Recuperación de la historia perdida de la tectónica de placas
Los Andes son la cadena montañosa continental más larga de la Tierra y la más alta fuera de Asia. Se formaron cuando una placa tectónica oceánica, la placa de Nazca debajo del océano pacífico oriental, fue empujada contra y debajo del continente sudamericano (Figura. 1), un proceso llamado subducción. La contracción constante resultante comprimió y engrosó gradualmente la corteza continental, haciendo que los Andes se elevaran. El levantamiento andino ha impulsado el cambio climático, la evolución del paisaje y la biodiversidad, sin embargo, nuestra comprensión de lo que desencadenó su ascenso aún es incompleta. Chen propone una nueva respuesta a esta pregunta.
¿Cuál es exactamente la conexión entre la construcción y subducción de la montaña andina? La opinión establecida es que la subducción al oeste de América del Sur ha sido continua desde hace algún tiempo en el período Jurásico (que duró desde aproximadamente 201 millones hasta 145 millones de años), pero que el inicio del levantamiento andino ocurrió mucho más recientemente, con estimaciones que varían desde el período Cretácico Temprano (hace unos 130 millones de años) hasta la era Cenozoica Temprana (hace unos 50 millones de años). A pesar de las diferencias en estas estimaciones, los geodinámicos coinciden en que la interacción de losas subducidas de placas tectónicas debajo del océano con la parte profunda e inferior del manto de la Tierra es responsable del levantamiento de los Andes y modula el equilibrio de las fuerzas tectónicas en la superficie del planeta. .
Chen desafía fundamentalmente la opinión de que el levantamiento andino se produjo en el contexto de un sistema de subducción que había estado activo durante mucho tiempo. Sugieren que hubo un período sin subducción a lo largo de la costa oeste de América del Sur, antes de que existieran los Andes, y que el inicio de la subducción es la clave para comprender el nacimiento de esta cordillera. Llegan a esta conclusión utilizando una nueva forma de conectar las reconstrucciones de la tectónica de placas a partir de imágenes (obtenidas de estudios de ondas sísmicas) de placas tectónicas sumergidas en el manto profundo.
Los investigadores notaron que la placa de Nazca debajo de América del Sur alcanza profundidades de solo entre 1.100 y 1.300 kilómetros, y que debajo de estas profundidades hay una brecha de placa, una región del manto que separa la placa de Nazca de una sección más profunda de la placa subducida. También notaron que un modelo de tectónica de placas global publicado por mi grupo (que incluye una reconstrucción que muestra que la corteza ahora subducida formaba parte del fondo oceánico) implica que la subducción a lo largo del oeste de Sudamérica fue discontinua e incluyó episodios entre 80 millones y 55 Hace millones de años, cuando la subdivisión de la placa oceánica se separó del continente sudamericano. Era consciente de esta característica en nuestro modelo, pero había sido cauteloso al interpretarla, dado que las reconstrucciones de la historia de la subducción a lo largo del oeste de Sudamérica involucran factores que son difíciles de cuantificar.
Una incertidumbre clave se relaciona con el efecto del movimiento relativo de la Antártida oriental y occidental a lo largo del Sistema de ruptura antártica occidental, la región en la que los bloques tectónicos debajo de la Antártida oriental y occidental se separaron en el pasado. Gran parte de este sistema está oculto bajo una gruesa capa de hielo interior, lo que significa que hay evidencia directa limitada del movimiento relativo de estos dos bloques tectónicos (con la excepción del movimiento que ocurrió después de 43 millones de años). Las reconstrucciones de la tectónica de placas antárticas antes de hace 43 millones de años se basan en evidencias geológicas circunstanciales. Esto es importante en los intentos de reconstruir la historia tectónica de los Andes: para modelar el movimiento relativo pasado entre Sudamérica y las placas en la Cuenca del Océano Pacífico, debemos comprender los movimientos relativos de la placas cercanas de América del Sur, África, Antártida Oriental, Antártida Occidental y de Farallón-Nazca, cuyo comportamiento colectivo afecta a la tectónica andina (la placa de Farallón está subduciendo en las Américas y se ha fragmentado en varias placas más pequeñas, incluida la placa de Nazca).
Chen ahora muestra ingeniosamente que los periodos propuestos de divergencia entre Sudamérica y la placa de Farallón-Nazca que se subduce son consistentes con la extensión de placas subducidas en el manto inferior debajo de Sudamérica, medido utilizando imágenes sísmicas y con la historia geológica de los Andes. Para probar su punto, utilizaron un método computacional para simular cómo el lecho oceánico subducido puede retirarse del manto. Este método de "no subducción" invierte la trayectoria recorrida por el material profundamente enterrado y finalmente restaura las placas en la superficie.
Los resultados revelan que la subducción se inició hace unos 80 millones de años y se propagó lentamente de norte a sur. La subducción a lo largo de todo el oeste de Sudamérica, como se observa hoy, no ocurrió hasta hace 55 millones de años. Las placas de subducción primero interactuaron con el manto inferior de 10 a 30 millones de años después del inicio de la subducción. Este nuevo modelo es consistente con la idea de que los Andes comenzaron a formarse durante el Cenozoico, y podría explicar la presencia de la brecha de la placa; los autores proponen que la brecha surgió como resultado de la reorganización de la subducción hace unos 80 millones de años. La reconstrucción de Chen y sus colegas también sugiere que la iniciación de la subducción a lo largo del centro y sur de América del Sur explica la calma y el subsiguiente aumento en el magmatismo andino que ocurrió hace unos 80 millones de años.
Una pregunta abierta se refiere a la historia de la subducción andina antes de 90 millones de años; esto será crucial para entender qué causó la brecha de la placa. La información sobre las placas subducidas enterradas profundamente en el manto (muy por debajo de los 1.500 km) en esta región podría ayudar a mejorar las restricciones en los modelos tectónicos y geodinámicos locales y globales. También podría ayudar a comprender acerca del origen de la enigmática reorganización de las placas tectónicas que se produjo hace unos 100 millones a 105 millones de años, lo que llevó a la terminación de la subducción a lo largo de los márgenes orientales de Australia y la Antártida.
El método de Chen y sus coautores podría aplicarse a muchos sistemas de subducción, particularmente dado que las imágenes sísmicas del manto se están volviendo más nítidas y se están utilizando cada vez más para desentrañar la evolución de regiones de actividad tectónica compleja. Los avances recientes en los métodos sísmicos y el desarrollo del modelo de la Tierra ayudarán a obtener imágenes del manto profundo, especialmente en regiones donde las imágenes sísmicas no funcionan bien y donde los instrumentos de superficie para registrar imágenes sísmicas son escasos. Estos avances, combinados con mejoras en los modelos geodinámicos que asimilan las imágenes sísmicas del manto, transformarán nuestra comprensión de la evolución de la Tierra sólida.
Dietmar Müller. Lost tectonic history recovered from Earth’s deep mantle. doi: https://doi.org/10.1038/d41586-019-00160-7
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| Figura 1 | Subducción a lo largo de la costa occidental de Sudamérica. Los Andes se formaron como resultado de las placas tectónicas de Farallón y Nazca bajo el Océano Pacífico que son conducidas contra y debajo de América del Sur, un proceso llamado subducción. El mapa muestra la topografía del lecho marino y de los Andes adyacentes. La zona de subducción es claramente visible como la hendidura azul profundo que corre a lo largo de la costa. Chen ha reconstruido cómo las losas de las placas que ahora están profundamente sumergidas en el manto de la Tierra se transportaban allí a través de la subducción. Las alturas y profundidades topográficas se muestran a 20 veces sus valores reales, para mayor claridad. Créditos: Dietmar Müller |
¿Cuál es exactamente la conexión entre la construcción y subducción de la montaña andina? La opinión establecida es que la subducción al oeste de América del Sur ha sido continua desde hace algún tiempo en el período Jurásico (que duró desde aproximadamente 201 millones hasta 145 millones de años), pero que el inicio del levantamiento andino ocurrió mucho más recientemente, con estimaciones que varían desde el período Cretácico Temprano (hace unos 130 millones de años) hasta la era Cenozoica Temprana (hace unos 50 millones de años). A pesar de las diferencias en estas estimaciones, los geodinámicos coinciden en que la interacción de losas subducidas de placas tectónicas debajo del océano con la parte profunda e inferior del manto de la Tierra es responsable del levantamiento de los Andes y modula el equilibrio de las fuerzas tectónicas en la superficie del planeta. .
Chen desafía fundamentalmente la opinión de que el levantamiento andino se produjo en el contexto de un sistema de subducción que había estado activo durante mucho tiempo. Sugieren que hubo un período sin subducción a lo largo de la costa oeste de América del Sur, antes de que existieran los Andes, y que el inicio de la subducción es la clave para comprender el nacimiento de esta cordillera. Llegan a esta conclusión utilizando una nueva forma de conectar las reconstrucciones de la tectónica de placas a partir de imágenes (obtenidas de estudios de ondas sísmicas) de placas tectónicas sumergidas en el manto profundo.
Los investigadores notaron que la placa de Nazca debajo de América del Sur alcanza profundidades de solo entre 1.100 y 1.300 kilómetros, y que debajo de estas profundidades hay una brecha de placa, una región del manto que separa la placa de Nazca de una sección más profunda de la placa subducida. También notaron que un modelo de tectónica de placas global publicado por mi grupo (que incluye una reconstrucción que muestra que la corteza ahora subducida formaba parte del fondo oceánico) implica que la subducción a lo largo del oeste de Sudamérica fue discontinua e incluyó episodios entre 80 millones y 55 Hace millones de años, cuando la subdivisión de la placa oceánica se separó del continente sudamericano. Era consciente de esta característica en nuestro modelo, pero había sido cauteloso al interpretarla, dado que las reconstrucciones de la historia de la subducción a lo largo del oeste de Sudamérica involucran factores que son difíciles de cuantificar.
Una incertidumbre clave se relaciona con el efecto del movimiento relativo de la Antártida oriental y occidental a lo largo del Sistema de ruptura antártica occidental, la región en la que los bloques tectónicos debajo de la Antártida oriental y occidental se separaron en el pasado. Gran parte de este sistema está oculto bajo una gruesa capa de hielo interior, lo que significa que hay evidencia directa limitada del movimiento relativo de estos dos bloques tectónicos (con la excepción del movimiento que ocurrió después de 43 millones de años). Las reconstrucciones de la tectónica de placas antárticas antes de hace 43 millones de años se basan en evidencias geológicas circunstanciales. Esto es importante en los intentos de reconstruir la historia tectónica de los Andes: para modelar el movimiento relativo pasado entre Sudamérica y las placas en la Cuenca del Océano Pacífico, debemos comprender los movimientos relativos de la placas cercanas de América del Sur, África, Antártida Oriental, Antártida Occidental y de Farallón-Nazca, cuyo comportamiento colectivo afecta a la tectónica andina (la placa de Farallón está subduciendo en las Américas y se ha fragmentado en varias placas más pequeñas, incluida la placa de Nazca).
Chen ahora muestra ingeniosamente que los periodos propuestos de divergencia entre Sudamérica y la placa de Farallón-Nazca que se subduce son consistentes con la extensión de placas subducidas en el manto inferior debajo de Sudamérica, medido utilizando imágenes sísmicas y con la historia geológica de los Andes. Para probar su punto, utilizaron un método computacional para simular cómo el lecho oceánico subducido puede retirarse del manto. Este método de "no subducción" invierte la trayectoria recorrida por el material profundamente enterrado y finalmente restaura las placas en la superficie.
Los resultados revelan que la subducción se inició hace unos 80 millones de años y se propagó lentamente de norte a sur. La subducción a lo largo de todo el oeste de Sudamérica, como se observa hoy, no ocurrió hasta hace 55 millones de años. Las placas de subducción primero interactuaron con el manto inferior de 10 a 30 millones de años después del inicio de la subducción. Este nuevo modelo es consistente con la idea de que los Andes comenzaron a formarse durante el Cenozoico, y podría explicar la presencia de la brecha de la placa; los autores proponen que la brecha surgió como resultado de la reorganización de la subducción hace unos 80 millones de años. La reconstrucción de Chen y sus colegas también sugiere que la iniciación de la subducción a lo largo del centro y sur de América del Sur explica la calma y el subsiguiente aumento en el magmatismo andino que ocurrió hace unos 80 millones de años.
Una pregunta abierta se refiere a la historia de la subducción andina antes de 90 millones de años; esto será crucial para entender qué causó la brecha de la placa. La información sobre las placas subducidas enterradas profundamente en el manto (muy por debajo de los 1.500 km) en esta región podría ayudar a mejorar las restricciones en los modelos tectónicos y geodinámicos locales y globales. También podría ayudar a comprender acerca del origen de la enigmática reorganización de las placas tectónicas que se produjo hace unos 100 millones a 105 millones de años, lo que llevó a la terminación de la subducción a lo largo de los márgenes orientales de Australia y la Antártida.
El método de Chen y sus coautores podría aplicarse a muchos sistemas de subducción, particularmente dado que las imágenes sísmicas del manto se están volviendo más nítidas y se están utilizando cada vez más para desentrañar la evolución de regiones de actividad tectónica compleja. Los avances recientes en los métodos sísmicos y el desarrollo del modelo de la Tierra ayudarán a obtener imágenes del manto profundo, especialmente en regiones donde las imágenes sísmicas no funcionan bien y donde los instrumentos de superficie para registrar imágenes sísmicas son escasos. Estos avances, combinados con mejoras en los modelos geodinámicos que asimilan las imágenes sísmicas del manto, transformarán nuestra comprensión de la evolución de la Tierra sólida.
Dietmar Müller. Lost tectonic history recovered from Earth’s deep mantle. doi: https://doi.org/10.1038/d41586-019-00160-7
