La subducción en 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 zanja . [1] Una losa se refiere a la placa inferior en subducción . Una definición más amplia de subducción de losa plana incluye cualquier placa inferior que bucea poco, como en el oeste de México . La subducción de losa plana está asociada con el pellizco de la astenosfera , una migración hacia el interior del magmatismo de arco (barrido magmático) y un eventual cese 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 levantamientos con núcleo de sótano 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 losa plana en sí misma puede deformarse o pandearse, provocando hiatos sedimentarios 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 una corteza oceánica gruesa y flotante (15-20 km) [6] y el retroceso de las zanjas que acompaña a una placa superior que se desplaza rápidamente y una succión mejorada de las zanjas. [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 produce en el 10% de las zonas de subducción. [3]
La idea tiene sus inicios a finales de los años 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-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 observar 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 defendían una losa de inmersión poco profunda sin una zona casi horizontal. [9] La idea fue retomada para explicar la orogenia Laramide , ya que las zonas de subducción de losas planas en el margen andino están asociadas con más deformación de la superficie hacia el interior y brechas magmáticas . [2] La subducción de losas planas es un área activa de investigación; los mecanismos causales de su aparición no se han resuelto.
Existen varias hipótesis de trabajo para el inicio de la subducción de losas planas. La hipótesis de las crestas flotantes parece favorecerse por el momento. [3]
La subducción de máximos batimétricos como dorsales sísmicas , 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 Cordillera de Nazca y la Cordillera de Juan Fernández , respectivamente. La gruesa y flotante corteza oceánica reduce la densidad de la losa, y la losa no logra hundirse en el manto después de llegar a una profundidad poco profunda (~100 km) debido al menor contraste de densidad . [6] Esto se ve respaldado por el hecho de que todas las losas tienen 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 están subduciendo normalmente, y casos en los que las losas planas no están asociadas con máximos batimétricos. [11] Hay pocas losas planas en el Pacífico Occidental en áreas asociadas con la subducción de máximos batimétricos. [12] Los modelos geodinámicos han puesto en duda si la corteza oceánica flotante por sí sola puede generar subducción de losa plana. [10]
Otra explicación del aplanamiento de la losa es el movimiento lateral de la placa superior en dirección opuesta a la de la losa que desciende. La placa superior suele estar equipada con una quilla cratónica de gruesa litosfera continental que, si está lo suficientemente cerca de la fosa, puede incidir en el flujo en la cuña del manto . [7] La succión de zanjas está incluida 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 espesor de la cuña del manto o un aumento en la viscosidad de la cuña del manto . [13] El retroceso de la zanja es un movimiento de la zanja en una dirección opuesta a la de la convergencia de placas que se cree que está relacionada con la posición de la zanja a lo largo de la zona de subducción más grande, con un retroceso que 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]
La eclogita es una roca densa (3,5 g/cm3) que contiene granate y que se forma a medida que 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 más eficazmente. [15] Un retraso en la eclogización podría surgir a través de la subducción de la zona de la litosfera oceánica más gruesa sin fallas profundamente penetrantes. La corteza oceánica normalmente tiene fallas en el surgimiento 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 losa plana, pero parece más probable que sea un efecto. Una reanudación de la subducción de inmersión normal más allá de la porción de la losa plana está asociada con la reacción de la eclogita, y la cantidad de tiempo necesaria 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]
A medida que la placa subductora se aplana, se produce una migración hacia el interior del arco magmático que se puede seguir. En la región de las losas planas de Chile (~31–32 grados S), alrededor de 7–5 Ma hubo una migración hacia el este, una ampliación y un cierre gradual del arco volcánico asociado con el aplanamiento de las losas. [16] Esto ocurre porque 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 sobre la losa aplanada. [17] El arco magmático migra a una nueva ubicación que coincide con la zona de fusión parcial sobre la losa aplanada. El magmatismo antes de la orogenia Laramide emigró hasta el oeste de Dakota del Sur. [2] Con el tiempo, la actividad magmática sobre la losa plana puede cesar por completo a medida que la placa subductora y la placa superior pellizcan la cuña del manto. [2] Tras la falla de la losa plana, la cuña del manto puede nuevamente comenzar a circular la astenosfera caliente (1300 grados C) en un área que ha sido fuertemente hidratada, pero que no había producido ningún derretimiento; esto conduce a un vulcanismo ignimbrítico generalizado, que se observa tanto en las regiones afectadas por losas planas andinas como en el oeste de los Estados Unidos. [18]
Las adaquitas son magmas dacíticos y andesíticos que están muy empobrecidos en elementos pesados de tierras raras y altas proporciones de estroncio / itrio y pueden derivar del derretimiento de la corteza oceánica. [17] Se cree que las adakites entran en erupción o se emplazan durante la transición de una subducción de inmersión normal a una subducción plana a medida que el arco magmático se ensancha y migra más hacia el interior. [17] En el Ecuador moderno se pueden observar rocas adaquíticas , [19] una posible zona de losas planas incipiente, y en el centro de Chile se encuentran rocas adaquíticas de 10-5 Ma. [20] Por lo tanto, las rocas adaquíticas podrían usarse como marcador de episodios pasados de subducción de losas planas.
Se cree que las losas planas dan como resultado zonas de deformación amplia y difusa en la placa superior ubicada lejos de la zanja hacia la tierra. [3] La subducción de losas planas está asociada con levantamientos del núcleo del sótano, también conocidos como deformación de "piel gruesa" de la placa suprayacente como la Sierra Pampeanas en América del Sur, posiblemente asociada con la subducción de la Cordillera Juan Fernández . [21] Estas áreas de levantamientos del núcleo del sótano están correlacionadas visualmente con zonas de subducción de losas planas. [16] Por el contrario, la deformación de "capa delgada" es el modo normal de deformación de la placa superior y no involucra roca del basamento. Se observa que el acortamiento de la corteza terrestre se extiende más hacia el interior que en las zonas de subducción con inmersión normal; las Sierras Pampeanas se encuentran a más de 650 km al este del eje de la trinchera. [21] Las losas planas se han utilizado como explicación para la orogenia Laramide [18] y la región central del Altiplano-Puna . [22] Otra característica interesante que puede estar asociada con la subducción de losa plana de la Cordillera de Nazca es el arco de Fitzcarrald ubicado en la cuenca del Amazonas. 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 se eleva ~600 msnm. [23] El arco de Fitzcarrald tiene el efecto de dividir la cuenca del Amazonas en tres subcuencas: la cuenca del antepaís del norte del Amazonas , la cuenca del antepaís del sur del Amazonas y la cuenca del antepaís del este del Amazonas. [24] [25]
La forma de la losa plana está limitada 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 entre 3 y 5 veces más energía a través de terremotos de placas superiores que las zonas de subducción adyacentes, de mayor inclinación. [3] Los mecanismos focales del terremoto de la placa superior indican que la tensión está alineada paralelamente al movimiento de la placa, y que la tensión se transmite hacia la placa superior desde la inferior. [26] La razón de esta mayor sismicidad es un acoplamiento más efectivo de las placas superior e inferior. En zonas de subducción normales, la interfaz de acoplamiento, el área en la que las dos placas están muy próximas, entre las dos placas tiene una longitud de ~100 a 200 km, pero en zonas de subducción en losa plana 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 puede transmitirse a 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 controlarse por el grosor de la corteza y la eficacia con la que puede liberar agua. La corteza gruesa que no está tan profundamente fracturada por las fallas normales de 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]
A finales de la década de 1970, las primeras investigaciones reconocieron la naturaleza única de las dos grandes zonas de subducción de placas planas a lo largo del margen andino de América del Sur. [28] [29] Existen dos segmentos de subducción de losa plana actuales 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 losa plana del Cenozoico: Altiplano, Puna y Payenia.
La losa plana peruana se ubica 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 del eje de la trinchera. La placa en subducción 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 se correlaciona visualmente con la subducción de la Cordillera de Nazca, una cresta asísmica con una corteza engrosada. La segunda zona más alta de los Andes , la Cordillera Blanca , está asociada al segmento de losas planas peruanas y al levantamiento de bloques con núcleo de basamento. El vulcanismo en la zona 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 defendido 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 del eje de la trinchera. El segmento está visualmente correlacionado con la Cordillera Juan Fernández y el pico más alto de los Andes, el no volcánico Aconcagua (6961 m). Esta zona ha sufrido la misma deformación de "piel gruesa", dando lugar a las altas cumbres montañosas.
El segmento de Bucaramanga fue reconocido a principios de los años ochenta a partir de evidencia sismológica limitada. [32] El segmento está comprendido entre 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 gruesa corteza oceánica podría estar relacionada con la metalogénesis de los depósitos de cobre y oro . [4] Los 10 depósitos de oro joven más grandes (<18 Ma) en América del Sur están asociados con segmentos de losa 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] La falla de la supuesta losa plana debajo del oeste de América del Norte puede haber sido vital en la producción de depósitos de oro tipo Carlin . [33]
El manto de la Tierra primitiva era más caliente y se ha propuesto que la subducción de losas planas era el estilo dominante. [34] Los modelos informáticos han 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 de losas planas no habría sido dominante o inexistente. [10]
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