control de la velocidad de placas y de la densidad del slab sobre la

TOMO 1 - Geodinámica Andina
CONTROL DE LA VELOCIDAD DE PLACAS Y DE LA DENSIDAD
DEL SLAB SOBRE LA DINAMICA DE LA SUBDUCCION
OCEANICA Y EL REGIMEN TECTONICO DE LA PLACA
SUPERIOR: ANALISIS DE MODELOS ANALOGOS.
Joseph Martinod (1), Nicolas Espurt (1), Benjamin Guillaume (1), Francesca Funiciello (2)
Claudio Faccenna (2) y Marcelo Farías (1,3)
(1) LMTG, Université Paul Sabatier, 14 avenue E. Belin, 31400 Toulouse, France
martinod@lmtg.obs-mip.fr
(2) Dip. Scienze Geologiche, Università degli Studi Roma TRE, Roma, Italy
(3) Departamento de Geología, Universidad de Chile, Plaza Ercilla 808, Santiago
En este trabajo, presentamos modelos análogos en 3 dimensiones que reproducen la
subducción de una placa oceánica por debajo de un continente. Particularmente, estudiamos el
efecto de la velocidad de ambas placas sobre la geometría del slab y la deformación de la placa
superior. Además, estudiamos el efecto de la densidad de la placa oceánica y su rol en la formación
de subducciones horizontales como las que se encuentran debajo de Sudamérica.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Las experiencias fueron realizadas en una caja de 80x80x10 cm. Las placas litosféricas
fueron modeladas utilizando silicona. La silicona es un fluido Newtoniano de alta viscosidad, cuya
densidad está controlada para reproducir, respectando el escalamiento, las diferentes densidades de
las placas naturales (litósfera oceánica con o sin plateau oceánico y litósfera continental). El manto
superior está modelado utilizando un jarabe de glucosa de baja viscosidad, ignorando la convección
térmica. La discontinuidad de los 670 km que separa el manto superior del manto inferior es
reproducida en la base rígida de la caja: consideramos que esta discontinuidad se comporta como
una barrera difícil de pasar en el período de tiempo considerado (algunos millones de años).
Las placas de silicona flotan inicialmente sobre la glucosa. Al principio de la experiencia, un
borde de la placa de silicona fue plegado debajo de la superficie del jarabe para iniciar el proceso de
subducción. Sin embargo, en algunas experiencias, el proceso de subducción fue simplemente activado
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por la flotabilidad negativa de la placa de silicona. En otras experiencias, la convergencia fue controlada
por un pistón que avanza a velocidad constante. Las experiencias fueron registradas con fotografías,
y la topografía de las placas fue medida con un láser.
RESULTADOS : VELOCIDAD DE PLACAS Y MANTEO DEL SLAB.
El proceso de subducción está caracterizado por distintos episodios, descritos en detalle en
Funiciello et al. (2003) y Martinod et al. (2005) : (1) al principio de la subducción, el largo del slab
subducido aumenta, resultando en una incremento del « slab pull force »; (2) posteriormente, el slab
toca la base del manto superior, resultando en una reorganización de su geometría; y (3) finalmente,
la parte basal del slab se instala sobre el techo del manto inferior mientras que el proceso de subducción
continúa en la superficie del modelo. Aquí sólo hemos considerado lo que ocurre en subducciones
maduras, es decir, cuando el slab está en contacto con el manto inferior. Esta situación corresponde
a lo que pasa actualmente debajo del continente Sudamericano, así como en la mayoría de las zonas
de subducción en el mundo.
Como la fosa puede desplazarse libremente en el modelo, dos modos de subducción
estacionarios pueden ocurrir: (1) subducciones en las cuales la fosa retrocede hacia el océano con
una velocidad cercana a la velocidad de subducción; y (2) subducciones en las cuales la fosa se
desplaza hacia la placa continental a la mitad de la velocidad de la placa oceánica. Sin embargo, en
la naturaleza, el movimiento de la placa superior depende también de las condiciones de bordes
exteriores al fenómeno de subducción, lo que controla el movimiento de la fosa. Para reproducir
situaciones en las cuales el movimiento de placas está controlado por las condiciones de borde,
imponemos la velocidad de ambas placas con un pistón que se mueve perpendicularmente a la fosa.
En estas experiencias, el proceso de subducción no se estabiliza nunca. Observamos periodos en
los cuales el slab avanza debajo de la placa superior y su manteo disminuye, alternando con periodos
de “slab roll-back” en el cual el slab retrocede y se verticaliza (Figura 1). El proceso de subducción
no se estabiliza porque el slab se pliega al alcanzar la discontinuidad de los 670 km. Esta interacción
en profundidad podría explicar porque el manteo del slab es muy variable en ejemplos naturales,
incluso en zonas de subducción que tienen características similares.
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TOMO 1 - Geodinámica Andina
Figura 1 : Vistas laterales de una experiencia simulando la subducción de una placa oceánica debajo de un
continente inmóvil. (a) y (b) : el slab avanza debajo del continente y su manteo disminuye; (c) y (d) ‘slab rollback’; (e) la subducción de un plateau oceánico liviano ocasiona una horizontalización del slab debajo del
continente.
SUBDUCCIÓN HORIZONTAL
El avance de la placa superior hacia el océano obliga a la fosa a retroceder (ir hacia el
océano), ocasionando, generalmente, una disminución del manteo de slab. Sin embargo, cuando la
flotabilidad de la placa oceánica es negativa, nunca lorgra formarse una subducción horizontal como
las que se encuentran debajo de Perú central o del Norte Chico de Chile. En estas regiones, la placa
subducente desciende con un ángulo de ~30° desde hace la fosa hacia los 100 km de profundidad,
siguendo horizontalmente debajo de la placa continental por centenas de kilómetros antes de caer en
el manto superior. En nuestras experiencias, subducciones horizontales sólo han sido obtenidas cuando
la placa subducente tiene una flotabilidad positiva, lo que sugiere que las subducciones horizontales
son el resultado de dorsales o plateaus oceánicos livianos arrastrados hacia la zona de subducción
por los movimientos globales de la tectónica de placas.
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Las experiencias realizadas sugieren, además, que subducciones horizontales se forman sólo
si un gran pedazo de placa liviana ha sido subducido, ya que una parte de la flotabilidad del plateau
liviano estará compensada por el peso del resto de la placa subducida. Finalmente, las experiencias
muestran que el proceso de horizontalización del slab es un proceso lento, que requere de varios
millones de años. De hecho, la evolución de la geometría del slab en los segmentos actuales de
subducción horizontal refleja el paso entre la subducción de la dorsal y la horizontalización del slab:
la evolución del volcanismo en Perú y Chile Central sugiere que el slab se horizontalizó después de
8 Myr de subducción de segmentos livianos de slab. En el norte de Ecuador, el proceso de
horizontalización del slab resultante de la subducción de la dorsal de Carnegie estaría activo pero
aún en desarrollo de estabilización.
EL CONTROL DE LA SUBDUCCIÓN SOBRE LA TECTÓNICA Y LA SURRECCIÓN
DE LA PLACA SUPERIOR
Cuando una placa oceánica densa subduce a velocidad constante, el acortamiento de la
placa superior depende de la geometría profunda del slab y de su evolución: el acortamiento aumenta
cuando el manteo del slab disminuye, y se atenúa durante episodios de ‘slab roll-back’. El acortamiento
superficial también aumenta después de la subducción de un plateau oceánico. No obstante, este
aumento no empieza inmediatamente, sino que después de la subducción de un segmento liviano
suficientemente largo para que el ‘slab-pull’ haya sido disminuido significativamente. En cambio, la
topografía de la placa superior cerca de la fosa aumenta inmediatamente cuando subduce un plateau
liviano. De hecho, las experiencias muestran que al menos dos procesos controlan la elevación de la
Cordillera: (1) ajustes isostáticos reflejando la flotabilidad de la placa en subducción que resultan en
cambios topográficos rápidos de la zona del ante arco y también de la Cordillera principal. (2) el
acortamiento de la placa continental y el engrosamiento cortical es un fenómeno más lento, pero que
finalmente controlarían el alzamiento de largo plazo de la Cordillera.
REFERENCIAS
Funiciello, F.; Faccenna, C.; Giardini D.; Regenauer-Lieb, K. 2003. Dynamics of retreating slabs: 2. Insights from
three-dimensional laboratory experiments, J. Geophys. Res., vol. 108 : 2207.
Martinod, J.; Funiciello, F.; Faccenna, C.; Labanieh, S.; Regard, V. 2005. Dynamical effects of subducting ridges:
Insights from 3-D laboratory models, Geophys. J. Int., vol. 163 : 1137-1150.
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