años, la placa del Pacífico comenzó a alejarse de la placa australiana, dividiendo así la dorsal volcánica. El rifting fue causado inicialmente por la extensión hasta hace 6 millones de años, momento en el que comenzó la expansión del fondo marino en esta región y finalmente formó la cuenca de Lau entre las dorsales separadas. [4] En el norte, la cuenca alcanza su ancho máximo de 500 km (310 mi) con una forma triangular hacia el sur que se entiende como el resultado de la propagación hacia el sur de los principales centros extensionales y su apertura asimétrica, predominantemente hacia el oeste. [3]
La cuenca de Lau en forma de V fue abierta por dos centros de propagación hacia el sur : el Centro de Expansión Central de Lau (CLSC) y el Centro de Expansión Este de Lau (ELSC). [4] El ELSC inicial estaba orientado de norte a sur y tiene una tasa de propagación de aproximadamente 100 mm (3,9 pulgadas)/año. Erupciona basalto de dorsal oceánica (MORB). [5] La punta noreste del ELSC se propagó hacia el sur más rápido que la otra parte y produjo una pseudofalla orientada a 170 grados. [6] El ELSC rotó 15-25 grados en el sentido de las agujas del reloj y continuó propagándose hacia el sur. Luego se formó el CLSC, así como una zona de transformación extensional (ETZ) que une los dos centros de propagación. El CLSC se propagó hacia el sur y reemplazó al segmento norte ELSC. [7] La región de superposición del CLSC y el ELSC se caracteriza por terremotos de deslizamiento . Hay un centro de expansión intermedio de Lau (ILSC) entre los dos y al este del ELSC que ahora tiene cuatro segmentos caracterizados. [8] En el tercer segmento del ELSC hay una transición en la morfología de la cresta, asociada con una disminución sustancial de la profundidad de la cuenca, de 2,7 km (1,7 mi) a 2,1 km (1,3 mi) que se ha correlacionado con la aparición de un reflector de cámara de magma axial en la parte sur del ELSC. [8] Mediciones recientes han demostrado que las tasas de apertura están aumentando en ELSC y CLSC. [7] En la actualidad, la tasa de expansión de la cuenca Lau es de aproximadamente 150 mm (5,9 pulgadas) / año y, como ejemplo de una cuenca de retroarco de rápida expansión [9], se han realizado muchos estudios adicionales que han identificado centros de expansión adicionales. [5] A medida que descendemos hacia el sur por la cuenca de Lau, las tasas de expansión disminuyen, siendo para el CLSC de 120 mm (4,7 pulgadas)/año, justo al norte del ELSC en el ILSC de 102 mm (4,0 pulgadas)/año, al comienzo de la dorsal de Valu Fa (VFR) al sur de 69 mm (2,7 pulgadas)/año, y en su extremo sur de 48 mm (1,9 pulgadas)/año. [10] Algunos autores han combinado la VFR como parte del ELSC, pero la geología es ligeramente diferente. [11] El segmento de expansión más al sur (tiene dos segmentos) [8] de la VFR se aproxima a 20 km (12 millas) del arco al este a unos 24°S y tiene solo 1.700 m (5.600 pies) de profundidad. [5] Estos centros de expansión han desmembrado parcialmente la dorsal de Lau. [12] Al sur del VFR, la región de arco posterior es principalmente un área de corteza de arco estirada con abundantes fallas normales pero sin propagación obvia y se llama Southern Lau Rift (SLR), un área de terremotos superficiales activos actuales. [11]De manera similar, hacia el sur, la fosa de Havre actualmente solo presenta rifting. Al noreste se encuentra la sección sur del Centro de Rift y Expansión de Fonualei (FRSC), que se propaga hacia el sur, pero hacia el norte las interacciones del FRSC parecen más complejas y se mencionan a continuación. [13]
Desde el norte del CLSC tenemos una Zona de Transformación Extensional Lau (LETZ) orientada al noreste que se une a la Cresta Peggy, que es una cresta bastante lineal orientada de SO a NE de más de 200 km (120 mi) en la cuenca central de Lau [14] (etiquetada PR en el diagrama de la cuenca en esta página). La LETZ acomoda la extensión de este a oeste, pero también lo hace la FRSC a su este y no se ha identificado una disposición paralela doble de este tipo en ninguna otra cuenca de arco posterior. [15] Existe una complejidad considerable en la parte norte de la cuenca de Lau, donde actualmente interactúan cinco placas tetectónicas oceánicas independientes. El aspecto noroeste de la cuenca de Lau tiene el Centro de Expansión Noroeste de Lau (NWLSC). Este se está expandiendo a 75 mm (3,0 pulgadas) / año. [10] Las fallas de Rochambeau al noreste del NWLSC se están separando a 110 mm (4,3 pulgadas) / año. [10] Al este de las fallas de Rochambeau hay un área de fondo marino que se extiende entre la placa de Niuafo'ou y la placa de Tonga del norte . Desde el norte al sur tenemos el Centro de expansión de Lau del noreste (NELSC) que se separa a 42 mm (1,7 pulgadas)/año, el área al sur de la Triple Unión de Mangatolu (MTJ, también conocida como la Triple Unión de los Reyes [16] ) que se separa a 30 mm (1,2 pulgadas)/año y el FRSC cuyo primer segmento norte se propaga hacia el norte [17] con una tasa de expansión de 28 mm (1,1 pulgadas)/año en la cuenca de Lau del noreste pero que baja a 9 mm (0,35 pulgadas)/año [10] donde el último segmento del FRCS intercepta el arco volcánico de Tofua al oeste de la dorsal de Tonga. [17] Una formación prominente de estructuras volcánicas jóvenes con rumbo noroeste que incluye el volcán en escudo Niuafo'ou cruza la cuenca norte de Lau aproximadamente a 75 km (47 mi) al oeste del MTJ y se llama Margen del Rift Occidental (WRM). [3] Al este del WRM, el fondo marino tiene múltiples crestas alargadas con rumbo NNO de aproximadamente la misma orientación que el WRM, mientras que al oeste el fondo marino es más caótico con mucho vulcanismo. [3]
Los volcanes de la cuenca de Lau son principalmente andesitas y dacitas que entraron en erupción hace 6,4 a 9,0 Ma. La mayoría de las rocas máficas encontradas son andesitas basálticas con un 55 % de SiO2 . [2] Todo el fondo de la cuenca está compuesto principalmente de rocas similares a MORB, pero los 80~120 km más al oeste del fondo de la cuenca contienen una mezcla de MORB, basaltos de transición y de tipo arco. Esta región occidental tiene una composición diferente porque se formó por extensión y rifting entre las dorsales de Lau y Tonga antes de que comenzara la expansión del fondo marino. Los fosas nasales de esta región se rellenaron luego con magma fresco de una fuente del manto que es diferente de la fuente del manto para CLSC/ELSC. [2] En la parte noreste de la cuenca hay más de 402 km2 ( 155 millas cuadradas) de lava dacítica al norte de la caldera del fondo marino de Niuatahi que parece provenir de actividad del fondo marino no asociada con la caldera que en sus flancos también tiene algunas erupciones dacíticas. [18] Las volcanizaciones de la cuenca sur y las del volcán ʻAta pueden asociarse con el reciclaje de las partes subducidas de la cadena de montes submarinos Louisville . [19] Las lavas dragadas del FRSC son casi idénticas a las lavas de los volcanes de arco cercanos. [13] Al sur, las lavas en esta parte de la cuenca de Lau son más parecidas a un arco que la MORB en el ELSC, con basalto y andesita presentes. [5] Más al sur, las erupciones del valle del rift al este del SLR son principalmente andesíticas y/o dacíticas, mientras que el margen occidental del SLR tiene andesitas y basaltos. [11]
La fuente de fusión del manto en la cuenca de Lau se centra al oeste de los centros de expansión a poca profundidad. Esta fuente puede haber abastecido directamente la parte occidental de la cuenca de Lau. El basalto de tipo MORB llenó los fosos que se formaron originalmente por extensión en la cuenca occidental de Lau. El suministro asimétrico de fusión dio lugar al espesor asimétrico de la corteza en diferentes secciones de la cuenca. Este suministro de fusión puede continuar hoy en día, como lo indica una anomalía de baja velocidad en el manto superior debajo de la cuenca occidental de Lau. [4]
En el límite de subducción entre la placa del Pacífico y las placas de Tonga y Kermadec , el retroceso de la fosa de Tonga y la placa del Pacífico provocó un flujo compensatorio del manto debajo de la cuenca de Lau. Este manto fértil luego encuentra el agua liberada de la placa del Pacífico en subducción deshidratada y sufre una fusión parcial . Esto da como resultado la creación de un lote de manto empobrecido entre el manto fértil y la placa en subducción. Luego, se induce un flujo ascendente de la capa empobrecida por la expansión del arco posterior y la subducción de la placa hacia la región de la esquina donde el manto está hidratado. La fusión mejorada en esta región evita que el manto empobrecido se vuelva a enriquecer y, por lo tanto, le permite fluir hasta que se vuelca. Luego es llevado de regreso debajo del arco posterior a medida que continúa la subducción. El ELSC ubicado justo encima del manto altamente empobrecido experimenta así un suministro de magma disminuido, lo que da como resultado una capa de corteza más delgada y una tasa de expansión más rápida. Por otra parte, el CLSC tiene una corteza más gruesa porque recubre el manto fértil, que en gran medida se encuentra alejado del efecto del frente volcánico. A diferencia del ELSC, el CLSC tiene características mucho más similares a las de una dorsal oceánica. [9]
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El espesor de la corteza aumenta de 6 km (3,7 mi) en el este a 9 km (5,6 mi) en el oeste. Toda la corteza de la cuenca de Lau tiene una sección de corteza media más gruesa que la que se ve en la placa del Pacífico. La corteza de la cuenca de Lau se puede dividir en secciones oriental, central y occidental según su espesor (5,5-6,5, 7,5-8,5 y 9 km, respectivamente). La corteza en la sección oriental es similar a la de la placa del Pacífico con una capa de corteza media más gruesa y una capa de corteza inferior más delgada. Esto sugiere que está compuesta de corteza oceánica que se creó hace más de 1,5 millones de años en el ELSC. El límite entre las secciones oriental y central coincide con el límite entre la corteza del ELSC y la corteza del CLSC, lo que implica que las estructuras internas en estas dos crestas en expansión son, o fueron, diferentes. La sección central tiene una corteza relativamente más gruesa que se formó en los últimos 1,5 millones de años en el CLSC. El límite entre las secciones de la corteza central y occidental se encuentra en el medio de la corteza ELSC, lo que sugiere que la sección occidental contiene corteza creada tanto por la expansión oceánica en ELSC como por la extensión del arco insular de la cuenca Lau original. [1] En el ELSC, estudios adicionales han demostrado que la corteza de arco posterior creada a menos de 50 km (31 mi) del frente del arco volcánico es inusualmente gruesa (de 8 a 9 km) y tiene una capa de corteza superior gruesa y una capa de corteza inferior ("corteza de Dominio II", corteza "hidrata") debido a la entrada de agua derivada de la losa en el régimen de fusión subaxial del centro de expansión de arco posterior. [20] Los estudios sísmicos muestran que la corteza de arco posterior creada a distancias mayores de 70 km (43 mi) del frente del arco volcánico es más delgada y más similar a la corteza oceánica típica ("corteza de Dominio III"). [20] La corteza en el FRSC sur se creó por la extensión de la corteza de arco con un aporte variable de magmatismo y se encuentra una subcapa magmática en algunas partes de la microplaca de Niuafo'ou sur . [21]
Los procesos de formación de cuencas de retroarco fueron propuestos por primera vez por Daniel (Dan) Karig en 1970 [1] a partir de estudios de la cuenca de Lau. [15] La posibilidad de que haya en esta región varias placas tectónicas y uniones triples fue sugerida por Clement Chase el año siguiente. [15] La cuenca de Lau tiene actualmente corteza oceánica desde la placa australiana al este, la placa de Niuafo'ou al noreste y la placa de Tonga que gira en el sentido de las agujas del reloj al oeste. [22] La microplaca de Futuna está en estrecha relación con el norte en esta área tectónica más activa. [22] En la cuenca norte de Lau, el movimiento extensional entre los puntos de referencia de Australia y Tonga se adapta a múltiples zonas de rifting y expansión activas que se encuentran a lo largo de los límites de la microplaca de Niuafo'ou. [3] Estas son tan complejas, especialmente hacia el norte, que actualmente pueden existir otras microplacas más pequeñas y ciertamente algunos de los límites de las placas son zonas de deformación o por otras razones están mal definidos. [23] Existe un centro de expansión superpuesto desde el segmento más septentrional del FRSC en el este hasta el segmento más meridional de la Triple Unión de Mangatolu en el oeste. [3] Las relaciones entre el fondo marino y las propiedades de la corteza, que se establecieron en base a observaciones realizadas en las dorsales oceánicas, como la distancia al centro de expansión, la profundidad del agua y la edad de la corteza, pueden no ser estrictamente aplicables en el contexto de la cuenca de trasarco. [24] En particular, la complejidad de la sección norte se explica mejor si la expansión en las cuencas de trasarco no es un proceso tan lineal como lo es a lo largo de las dorsales oceánicas y, en cambio, la expansión de trasarco tiene el potencial de centros de expansión emergentes o saltantes. [25]
La placa del Pacífico que se inclina hacia el oeste, cuyo lecho rocoso tiene unos 110 millones de años de antigüedad, está siendo subducida actualmente bajo la microplaca independiente de Tonga, cuyo centro de expansión desde la placa australiana son los de la cuenca sur de Lau. [12] La zona sismogénica debajo de la cuenca de Lau está muy desplazada de la fosa de Tonga , de modo que la placa está a unos 250 km (160 mi) de profundidad bajo el eje de expansión de la cuenca de Lau. [12] El límite sur de la cuenca está relacionado con la subducción de la dorsal de Louisville debajo de la zona de subducción de Kermadec-Tonga .
En la actualidad, la cuenca de Lau sigue siendo un arco posterior activo que evoluciona rápidamente en el tiempo. Seis de los siete volcanes de la cuenca de Lau siguen activos. [26] El volcán insular de Niuafoʻou ha entrado en erupción varias veces desde que comenzaron los registros históricos. Al este, algunas islas de Tonga se encuentran en el rango latitudinal del ELSC, en particular en vista de su reciente historia eruptiva Hunga Tonga–Hunga Haʻapai , a 80 km (50 mi) de distancia. [8] Se ha sugerido que los sedimentos de carbonato depositados en un volcán de la cadena de montes submarinos Louisville previamente subducido pueden haber sido un factor en la naturaleza explosiva de la erupción de 2022. [ 27] ʻAta está a unos 50 km (31 mi) al este de la cresta Valu Fa [8] y el análisis de la composición de sus volcanes ha identificado que estos están asociados con las partes subducidas de los montes submarinos Louisville. [28] [19] Kao , que tiene el punto más alto de Tonga, y Tofua están a unos 95 km (59 mi) al este del segmento más septentrional del ELSC. [8] La gran caldera de Niuatahi está en el noreste de la cuenca. [18] El lado oriental de la cuenca tiene el arco volcánico de Tofua a lo largo del lado occidental de la cordillera de Tonga.
Los terremotos en esta región son principalmente terremotos de corteza. Los pequeños terremotos de la cuenca apenas se registran en tierra debido a la alta atenuación del manto. [9] Sin embargo , los sismómetros del fondo del océano han registrado sismicidad de baja magnitud (es decir, principalmente M w menor que 5) a lo largo de los centros de expansión activos en la cuenca de Lau. [29] La mayoría de los terremotos, así como las actividades volcánicas, se localizan en el límite este de la cuenca de Lau, a lo largo de la cordillera de Tonga, que es muy activa volcánicamente. [2] En el sur del Rift de Lau se han producido enjambres de terremotos poco profundos. [11] En términos de terremotos poco profundos y, por lo tanto, de corteza mayores que M w 5, ha sido posible agrupar los terremotos en dominios de tensión:
19°S 176°O / 19°S 176°O / -19; -176