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Rocas ígneas antiguas son clave para la evolución del espesor de la corteza

Editores Vox Es un blog de AGU Departamento de Publicaciones.

Uno de los principales objetivos de la geología es comprender la formación y evolución de la corteza continental de la Tierra, incluidos los cambios de espesor y elevación. Los científicos pueden utilizar la composición química de las rocas ígneas y sus minerales para comprender cómo ha cambiado el grosor y la altura de la corteza con el tiempo.

a último artículo en Evaluaciones geofísicas Explora el uso de parámetros químicos para determinar el grosor y la altura del caparazón. Aquí, les pedimos a los autores que expliquen los conceptos básicos de la corteza continental, los métodos que usan los científicos para determinar el grosor y qué preguntas de investigación quedan pendientes.

En términos simples, ¿qué es la corteza continental y por qué es importante comprender su composición y evolución?

La diferenciación química de los planetas rocosos da como resultado la formación de una capa exterior, la corteza. En este sentido, la Tierra es única en el sentido de que desarrolla dos tipos distintos de corteza: una corteza oceánica delgada y densa, algo homogénea (pobre en sílice), que se recicla nuevamente en el manto por subducción en menos de unos pocos cientos de millones de años. ., y una corteza continental media gruesa, menos densa y heterogénea (rica en sílice) que tiende a sobrevivir durante miles de millones de años.

La corteza continental fue repetidamente dividida y reensamblada por la tectónica de placas, reformulada por procesos ígneos, metamórficos y sedimentarios, y la corteza continental interactuó ampliamente con la atmósfera, la hidrosfera y la biosfera durante eones. Descubrir la evolución de su composición, espesor y altura no es solo un objetivo fundamental de la geología, sino que también tiene importantes implicaciones para comprender la evolución y diversificación de la vida, el clima y la distribución de diversos recursos naturales.

¿Qué es la «Interrupción de Mohorovic»?

Nombrada en honor al geofísico croata Andrea Mohorovicic, quien la descubrió en 1909, la discontinuidad de Mohorovic o «Moho» se caracteriza por un cambio pronunciado en el gradiente de velocidad vertical de las ondas sísmicas, con ambientes continentales y oceánicos considerados el límite entre la corteza y el manto. .

La variación observada en la velocidad se puede atribuir a las principales diferencias de composición: el manto superficial está dominado en gran medida por los minerales máficos, olivino y piroxeno, donde las ondas sísmicas viajan rápidamente, mientras que la corteza rocosa, además de los diversos minerales máficos, contiene diferentes proporciones de feldespato, cuarzo y feldespato, que tiende a retardar significativamente la propagación de estas ondas.

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En general, el Moho es nítido y conspicuo bajo los océanos y los antiguos interiores continentales y, debido a los procesos tectónicos y magmáticos en curso, se desarrolla gradualmente bajo los orógenos en los márgenes de las placas convergentes.

¿Por qué es difícil determinar el espesor y la evolución de la antigua corteza continental?

La corteza continental puede ser extensa y frecuentemente modificada por procesos tectónicos, petrogénicos y erosivos y, por lo tanto, su espesor puede cambiar significativamente con el tiempo. Debido a que los métodos geofísicos utilizados para restringir las profundidades al Moho dependen de las propiedades físicas directamente observables de los materiales de la Tierra, como la densidad o las velocidades de las ondas sísmicas, brindan información valiosa sobre el espesor de la corteza actual (es decir, la profundidad de la Moho relativo a la topografía de la superficie), pero son ciegos a las modificaciones anteriores.

La única forma práctica de determinar el espesor de la corteza y sus cambios en el pasado geológico es encontrar y explotar información sensible de Moho registrada en rocas de la corteza de edades de formación conocidas. El mayor desafío con este enfoque es identificar parámetros que puedan proporcionar estimaciones de profundidad de Moho que sean lo suficientemente precisas y precisas para rastrear posibles modificaciones del espesor de la corteza a lo largo del tiempo.

¿Cómo pueden las formaciones de rocas ígneas ayudar a limitar el espesor de la corteza?

Desde hace tiempo se sabe que las concentraciones de una serie de componentes químicos en la lava que brota de pequeños volcanes de arco a lo largo de las zonas de subducción se correlacionan con el espesor geofísico de la corteza del arco. Recientemente se han identificado asociaciones similares para rocas ígneas formadas en orógenos desarrollados a lo largo de zonas de colisión continental. Además, los circones de estas rocas no solo tienen composiciones relacionadas con el grosor de la corteza, sino que también se pueden usar directamente para restringir el momento de su cristalización volcánica y pueden conservar toda esta información mucho después de que su huésped volcánico haya decaído debido a la meteorización y la erosión.

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Una vez establecidas para rocas ígneas jóvenes, estas correlaciones se pueden aplicar a rocas ígneas antiguas y circones de composición química y edad conocidas para determinar las profundidades de Moho debajo de cadenas montañosas antiguas que experimentaron cambios de espesor con el tiempo. Es importante destacar que, dado que los orógenos tienden a ser isostáticos, las alturas de las montañas se correlacionan con las profundidades de Moho y, por lo tanto, también se pueden estimar de la misma manera.

Se reconstruyó una comparación de las antiguas cordilleras del Cretácico del norte de la península utilizando la química de las rocas ígneas (a) con la topografía suave actual de la misma área (b). Aunque la elevación ha disminuido significativamente durante los >80 millones de años transcurridos, la topografía actual mantiene características clave desarrolladas durante el Cretácico (nótese los diferentes altímetros de las dos imágenes). se le atribuye: Luffy y Dosia [2022]Figura 27

¿Qué es un higrómetro químico?

Por el término «higrometría química» nos referimos a todas las técnicas en las que se utilizan los parámetros químicos de rocas y minerales para estimar la profundidad de la ruptura de Moho. Todos estos enfoques se basan actualmente en las relaciones empíricas observadas entre rocas ígneas jóvenes y la profundidad de Moho restringida geofísicamente debajo de su sitio.

Se puede utilizar un modelo químico representativo de la escala de Moho en relación superficie:La/Yb en combinación con MgO (% en peso) en rocas ígneas para predecir las profundidades de Moho. se le atribuye: Luffy y Dosia [2022]Figura 19c

¿Cómo han mejorado las bases de datos geoquímicas en línea nuestra comprensión del espesor de la corteza?

Las modernas bases de datos geoquímicas en línea recopilan las composiciones químicas de varias muestras de rocas y sus minerales estudiados en todo el mundo, que se han extraído de decenas de miles de trabajos de investigación publicados en las últimas décadas y se pueden explotar para diversos fines. En particular, estas bases de datos respaldan una evaluación cuantitativa de los espesores y elevaciones de la corteza del pasado de dos maneras principales.

En primer lugar, representa una fuente sin precedentes para la exploración, selección y procesamiento estadístico de enormes conjuntos de datos sobre rocas ígneas jóvenes que, junto con varios modelos geofísicos, nos permite formular modelos robustos a escala global que relacionan diferentes parámetros químicos con las profundidades. del Moho y sus elevaciones. el presente.

En segundo lugar, albergan composiciones de rocas ígneas antiguas y circones que, cuando se conectan a estos modelos, nos ayudan a estimar el grosor y la altura de los orógenos del pasado geológico en el que se formaron.

Los múltiples modelos a escala de Mohomie combinados mejoran las estimaciones del grosor de la corteza para los orígenes antiguos. Este enfoque se puede ilustrar con el ejemplo de los rangos de batolitos peninsulares (PRB) bien muestreados en el norte de Baja California, México y el extremo sur de California, que se caracterizan por una gran variación de este a oeste en el espesor de la corteza durante el arco magmático del Cretácico. El magma en el este (E-PRB) se depositó en una corteza continental de unos 50 km de espesor, mientras que en el oeste (W-PRB) se rompió en una corteza más delgada de unos 30 km de espesor desde el terreno insular. se le atribuye: Luffy y Dosia [2022]figura 26c

¿Cuáles son las preguntas clave no resueltas o las brechas de conocimiento donde se necesitan investigaciones, datos o esfuerzos de modelado adicionales?

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Exactamente cómo los diferentes procesos del manto y la corteza contribuyen a la composición observada frente a las correlaciones del espesor de la corteza sigue estando débilmente circunscrito y es controvertido, y por lo tanto la higrometría química carece de una base petroquímica fuerte y cuantitativa. Una vez cuantificada, esta base ayudará a mejorar aún más los modelos existentes y será particularmente útil para la predicción del espesor de los orógenos de colisión, ya que los modelos desarrollados para el magma no siempre se pueden aplicar a los magmas de la zona de subducción, que proporcionan los datos naturalmente limitados (hay muchos menos pequeños orógenos de colisión de las zonas de subducción) dificulta la mejora de modelos mohomométricos específicos.

Otro problema es que, aunque las bases de datos químicas en línea han experimentado un crecimiento sorprendente en las últimas dos décadas, aún carecen de datos sobre muchos organismos antiguos. Por lo tanto, estimar el grosor de estas piezas corticales puede requerir esfuerzos significativos para recopilar los datos químicos requeridos de la nueva literatura y/o análisis.

—Peter Luffi ([email protected]; 0000-0001-9536-5405), Instituto de Geodinámica e Instituto Geológico de Rumania, Rumania; y Mihai Ducea ([email protected]; 0000-0002-5322-0782), Universidad de Bucarest, Rumania, y Universidad de Arizona, EE. UU.

Nota del editor: es política de AGU Publications invitar a los autores de artículos publicados en Geophysics Reviews a escribir un resumen para Eos Editors’ Vox.

La frase: Luffi, P. y M. Ducea (2022), Las rocas ígneas antiguas son clave para la evolución del espesor de la corteza, eos, 103, https://doi.org/10.1029/2022EO225028. Publicado el 7 de septiembre de 2022.
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Texto © 2022. Los autores. CC BY-NC-ND 3.0.0 Actualizar
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