Los Alpes centrales de Suiza se han elevado a la altura de hoy. Crédito: ETH Zurich
Los investigadores de ETH han utilizado un modelo informático para probar una nueva hipótesis sobre la formación de los Alpes mientras simulan la actividad sísmica en Suiza. Esto ayudará a mejorar los modelos actuales de riesgo de terremotos.
Durante mucho tiempo, los geocientíficos han asumido que los Alpes se formaron cuando la placa del Adriático del sur chocó con la placa euroasiática del norte. Según los libros de texto, la placa del Adriático se comportaba como una excavadora, empujando material rocoso frente a ella en montones que formaban las montañas. Supuestamente, su peso empujó posteriormente la placa continental subyacente hacia abajo, lo que resultó en la formación de una cuenca sedimentaria en el norte adyacente a las montañas: la meseta suiza de Molasse. Con el tiempo, mientras las montañas crecían, el piso de la cuenca se hundía más y más con el resto de la placa.
Sin embargo, hace unos años, nuevos datos geofísicos y geológicos llevaron al geofísico de ETH Edi Kissling y Fritz Schlunegger, un especialista en sedimentos de la Universidad de Berna, para expresar dudas sobre esta teoría. A la luz de la nueva información, los investigadores postularon un mecanismo alternativo para la formación de los Alpes.
La altitud de los Alpes apenas ha cambiado
Kissling y Schlunegger señalaron que la topografía y la altitud de los Alpes apenas han cambiado en los últimos 30 millones de años y, sin embargo, la trinchera en el sitio de la meseta suiza ha seguido hundiéndose y la cuenca se ha extendido más al norte. Esto lleva a los investigadores a creer que la formación de los Alpes centrales y el hundimiento de la trinchera no están conectados como se suponía anteriormente. Argumentan que si los Alpes y la trinchera se hubieran formado a partir del impacto de dos placas que se presionan juntas, habría indicios claros de que los Alpes estaban creciendo constantemente. Eso se debe a que, según la comprensión anterior de cómo se formaron los Alpes, la colisión de las placas, la formación de la trinchera y la altura de la cordillera están vinculadas. Además, la sismicidad observada durante los últimos 40 años dentro de los Alpes suizos y su antepaís septentrional documenta claramente la extensión a través de las cadenas montañosas en lugar de la compresión esperada para el modelo Adria de excavación.
El comportamiento de la placa euroasiática proporciona una posible nueva explicación. Desde hace unos 60 Ma, la antigua parte oceánica de la placa euroasiática se hunde debajo de la microplaca continental del Adriático en el sur. Hace unos 30 Ma, este proceso de subducción está tan avanzado que toda la litosfera oceánica se ha consumido y la parte continental de la placa euroasiática entra en la zona de subducción. Esto denota el comienzo de la llamada colisión continente-continente con la microplaca del Adriático y la corteza superior europea más ligera se separa del manto litosférico subyacente más pesado. Debido a que pesa menos, la corteza terrestre se eleva hacia arriba, creando literalmente los Alpes por primera vez hace unos 30 millones de años. Mientras esto sucede, el manto litosférico se hunde más en el manto de la Tierra, tirando así de la parte adyacente de la placa hacia abajo.
Esta teoría es plausible porque los Alpes están compuestos principalmente de gneis y granito y su cubierta sedimentaria rocas como la piedra caliza. Estas rocas de la corteza son significativamente más ligeras que el manto de la Tierra, en el que se sumerge la capa inferior de la placa, el manto litosférico, después del desprendimiento de las dos capas que forman la placa continental. “A su vez, esto crea fuertes fuerzas ascendentes que levantan los Alpes del suelo”, explica Kissling. “Fueron estas fuerzas ascendentes las que causaron la formación de los Alpes, no el efecto de la excavadora como resultado de la colisión de dos placas continentales”, dice.
Nuevo modelo confirma la hipótesis de elevación
Para investigar la hipótesis del levantamiento, Luca Dal Zilio, ex estudiante de doctorado en el grupo del profesor de geofísica de ETH Taras Gerya, ahora se ha asociado con Kissling y otros investigadores de ETH para desarrollar un nuevo modelo. Dal Zilio usó la computadora central Euler de ETH para simular la zona de subducción debajo de los Alpes: los procesos de placas tectónicas, que tuvieron lugar durante millones de años, y los terremotos asociados.
“El gran desafío con este modelo fue salvar las escalas de tiempo. Tiene en cuenta los cambios ultrarrápidos que se manifiestan en forma de terremotos, así como las deformaciones de la corteza y el manto litosférico durante miles de años ”, dice Dal Zilio, autor principal del estudio publicado recientemente en la revista. Cartas de revisión geofísica.
Cinco etapas importantes en la orogenia:
Hace treinta y siete millones de años, la subducción de la parte oceánica más pesada de la placa euroasiática (desde la izquierda) debajo de la placa adriática continental más ligera (derecha) en el sur está en pleno apogeo. Se forma una “cordillera” poco profunda (área de rayas amarillas) sobre la zona donde convergen las placas, inicialmente como islas aisladas que apenas sobresalen sobre el nivel del mar. Área verde claro: manto de la Tierra; banda verde: litosfera; verde oscuro, banda estrecha: corteza oceánica; bandas rosadas / rojo rubí: corteza inferior; bandas grises: corteza superior.
Durante millones de años, la placa oceánica se vuelve cada vez más curvada, prácticamente curvándose sobre sí misma. La placa euroasiática en su conjunto permanece estacionaria. Esto hace que la placa de subducción comience a ejercer un efecto de succión sobre la placa adriática mucho más pequeña, tirando de ella hacia el norte (a la izquierda en el diagrama).
Continente-Continente Colisión. Cuando este proceso de subducción está tan avanzado que la parte continental más ligera de la placa euroasiática entra en la zona de subducción y comienza a colisionar con la microplaca adriática, el proceso de subducción se ralentiza. La parte continental flotante de la placa euroasiática se resiste a ser subducida mientras que la parte oceánica previamente subducida continúa tirando hacia abajo, lo que lleva a la inclinación de la losa y, finalmente, al estrechamiento de la placa y al comienzo de la separación de la corteza superior más ligera de la más pesada subyacente manto litosférico.
Evolución poscolisión I. Hace 30 millones de años tiene lugar un momento decisivo cuando la parte oceánica de la placa subducida se rompe. Esto reduce su tremendo peso. Se relaja como una ballesta y se retrae. Esto mejora el efecto de elevación en las montañas, haciendo que se eleven casi hasta su altura actual. Sin embargo, al mismo tiempo, la continua separación de la corteza continental euroasiática de la litosfera de su manto permite que esta última se hunda aún más en el manto.
Evolución poscolisión II. La subducción de la litosfera del manto de la placa euroasiática continúa, aunque a un ritmo más lento y controlado por el ritmo de desprendimiento de la corteza flotante. Mediante fuerzas de succión, la placa del Adriático se tira más hacia el norte. En la superficie, los efectos del levantamiento y la erosión se equilibran entre sí, lo que significa que los Alpes se han mantenido aproximadamente a la misma altura durante los últimos 30 millones de años.
Todo el proceso como video Crédito: Dal Zilio et al, Geophys.Res.Letters, 2020
Según Kissling, el modelo es una excelente manera de simular los procesos edificantes que él y su colega están postulando. “Nuestro modelo es dinámico, lo que le da una gran ventaja”, dice, y explica que los modelos anteriores adoptaron un enfoque bastante rígido o mecánico que no tuvo en cuenta los cambios en el comportamiento de la placa. “Todas nuestras observaciones anteriores están de acuerdo con este modelo”, dice.
El modelo se basa en leyes físicas. Por ejemplo, la placa euroasiática parecería subducirse hacia el sur. Sin embargo, a diferencia del modelo normal de subducción, en realidad no se mueve en esta dirección porque la posición del continente permanece estable. Esto obliga a la litosfera en subducción a retirarse hacia el norte, lo que hace que la placa euroasiática ejerza un efecto de succión sobre la placa adriática relativamente pequeña. Kissling compara la acción con un barco que se hunde. El efecto de succión resultante es muy fuerte, explica. Lo suficientemente fuerte como para atraer la microplaca adriática más pequeña de modo que colisione con la corteza de la placa euroasiática. “Entonces, el mecanismo que pone las placas en movimiento no es de hecho un efecto de empuje sino de tracción”, dice, y concluye que la fuerza impulsora detrás de él es simplemente el tirón de la gravedad sobre la placa de subducción.
Repensar la sismicidad
Además, el modelo simula la ocurrencia de terremotos, o sismicidad, en los Alpes centrales, la meseta suiza y debajo del valle del Po. “Nuestro modelo es el primer simulador de terremotos para los Alpes centrales suizos”, dice Dal Zilio.
Según el modelo, la actividad sísmica debajo de los Alpes varía significativamente de la que se encuentra debajo de la meseta suiza, las montañas del Jura y el valle del Po. Muestra que los terremotos ocurren con mayor frecuencia y en profundidades menores debajo de los Alpes; por el contrario, por debajo de la meseta suiza y el Jura, ocurren con menos frecuencia y a mayores profundidades. Además, el nuevo modelo explica la sismicidad dominada por la extensión dentro de la cordillera, mientras que la sismicidad en la corteza superior debajo de los antepaís muestra compresión. Según Kissling, el modelo es una excelente manera de simular los procesos de elevación que él y su colega están experimentando. postulando. “Nuestro modelo es dinámico, lo que le da una gran ventaja”, dice, y explica que los modelos anteriores adoptaron un enfoque bastante rígido o mecánico que no tuvo en cuenta los cambios en el comportamiento de la placa. “Todas nuestras observaciones anteriores están de acuerdo con este modelo”, dice.
Los grupos de sismicidad muestran un patrón amplio de diferentes estilos de fallas, que son consistentes con el régimen tectónico local. Crédito: Dal Zilio et al, Geophys. Res. Cartas, 2020
La ventaja de este simulador de terremotos es que cubre un período de tiempo muy largo, lo que significa que también puede simular terremotos muy fuertes que ocurren muy raramente.
“Los modelos sísmicos actuales se basan en estadísticas”, dice Dal Zilio, “mientras que nuestro modelo utiliza leyes geofísicas y, por lo tanto, también tiene en cuenta los terremotos que ocurren solo una vez cada pocos cientos de años”. Las estadísticas actuales sobre terremotos tienden a subestimar dichos terremotos. Por lo tanto, las nuevas simulaciones mejoran la evaluación del riesgo de terremotos en Suiza.
Referencia: “Slab Rollback Orogeny Model: A Test of Concept” por Luca Dal Zilio, Edi Kissling, Taras Gerya e Ylona van Dinther, 25 de agosto de 2020, Cartas de investigación geofísica.
DOI: 10.1029 / 2020GL089917
El modelo fue creado como parte de la iniciativa AlpArray, que tiene como objetivo avanzar en la comprensión de cómo se formaron los Alpes y del riesgo sísmico en la región. Como parte del proyecto, científicos de 11 países y 36 instituciones instalaron 600 sensores en todos los Alpes. Juntos, los participantes operan la red sismográfica académica más grande del mundo. AlpArray cuenta con el apoyo de la Swiss National Science Foundation.
