La subducción de losa plana 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 fosa . [1] Una losa se refiere a la placa inferior en subducción . Una definición más amplia de subducción de losa plana incluye cualquier placa inferior con una inclinación superficial, como en el oeste de México . La subducción de losa plana está asociada con el pinzamiento de la astenosfera , una migración hacia el interior del magmatismo de arco (barrido magmático) y un cese eventual 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 losa plana también puede hidratar la litosfera continental inferior [2] y estar involucrada en la formación de depósitos minerales económicamente importantes . [4] Durante la subducción, una placa plana puede deformarse o doblarse, causando un hiato sedimentario 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 la corteza oceánica gruesa y flotante (15-20 km) [6] y el retroceso de la fosa que acompaña a una placa superior que se desplaza rápidamente y una mayor succión de la fosa. [7] La costa oeste de América del Sur tiene dos de las zonas de subducción de placas planas más grandes. [2] La subducción de placas planas ocurre en el 10% de las zonas de subducción. [3]
La idea tiene sus inicios a fines 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 los geofísicos de la Universidad de Cornell y los trabajadores del Instituto Carnegie de Washington se centró en si los despliegues locales de sismómetros arrojarían mejores resultados que observar los datos globales (telesísmicos). La Institución Carnegie parecía haber ganado el día con el despliegue local de imágenes de la losa plana donde los datos telesísmicos argumentaban a favor de una losa inclinada poco profunda sin una zona casi horizontal. [9] La idea fue adoptada para explicar la orogenia Laramide , ya que las zonas de subducción de losas planas en el margen andino están asociadas con una mayor deformación de la superficie interior y brechas magmáticas . [2] La subducción de losas planas es un área activa de investigación; los mecanismos causales de su ocurrencia no se han resuelto.
Existen varias hipótesis de trabajo sobre el inicio de la subducción de placas planas. La hipótesis de la dorsal flotante parece ser la preferida en este momento. [3]
La subducción de altos batimétricos como dorsales 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 losas planas andinas, la losa peruana y la losa plana pampeana (chilena) , están correlacionadas espacialmente con la subducción de altos batimétricos, la dorsal de Nazca y la dorsal de Juan Fernández , 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 superficial (~100 km) debido al menor contraste de densidad . [6] Esto está respaldado por el hecho de que todas las losas tienen menos de ~50 Ma. [10] Sin embargo, hay casos en los que dorsales asísmicas de la misma escala que la dorsal de Nazca se subducen normalmente, y casos en los que las losas planas no están asociadas con altos batimétricos. [11] Hay pocas placas planas en el Pacífico occidental en áreas asociadas con la subducción de altos batimétricos. [12] El modelado geodinámico ha puesto en duda si la corteza oceánica flotante por sí sola puede generar la subducción de placas planas. [10]
Otra explicación para el aplanamiento de la losa es el movimiento lateral de la placa superior en una dirección opuesta a la de la placa descendente. La placa superior a menudo está equipada con una quilla cratónica de litosfera continental gruesa que, si está lo suficientemente cerca de la fosa, puede incidir en el flujo en la cuña del manto . [7] La succión de la fosa se incluye 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 la placa, que se cree que está relacionada con la posición de la fosa a lo largo de la zona de subducción más grande, y el retroceso 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 fosa retrocede, el cierre de la cuña del manto aumenta la succión de la fosa hasta tal punto que la losa se aplana. [7]
La eclogita es una roca densa (3,5 g/cm3) que contiene granate y que se forma cuando la corteza oceánica se subduce a zonas de alta presión y temperatura. La reacción que forma la eclogita deshidrata la placa e hidrata la cuña del manto que se encuentra encima. La placa, ahora más densa, se hunde con mayor eficacia. [15] Un retraso en la eclogita podría surgir a través de la subducción de la litosfera oceánica de la zona más gruesa sin fallas que penetren profundamente. La corteza oceánica normalmente se falla en la elevación de la fosa por la flexión de la placa a medida que se subduce. Esto puede ser un efecto o una causa de la subducción de la placa plana, pero parece que es más probable que sea un efecto. Una reanudación de la subducción con inclinación normal más allá de la porción de la placa plana está asociada con la reacción de la eclogita, y la cantidad de tiempo necesaria para acumular suficiente eclogita para que la placa comience a hundirse puede ser lo que limita la escala temporal de la subducción de la placa plana. [6]
A medida que la placa en subducción se aplana, se produce una migración hacia el interior del arco magmático que puede rastrearse. En la región de la placa plana chilena (~31–32 grados S), alrededor de 7–5 Ma hubo una migración hacia el este, ensanchamiento y apagado gradual del arco volcánico asociado con el 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 en subducción) ya no está alineada con la zona de fusión parcial por encima de la placa en aplanamiento. [17] El arco magmático migra a una nueva ubicación que coincide con la zona de fusión parcial por encima de la placa en aplanamiento. El magmatismo antes de la orogenia Laramide migró hasta el oeste de Dakota del Sur. [2] Finalmente, la actividad magmática por encima de la placa plana puede cesar por completo a medida que la placa en subducción y la placa superior pellizcan la cuña del manto. [2] Tras la falla de la placa plana, la cuña del manto puede volver a empezar a circular astenosfera caliente (1300 grados C) en un área que ha estado muy hidratada, pero que no había producido ningún derretimiento; esto conduce a un vulcanismo ignimbrítico generalizado, que se observa tanto en las regiones afectadas por las placas planas andinas como en el oeste de los Estados Unidos. [18]
Las adakitas son magmas dacíticos y andesíticos altamente empobrecidos en elementos pesados de tierras raras y altas proporciones estroncio / itrio y pueden derivar de la fusión de la corteza oceánica. [17] Se piensa que las adakitas entran en erupción o se emplazan durante la transición de la subducción normalmente inclinada 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 de losa plana incipiente, y en Chile central hay rocas adakíticas de 10-5 Ma. [20] Por lo tanto, las rocas adakíticas podrían usarse como marcador de episodios pasados de subducción de losas planas.
Se cree que las losas planas dan lugar a zonas de deformación amplia y difusa en la placa superior ubicadas lejos de la fosa. [3] La subducción de losas planas está asociada con levantamientos con núcleo de basamento también conocidos como deformación de "piel gruesa" de la placa superior como las Sierra Pampeanas en América del Sur posiblemente asociadas con la subducción de la dorsal de Juan Fernández . [21] Estas áreas de levantamientos con núcleo de basamento están visualmente correlacionadas con zonas de subducción de losas planas. [16] Por el contrario, la deformación de "piel fina" es el modo normal de deformación de la placa superior y no involucra roca del basamento. Se observa que el acortamiento de la corteza se extiende más hacia el interior que en las zonas de subducción normalmente inclinadas; las Sierra Pampeanas están 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 losas planas 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 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: cuenca del antepaís amazónico norte , cuenca del antepaís amazónico sur y cuenca del antepaís amazónico oriental. [24] [25]
La forma de la losa plana está restringida por los terremotos dentro de la losa en subducción y la interfaz entre la placa superior y la losa en subducción. [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, más inclinadas. [3] Los mecanismos focales del terremoto de la placa superior indican que la tensión está alineada paralelamente con el movimiento de la placa, y que la tensión se transmite hacia arriba en la placa superior desde la inferior. [26] La razón de esta sismicidad mejorada 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 en estrecha proximidad, entre las dos placas tiene una longitud de ~100 a 200 km, pero en las zonas de subducción de losas planas, la interfaz de acoplamiento es mucho más larga, de 400 a 500 km. [26] Aunque la litosfera inferior de la superior se deforma plásticamente, el modelado numérico ha demostrado que la tensión se puede transmitir a las regiones de la corteza que se comportan de manera frágil. [27] A lo largo de la placa en subducción, 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. La corteza gruesa que no está fracturada tan profundamente por el fallamiento normal de la zanja 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]
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. [28] [29] Existen dos segmentos de subducción de losas planas grandes y uno más pequeño a lo largo del margen andino: el peruano, el pampeano y el de Bucaramanga. También se conocen tres segmentos de losas planas del Cenozoico: Altiplano, Puna y Payenia.
La losa 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 losa 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 de subducción comienza con una inclinación de 30 grados y luego se aplana a una profundidad de 100 km debajo de la Cordillera Oriental y la zona Subandina. [30] El segmento está visualmente correlacionado 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 losa plana peruana y el levantamiento de bloques con núcleo de basamento. El vulcanismo en el área cesó a fines del Mioceno (11-5 Ma). Las reconstrucciones de placas cronometran la colisión de la dorsal de Nazca con la zona de subducción hace 11,2 millones de años a 11 grados S, lo que implica que la extensión norte de la placa plana peruana puede requerir alguna otra característica subducida como una meseta oceánica. Se ha defendido la existencia de una supuesta meseta subducida, la meseta Inca. [31]
El segmento de la losa plana pampeana o chilena se encuentra entre los 27 grados S y los 33 grados S, y se extiende unos 550 km a lo largo del rumbo de la zona de subducción. La losa plana pampeana se extiende de manera similar unos 700 km hacia el interior desde el eje de la fosa. El segmento está correlacionado visualmente con la dorsal de Juan Fernández y el pico más alto de los Andes, el Aconcagua no volcánico (6961 m). Esta área ha sufrido la misma deformación de "piel gruesa", que dio lugar a los altos picos de las montañas.
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 , y se extiende ~350 km a lo largo del rumbo de la zona de subducción.
Hay varios otros segmentos de losas planas que merecen una mención: [3]
La subducción de la corteza oceánica gruesa podría estar vinculada con la metalogénesis de los depósitos de cobre y oro . [4] Los 10 depósitos de oro jóvenes (<18 Ma) más grandes de 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, lo que permite la conservación de volátiles ricos en azufre . [4] La falla de la supuesta losa plana debajo del oeste de América del Norte puede haber sido vital para producir depósitos de oro de tipo Carlin . [33]
El manto de la Tierra primitiva era más caliente y se ha propuesto que la subducción en placas planas era el estilo dominante. [34] El modelado por computadora ha demostrado que un aumento en la flotabilidad de las placas oceánicas asociado con una mayor producción de corteza oceánica habría sido contrarrestado por una disminución de la viscosidad del manto, por lo que la subducción en placas planas no habría sido dominante o inexistente. [10]
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