Descubren por qué mermó la actividad volcánica en la Placa de Nazca

Un informe revela por qué mermó la actividad volcánica en la Placa de Nazca, y fue elaborado por Alka Tripathy-Lang y Wendy Bohon para IRIS, un consorcio de más de 100 universidades estadounidenses dedicadas a la operación de instalaciones científicas para la adquisición, gestión y distribución de datos sismológicos. Los programas de IRIS contribuyen a la investigación académica, la educación, la mitigación del riesgo de terremotos y la verificación del Tratado de Prohibición Completa de los Ensayos Nucleares. 

El informe indica:

Sobresaliendo por encima de las aguas del Océano Pacífico sur, las Islas Juan Fernández son los volcanes más jóvenes producidos por una pluma del manto que atravesó la placa tectónica oceánica de Nazca en constante movimiento hace millones de años. Siguiendo hacia el este de las islas Juan Fernández hay montes submarinos (montañas submarinas) que envejecen hacia el este. Como la placa de Nazcase mueve hacia el este, finalmente desciende por debajo del margen occidental de América del Sur, donde la más antigua de las montañas submarinas de Juan Fernández Ridge se sumerge en la zona de subducción. Aunque los montes submarinos que descienden son los más degradados de la cadena montañosa submarina, siguen siendo características masivas que pueden cambiar la forma en que opera la zona de subducción. En particular, la placa tectónica de Nazca cambia de pendiente a medida que se desliza por debajo de los Andes, volviéndose curiosamente plana en algunos lugares.

El momento y la causa de la subducción de placas planas a lo largo de la costa occidental de América del Sur han sido debatidos, con un enfoque en dos secciones principales debajo de los Andes: las zonas de subducción de placas planas peruana y pampeana, al norte y al sur, respectivamente, de la curva en la costa oeste de América del Sur. Sismólogos del Centro Alemán de Investigación de Geociencias (GFZ) en Potsdam, Alemania y ETH Zurich, en Suiza, dirigidos por el estudiante de doctorado Yajian Gao, utilizaron datos sísmicos para construir una inversión de forma de onda completa, un método que produce una imagen de alta resolución de la sísmica. velocidades del material debajo de la superficie de la Tierra, publicado en Geophysical Research Letters. Al observar grupos de velocidades sísmicas más rápidas o más lentas, pueden inferir la estructura de losas subducidas. Al usar este análisis para ayudar a explorar la relación entre las losas en subducción y el vulcanismo, también se esforzaron por abordar si la subducción de la dorsal Juan Fernández provocó que la losa de Nazca cambiara su dirección hacia abajo y viajara horizontalmente.

Terremotos sintéticos

Para construir la inversión, Gao y sus colegas comenzaron centrándose en la zona de subducción de placa plana del sur de Pampeana. Descargaron datos sísmicos, algunos de los cuales procedían de la Red Sismográfica Global archivados en el IRIS DMC , así como de almacenes de datos europeos. Examinaron específicamente 139 terremotos del catálogo Global Centroid-Moment-Tensor (GCMT). Estos sismos oscilaron entre la magnitud 5,0 y 7,0 y fueron registrados por 19 redes sísmicas que operaron entre 1996 y 2019.

Para explorar qué tan rápido viajan las ondas sísmicas a través del subsuelo de esta parte de América del Sur, la estructura de velocidad, Gao y sus colegas construyeron un modelo sintético de la estructura en esta región y luego simularon los 139 terremotos. Luego, compararon las formas de onda producidas por esta primera iteración con los datos reales de cada evento. Después de 53 iteraciones, obtuvieron un nuevo modelo de velocidad sísmica para la corteza y el manto superior de los Andes centrales del sur que reprodujo los datos sísmicos reales.

Losas planas, losas empinadas

En la sección pampeana de la costa occidental de América del Sur, la losa de Nazca se desliza por debajo del centro de Chile y el oeste de Argentina. A profundidades de alrededor de 100 y 150 kilómetros, la losa se extiende casi horizontalmente debajo de los Andes centrales del sur entre 200 y 300 kilómetros.

Cuando una losa en subducción se aplana, el estilo de deformación en la superficie cambia porque la losa, que se eleva a través del manto hacia la base de la placa tectónica superior, empuja ese material caliente hacia un lado. La losa plana puede raspar la capa más baja de la placa superior, llamada litosfera del manto continental . Las losas de subducción horizontal también pueden cambiar cuándo, dónde y cómo el agua interactúa con la placa superior, dijo Frederik Tilmann, asesor de doctorado de Gao. El vulcanismo típicamente asociado con zonas de subducción avanza hacia el interior, a veces cesando, porque el manto caliente ya no está presente.

Hacia el sur, el segmento de Payenia de la zona de subducción muestra una placa oceánica que se subduce de manera bastante pronunciada, pero los indicadores de la deformación andina y el vulcanismo en estas latitudes les dicen a los científicos que hace entre 15 y 5 millones de años, esta losa también era plana.

Impulsado por los montes submarinos

En su modelo de velocidad sísmica, Gao y sus colegas encontraron varias regiones peculiares con velocidades extrañamente rápidas o lentas. Cuanto más rápidas son las ondas sísmicas, más rígido es el material. Las ondas sísmicas lentas en el manto, entonces, sugieren una roca comparativamente débil, como fundidos parciales.

El segmento de losa plana pampeana contiene brechas en la sismicidad, lo que sugiere que ha sido desgarrado. "La sismicidad es posible en la losa porque es mucho más fría que el manto circundante", dijo Tilmann. "Cuando se rompe, el espacio intermedio se llena con un manto astenosférico más cálido y menos viscoso, que ya no es capaz de soportar terremotos". Curiosamente, la ubicación de esta brecha sísmica se corresponde con la ubicación proyectada de piezas ya subducidas de la Dorsal Juan Fernández.

Figura 1. (a) Representación caricaturesca de la losa de Nazca. La zona gris muestra la proyección tierra adentro de la Dorsal Juan Fernández a medida que pasaba por debajo de América del Sur. Al sur de 33°S, la placa de Nazca se subduce abruptamente. (b) Secuencia propuesta de la parte pampeana de la losa que se transformó de subducción empinada a subducción plana.

Debajo de la losa plana, una curiosa zona de alta velocidad sísmica indica algo fuerte. Estudios anteriores han sugerido que se trata de una antigua placa tectónica que fue subducida por completo a fines del Cretácico, pero Gao señala que tal losa no debería permanecer en el manto superior por tanto tiempo. En cambio, debería hundirse en el manto inferior o equilibrarse térmicamente (llegar a la misma temperatura) que el material circundante. Gao plantea la hipótesis de que a medida que se hundieron partes de la relativamente boyante cresta Juan Fernández, cambió toda la flotabilidad de la losa de Nazca. La parte más antigua y menos flotante puede haberse roto, con la losa más joven y más flotante, ahora libre de su borde de ataque denso, emergiendo para comenzar su viaje de losa plana de larga distancia. La losa plana se habría hundido sobre este fragmento fósil de la placa de Nazca.

Al sur de la sección de losa plana pampeana, la zona de subducción de Payenia con buzamiento pronunciado contiene sus propias zonas de baja velocidad tanto por encima como por debajo de la losa. A medida que esta sección se hizo más empinada, el flujo del manto debe haber cambiado, reabriendo la región por encima de la losa de subducción para el material del manto caliente. El empinamiento de este segmento causaría la formación de fusión a medida que la losa descendente pierde fluidos hacia la placa superior, lo que resulta en una renovación del vulcanismo más cerca de la costa oeste.

Cita: Gao, Y., Yuan, X., Heit, B., Tilmann, F., van Herwaarden, D.-P., Thrastarson, S., et al. (2021). Impacto de la Dorsal de Juan Fernández en la subducción plana pampeana inferido de la inversión de forma de onda completa. Cartas de investigación geofísica, 48, e2021GL095509. https://doi.org/10.1029/2021GL095509

Imagen de portada: Figura 1 de Gao, et al., 2021 que muestra el entorno tectónico y las ubicaciones de los terremotos en el oeste de América del Sur.