Al igual que la Tierra , se cree que las propiedades de la corteza y la estructura de la superficie de Marte han evolucionado a través del tiempo; en otras palabras, al igual que en la Tierra, los procesos tectónicos han dado forma al planeta. Sin embargo, tanto la forma en que se ha producido este cambio como las propiedades de la litosfera del planeta son muy diferentes en comparación con la Tierra. Hoy en día, se cree que Marte está en gran medida tectónicamente inactivo. Sin embargo, la evidencia observacional y su interpretación sugieren que este no fue el caso en la historia geológica de Marte.
A escala de todo el planeta, dos características fisiográficas a gran escala son evidentes en la superficie. La primera es que el hemisferio norte del planeta es mucho más bajo que el sur y ha resurgido más recientemente, lo que también implica que el espesor de la corteza debajo de la superficie es claramente bimodal. Esta característica se conoce como la " dicotomía hemisférica ". El segundo es el ascenso de Tharsis , una enorme provincia volcánica que ha tenido importantes influencias tectónicas tanto a escala regional como global en el pasado de Marte. Sobre esta base, la superficie de Marte suele dividirse en tres grandes provincias fisiográficas , cada una con diferentes características geológicas y tectónicas: las llanuras del norte, las tierras altas del sur y la meseta de Tharsis. Gran parte de los estudios tectónicos de Marte buscan explicar los procesos que llevaron a la división del planeta en estas tres provincias y cómo surgieron sus diferentes características. Las hipótesis propuestas para explicar cómo pudieron haber ocurrido los dos eventos tectónicos principales generalmente se dividen en procesos endógenos (que surgen del propio planeta) y exógenos (ajenos al planeta, por ejemplo, impacto de un meteorito). [2] Esta distinción ocurre a lo largo del estudio de la tectónica en Marte.
En general, Marte carece de pruebas inequívocas de que la tectónica de placas de estilo terrestre haya dado forma a su superficie. [3] Sin embargo, en algunos lugares, los satélites en órbita han detectado anomalías magnéticas en la corteza marciana que son de forma lineal y de polaridad alterna. Algunos autores han argumentado que comparten un origen con franjas similares encontradas en el fondo marino de la Tierra , que se han atribuido a la producción gradual de nueva corteza en las dorsales en expansión en medio del océano . [4] Otros autores han argumentado que se pueden identificar zonas de fallas de rumbo a gran escala en la superficie de Marte (por ejemplo, en la depresión de Valles Marineris ), que pueden compararse con fallas transformantes que delimitan placas en la Tierra, como la de San Francisco. Fallas de Andreas y del Mar Muerto . Estas observaciones proporcionan algunos indicios de que al menos algunas partes de Marte pueden haber sufrido placas tectónicas en lo profundo de su pasado geológico. [5]
Las tierras altas del sur están llenas de cráteres y están separadas de las llanuras del norte por el límite de dicotomía global. [4] Fuertes bandas magnéticas con polaridad alterna corren aproximadamente en dirección EW en el hemisferio sur, concéntricas con el polo sur. [6] Estas anomalías magnéticas se encuentran en rocas que datan de los primeros 500 millones de años de la historia de Marte, lo que indica que un campo magnético intrínseco habría dejado de existir antes del Noé temprano . Las anomalías magnéticas de Marte miden 200 kilómetros de ancho, aproximadamente diez veces más que las encontradas en la Tierra. [6]
Las llanuras del norte tienen una elevación varios kilómetros más baja que las tierras altas del sur y tienen una densidad de cráteres mucho menor, lo que indica una edad de la superficie más joven. Sin embargo, se cree que la corteza subyacente tiene la misma edad que la de las tierras altas del sur. A diferencia de las tierras altas del sur, las anomalías magnéticas en las llanuras del norte son escasas y débiles. [2]
La meseta de Tharsis , que se encuentra en el límite entre las tierras altas y las tierras bajas, es una región elevada que cubre aproximadamente una cuarta parte del planeta. Tharsis está coronada por los volcanes en escudo más grandes conocidos en el sistema solar. Olympus Mons tiene 24 km de altura y casi 600 km de diámetro. El contiguo Tharsis Montes está formado por Ascraeus , Pavonis y Arsia . Alba Mons , en el extremo norte de la meseta de Tharsis, tiene 1.500 km de diámetro y se eleva 6 km sobre las llanuras circundantes. En comparación, Mauna Loa tiene sólo 120 km de ancho pero se encuentra a 9 km sobre el fondo del mar. [4]
La carga de Tharsis ha tenido influencias tanto regionales como globales. [2] Las características extensionales que irradian desde Tharsis incluyen graben de varios kilómetros de ancho y cientos de metros de profundidad, así como enormes depresiones y fisuras de hasta 600 km de ancho y varios kilómetros de profundidad. Estos graben y rifts están delimitados por fallas normales de pronunciado descenso y pueden extenderse por distancias de hasta 4000 km. Su relieve indica que admiten pequeñas extensiones del orden de 100 mo menos. Se ha argumentado que estos graben son expresiones superficiales de diques subterráneos desinflados . [7]
Circunferenciales a Tharsis se encuentran las llamadas crestas de arrugas . [2] Se trata de estructuras de compresión compuestas de crestas lineales asimétricas que pueden tener decenas de kilómetros de ancho y cientos de kilómetros de largo. Muchos aspectos de estas crestas parecen ser consistentes con características de compresión terrestres que involucran plegamientos de superficie superpuestos a fallas de cabalgamiento ciegas en profundidad. [8] Se cree que las crestas arrugadas se adaptan a pequeñas cantidades de manteca del orden de 100 mo menos. También se han identificado crestas y escarpes más grandes en Marte. Estas formaciones pueden tener varios kilómetros de altura (a diferencia de los cientos de metros de altura de las crestas arrugadas) y se cree que representan grandes fallas de cabalgamiento a escala de la litosfera. [9] Las proporciones de desplazamiento de estas son diez veces mayores que las de las crestas arrugadas, y se estima que el acortamiento es de cientos de metros a kilómetros.
Aproximadamente la mitad de las características extensionales de Marte se formaron durante el Noé y han cambiado muy poco desde entonces, lo que indica que la actividad tectónica alcanzó su punto máximo desde el principio y disminuyó con el tiempo. Se cree que la formación de crestas arrugadas tanto alrededor de Tharsis como en el hemisferio oriental alcanzó su punto máximo en el Hesperian , probablemente debido a una contracción global atribuida al enfriamiento del planeta. [2]
Los datos de gravedad y topografía muestran que el espesor de la corteza marciana se divide en dos picos principales, con espesores modales de 32 km y 58 km en los hemisferios norte y sur, respectivamente. [10] A nivel regional, la corteza más gruesa está asociada con la meseta de Tharsis, donde el espesor de la corteza en algunas áreas supera los 80 km, y la corteza más delgada con cuencas de impacto. Las principales cuencas de impacto constituyen colectivamente un pequeño pico de histograma de 5 a 20 km.
El origen de la dicotomía hemisférica, que separa las llanuras del norte de las tierras altas del sur, ha sido objeto de mucho debate. Las observaciones importantes a tener en cuenta al considerar su origen incluyen las siguientes: (1) las llanuras del norte y las tierras altas del sur tienen espesores distintos, (2) la corteza subyacente a las llanuras del norte tiene esencialmente la misma edad que la corteza de las tierras altas del sur, y (3) las llanuras del norte, a diferencia de las tierras altas del sur, contienen anomalías magnéticas débiles y escasas. Como se analizará más adelante, las hipótesis para la formación de la dicotomía pueden dividirse en gran medida en procesos endógenos y exógenos. [2]
Las hipótesis endógenas incluyen la posibilidad de una fase tectónica de placas muy temprana en Marte. [11] Tal escenario sugiere que la corteza del hemisferio norte es una placa oceánica reliquia. En la reconstrucción preferida, un centro en expansión se extendía al norte de Terra Cimmeria entre Daedalia Planum e Isidis Planitia . A medida que avanzaba la expansión, la placa Boreal se rompió en la placa Acidalia con subducción con inmersión hacia el sur debajo de Arabia Terra , y la placa Ulises con subducción con inmersión hacia el este debajo de Tempe Terra y Tharsis Montes . Según esta reconstrucción, las llanuras del norte habrían sido generadas por una única cresta en expansión, calificándose Tharsis Montes como un arco de islas . [4] Sin embargo, investigaciones posteriores de este modelo muestran una falta general de evidencia de tectonismo y vulcanismo en áreas donde tal actividad se predijo inicialmente. [12]
Otro proceso endógeno utilizado para explicar la dicotomía hemisférica es el del fraccionamiento cortical primario . [13] Este proceso habría estado asociado con la formación del núcleo marciano , que tuvo lugar inmediatamente después de la acreción planetaria. Sin embargo, un origen tan temprano de la dicotomía hemisférica se ve cuestionado por el hecho de que sólo se han detectado anomalías magnéticas menores en las llanuras del norte. [2]
También se ha invocado la convección del manto de una sola pluma para explicar la dicotomía hemisférica. Este proceso habría causado un importante derretimiento y producción de corteza por encima de una única columna de manto ascendente en el hemisferio sur, lo que habría dado como resultado una corteza engrosada. También se ha sugerido que la formación de una capa de fusión altamente viscosa debajo de la corteza engrosada en el hemisferio sur podría conducir a la rotación litosférica. Esto puede haber resultado en la migración de áreas volcánicamente activas hacia el límite de dicotomía y la posterior ubicación y formación de la meseta de Tharsis. La hipótesis de la pluma única también se utiliza para explicar la presencia de anomalías magnéticas en el hemisferio sur y la falta de ellas en el hemisferio norte. [14]
Las hipótesis exógenas implican que uno o más impactos importantes son responsables del hundimiento de las llanuras del norte. Aunque se ha propuesto un origen de impacto múltiple, [15] habría requerido un bombardeo preferencial improbable del hemisferio norte. [2] También es poco probable que impactos múltiples hubieran podido despojar a las eyecciones del hemisferio norte y despojar uniformemente la corteza a una profundidad relativamente constante de 3 km.
El mapeo de las llanuras del norte y el límite de la dicotomía muestra que la dicotomía de la corteza terrestre tiene forma elíptica. [16] Esto sugiere que la formación de las llanuras del norte fue causada por un único megaimpacto oblicuo. Esta hipótesis está de acuerdo con los modelos numéricos de impactos en el rango de 30-60°, que se ha demostrado que producen cuencas límite elípticas similares a la estructura identificada en Marte. [2] La desmagnetización resultante del alto calor asociado con tal impacto también puede servir para explicar la aparente falta de anomalías magnéticas en las llanuras del norte. También explica la edad superficial más joven de las llanuras del norte, determinada por una densidad de cráteres significativamente menor. En general, esta hipótesis parece tener mejores resultados que otras propuestas.
Las tierras altas del sur de Marte muestran zonas de intensa magnetización de la corteza terrestre . Las anomalías magnéticas son débiles o están ausentes en las proximidades de grandes cuencas de impacto, las llanuras del norte y en las regiones volcánicas, lo que indica que la magnetización en estas áreas ha sido borrada por eventos térmicos. La presencia de anomalías magnéticas en Marte sugiere que el planeta mantuvo un campo magnético intrínseco desde el principio de su historia. [2] Las anomalías son de forma lineal y de polaridad alterna, lo que algunos autores han interpretado como una secuencia de inversiones y un proceso similar a la expansión del fondo marino. [4] Las franjas son diez veces más anchas que las que se encuentran en la Tierra, lo que indica una propagación más rápida o tasas de reversión más lentas. Aunque no se ha identificado ningún centro de expansión, un mapa de las anomalías magnéticas de Marte revela que las lineaciones son concéntricas con respecto al polo sur.
Se ha propuesto un proceso similar a la expansión del fondo marino para explicar la presencia de franjas concéntricas alrededor del polo sur marciano. El proceso es el de una única gran columna de manto que se eleva en un hemisferio y desciende en el hemisferio opuesto. En tal proceso, la nueva corteza producida se emplazaría en círculos concéntricos que se extenderían radialmente desde un único punto de afloramiento, en consonancia con el patrón observado en Marte. Este proceso también ha sido invocado para ayudar a explicar la dicotomía hemisférica marciana. [14]
Una hipótesis alternativa afirma que las anomalías magnéticas en Marte son el resultado de sucesivas intrusiones de diques debido a la extensión litosférica. A medida que cada intrusión de dique se enfríe, adquiriría magnetización termoremanente del campo magnético del planeta. Los diques sucesivos se magnetizarían en la misma dirección, hasta que el campo magnético invierta su polaridad, lo que provocaría que las intrusiones posteriores registraran la dirección opuesta. Estas reversiones periódicas requerirían que las intrusiones de los diques migren con el tiempo. [17]
Otro estudio supone un proceso de convergencia de la corteza terrestre en lugar de generación, argumentando que las lineaciones magnéticas en Marte se formaron en un margen de placa convergente mediante colisión y acreción de terrenos. Esta hipótesis sugiere que las lineaciones magnéticas de Marte son análogas a las anomalías magnéticas en bandas de la Cordillera de América del Norte en la Tierra. Estas anomalías terrestres tienen una geometría y un tamaño similares a las detectadas en Marte, con anchos de 100 a 200 km. [18]
Investigaciones recientes afirman haber encontrado la primera evidencia sólida de un límite de placas tectónicas en Marte. [5] El descubrimiento se refiere a una zona de falla de deslizamiento a gran escala (>2000 km de longitud y >150 km de deslizamiento) y bastante estrecha (<50 km de ancho) en el sistema de vaguadas de Valles Marineris , conocida como Ius -Zona de falla de Melas-Coprates (Fig. 7). El sistema de canales de Valles Marineris, que tiene más de 4.000 km de largo, 600 km de ancho y hasta 7 km de profundidad, si estuviera ubicado en la Tierra, se extendería por toda América del Norte. [4]
El estudio indica que la zona de falla Ius-Melas-Coprates es un sistema transtensional de deslizamiento hacia la izquierda similar al de la zona de falla del Mar Muerto en la Tierra. [5] Se estima que la magnitud del desplazamiento a través de la zona de la falla es de 150 a 160 km, como lo indica el borde desplazado de una antigua cuenca de impacto. Si se normaliza la magnitud del deslizamiento con respecto a la superficie del planeta, la zona de la falla Ius-Melas-Coprates tiene un valor de desplazamiento significativamente mayor que el de la falla del Mar Muerto, y ligeramente mayor que el de la falla de San Andrés . La falta de deformación significativa en ambos lados de la zona de la falla Ius-Melas-Coprates en una distancia de 500 km sugiere que las regiones delimitadas por la falla se comportan como bloques rígidos. Esta evidencia apunta esencialmente a un gran sistema de rumbo y deslizamiento en el límite de una placa, en términos terrestres conocido como falla transformante . [5]
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