La corteza terrestre ha estado ‘goteando’ debajo de las montañas de los Andes durante millones de años

Al igual que la miel que gotea lentamente de una cuchara, partes de la capa rocosa más externa de la capa de la Tierra se hunden continuamente en la capa más fluida del manto del planeta a lo largo de millones de años. Conocido como goteo litosférico, llamado así por la fragmentación del material rocoso que forma la corteza terrestre y el manto superior, el proceso da como resultado deformaciones significativas en la superficie, como cuencas, plegamiento de la corteza y elevaciones irregulares.

Aunque el proceso es un concepto relativamente nuevo en el campo de la tectónica de placas, que tiene décadas de antigüedad, se han identificado varios ejemplos de goteo litosférico en todo el mundo: la meseta central de Anatolia en Turquía y la Gran Cuenca en el oeste de los EE. UU., por dos. Ahora, un equipo de investigadores dirigido por científicos de la Tierra de la Universidad de Toronto ha confirmado que varias regiones de la Cordillera de los Andes centrales en América del Sur se formaron de la misma manera.

Y lo han hecho utilizando materiales disponibles en cualquier ferretería y punto de venta de materiales de arte.

«Hemos confirmado que una deformación en la superficie de un área de la Cordillera de los Andes tiene una gran parte de la litosfera debajo de una avalancha», dice Julia Andersen, Ph.D. candidato en el departamento de ciencias de la Tierra en la U de T y autor principal de un estudio publicado en Comunicaciones Tierra y Medio Ambiente.

«Debido a su alta densidad, goteó como jarabe frío o miel más profundamente en el interior del planeta y probablemente sea responsable de dos grandes eventos tectónicos en los Andes centrales: cambiar la topografía de la superficie de la región en cientos de kilómetros y aplastar y estirar el propia corteza superficial.

«En general, los resultados ayudan a definir una nueva clase de tectónica de placas y pueden tener implicaciones para otros planetas terrestres que no tienen una tectónica de placas similar a la de la Tierra, como Marte y Venus».

El goteo litosférico ocurre cuando porciones de la capa más baja de la capa exterior de la Tierra se espesan y comienzan a gotear en el manto debajo cuando se calientan a cierta temperatura.

A medida que los fragmentos se hunden en el manto inferior, primero forma una cuenca en la superficie que luego brota cuando el peso de abajo se rompe y se hunde más en las profundidades más profundas del manto. Esto da como resultado un movimiento ascendente de la masa de tierra a lo largo de cientos de kilómetros.

La Meseta Andina Central está definida por las mesetas altas de la Puna y el Altiplano y se formó por primera vez cuando la placa de Nazca se deslizó debajo de la placa Sudamericana durante el bien documentado proceso de subducción de la tectónica de placas, durante el cual se hunde una porción de la más pesada de las dos placas tectónicas. en el manto cuando convergen.

Estudios anteriores han sugerido, sin embargo, que el subsiguiente levantamiento de la topografía de los Andes Centrales no ha sido uniforme en el tiempo, sino que se construyó a través de pulsos esporádicos de levantamiento a lo largo de la Era Cenozoica que comenzó hace aproximadamente 66 millones de años.

Las estimaciones geológicas indican que el momento relativo y el mecanismo de levantamiento en la región y los estilos de deformación tectónica son diferentes entre las mesetas de la Puna y el Altiplano. La Meseta de la Puna se caracteriza por una mayor elevación promedio e incluye varias cuencas interiores aisladas, como la Cuenca de Arizaro y la Cuenca de Atacama, y ​​distintos centros volcánicos.

«Varios estudios invocan la eliminación de la litosfera para dar cuenta de la deformación superficial generalizada no relacionada con la subducción y la evolución de las mesetas», dice el profesor de ciencias de la Tierra Russell Pysklywec, coautor del estudio y Ph.D. de Andersen. supervisor. «Además, el acortamiento de la corteza en el interior de la cuenca de Arizaro está bien documentado por plegamiento y fallas de empuje locales, pero la cuenca no está limitada por los límites conocidos de placas tectónicas, lo que indica que está ocurriendo un proceso geodinámico más localizado».

Los geocientíficos han utilizado el registro de rocas sedimentarias para rastrear los cambios en la elevación de la superficie de los Andes centrales desde la época del Mioceno, hace aproximadamente 18 millones de años. Las imágenes sísmicas proporcionan una imagen remota del interior de la Tierra muy similar a un ultrasonido para un cuerpo humano, iluminando una nueva vista de las estructuras de goteo litosféricas.

Andersen y sus colegas dicen que los estudios geológicos anteriores presentan evidencia de goteos litosféricos en la región, pero los procesos dinámicos del goteo litosférico y su papel en la conducción de la tectónica superficial local en estos supuestos casos geológicos son inciertos. En su mayor parte, las predicciones del modelo geodinámico no se han probado en el contexto de observaciones geológicas o geofísicas regionales directas.

Entonces, el equipo se dedicó a desarrollar modelos de laboratorio analógicos con restricciones geológicas y geofísicas para recrear lo que sucedió durante miles de siglos y probar su hipótesis de que la evolución topográfica y tectónica de las cuencas del interior de los Andes centrales fue causada por procesos de goteo litosférico.

«Al reconocer las enormes escalas de tiempo y longitud involucradas en estos procesos (millones de años y cientos de kilómetros), ideamos experimentos de laboratorio tridimensionales innovadores utilizando materiales como arena, arcilla y silicona para crear modelos analógicos a escala de los procesos de goteo», Andersen. dice. «Fue como crear y destruir cinturones tectónicos de montaña en una caja de arena, flotando en una piscina de magma simulada, todo bajo condiciones medidas submilimétricas increíblemente precisas».

Los modelos se construyeron dentro de un tanque de plexiglás con un conjunto de cámaras colocadas encima y al lado del tanque para capturar cualquier cambio. El tanque se llenó primero con polidimetilsiloxano (PDMS), un fluido de polímero de silicona aproximadamente 1000 veces más espeso que el jarabe de mesa, para que sirviera como manto inferior de la Tierra. A continuación, se replicó la sección sólida superior del manto usando una mezcla de PDMS y arcilla para modelar y se colocó en el tanque encima del manto. Finalmente, se colocó encima una capa similar a la arena hecha de una mezcla de esferas de cerámica de precisión y esferas de sílice para que sirviera como corteza terrestre.

Los investigadores activaron el modelo insertando una semilla de alta densidad en el PDMS y la capa de arcilla de modelado, para iniciar un goteo que posteriormente fue empujado hacia abajo por la gravedad. Las cámaras fuera del tanque funcionaban continuamente, capturando una imagen de alta resolución aproximadamente cada minuto.

«El goteo se produce durante horas, por lo que no vería que suceda mucho de un minuto a otro», dice Andersen. «Pero si revisara cada pocas horas, vería claramente el cambio, solo requiere paciencia». El estudio presenta instantáneas cada 10 horas para ilustrar el progreso del goteo.

Luego, los investigadores compararon el tamaño del goteo y el daño a la corteza de réplica en intervalos de tiempo seleccionados para ver cómo sus procesos escalados coincidían con los registros sedimentarios de las áreas en cuestión durante millones de años.

«Comparamos los resultados de nuestro modelo con estudios geofísicos y geológicos realizados en los Andes centrales, particularmente en la cuenca de Arizaro, y descubrimos que los cambios en la elevación de la corteza causados ​​por el goteo en nuestros modelos siguen muy bien los cambios en la elevación de Arizaro. Cuenca», dice Andersen. «También observamos un acortamiento de la corteza con pliegues en el modelo, así como depresiones similares a cuencas en la superficie, por lo que estamos seguros de que es muy probable que un goteo sea la causa de las deformaciones observadas en los Andes».

Los investigadores sugieren que los hallazgos apuntan a aclarar el vínculo entre los procesos del manto y la tectónica de la corteza, y cómo dichos procesos geodinámicos pueden interpretarse con episodios observados o inferidos de remoción litosférica. «Los descubrimientos muestran que la litosfera puede ser más volátil o fluida de lo que creíamos», dice Pysklywec.