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Tectónica de Marte

Mapa topográfico de Marte que muestra el límite entre tierras altas y tierras bajas marcado en amarillo y la elevación de Tharsis delineada en rojo (USGS, 2014). [1] Al igual qu...

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Mapa topográfico de Marte que muestra el límite entre tierras altas y tierras bajas marcado en amarillo y la elevación de Tharsis delineada en rojo (USGS, 2014). [1]

Al igual que en la Tierra , se cree que las propiedades de la corteza y la estructura de la superficie de Marte han evolucionado a través del tiempo; en otras palabras, al igual que en la Tierra, los procesos tectónicos han dado forma al planeta. Sin embargo, tanto la forma en que se ha producido este cambio como las propiedades de la litosfera del planeta son muy diferentes en comparación con la Tierra. Hoy en día, se cree que Marte está en gran parte tectónicamente inactivo. Sin embargo, la evidencia observacional y su interpretación sugieren que este no era el caso en épocas anteriores de la historia geológica de Marte.

A escala de todo el planeta, se aprecian en la superficie dos grandes características fisiográficas . La primera es que el hemisferio norte del planeta es mucho más bajo que el sur y ha sido renovado más recientemente, lo que también implica que el espesor de la corteza debajo de la superficie es claramente bimodal. Esta característica se conoce como la " dicotomía hemisférica ". La segunda es la elevación de Tharsis , una enorme provincia volcánica que ha tenido importantes influencias tectónicas tanto a escala regional como global en el pasado de Marte. Sobre esta base, la superficie de Marte suele dividirse en tres grandes provincias fisiográficas , cada una con diferentes características geológicas y tectónicas: las llanuras del norte, las tierras altas del sur y la meseta de Tharsis. Gran parte del estudio tectónico de Marte busca explicar los procesos que llevaron a la división del planeta en estas tres provincias y cómo surgieron sus diferentes características. Las hipótesis propuestas para explicar cómo pudieron haber ocurrido los dos eventos tectónicos primarios se dividen generalmente en procesos endógenos (que surgen del propio planeta) y exógenos (ajenos al planeta, por ejemplo, el impacto de un meteorito). [2] Esta distinción se produce en todo el estudio de la tectónica en Marte.

En general, Marte carece de evidencia inequívoca de que la tectónica de placas de estilo terrestre haya dado forma a su superficie. [3] Sin embargo, en algunos lugares se han detectado anomalías magnéticas en la corteza marciana que son de forma lineal y de polaridad alterna mediante satélites en órbita. Algunos autores han argumentado que estas comparten un origen con franjas similares encontradas en el fondo marino de la Tierra , que se han atribuido a la producción gradual de nueva corteza en las dorsales oceánicas en expansión . [4] Otros autores han argumentado que se pueden identificar zonas de fallas de desgarre a gran escala en la superficie de Marte (por ejemplo, en la depresión de Valles Marineris ), que se pueden comparar con las fallas transformantes que delimitan las placas en la Tierra, como las fallas de San Andrés y del Mar Muerto . Estas observaciones proporcionan alguna indicación de que al menos algunas partes de Marte pueden haber experimentado tectónica de placas en lo profundo de su pasado geológico. [5]

Provincias fisiográficas

Tierras altas del sur

Las tierras altas del sur están muy llenas de cráteres y separadas de las llanuras del norte por el límite de dicotomía global. [4] Fuertes franjas magnéticas con polaridad alternada corren aproximadamente en dirección este-oeste en el hemisferio sur, concéntricas con el polo sur. [6] Estas anomalías magnéticas se encuentran en rocas que datan de los primeros 500 millones de años en la historia de Marte, lo que indica que un campo magnético intrínseco habría dejado de existir antes del Noéico temprano . Las anomalías magnéticas en Marte miden 200 km de ancho, aproximadamente diez veces más anchas que las encontradas en la Tierra. [6]

Llanuras del norte

Las llanuras del norte se encuentran a varios kilómetros de altura menos que las tierras altas del sur y tienen una densidad de cráteres mucho menor, lo que indica una edad superficial más joven. Sin embargo, se cree que la corteza subyacente tiene la misma edad que la de las tierras altas del sur. A diferencia de las tierras altas del sur, las anomalías magnéticas en las llanuras del norte son escasas y débiles. [2]

Meseta de Tharsis

Mapa geológico de la región que rodea la meseta de Tharsis. Se han cartografiado características de extensión y compresión (por ejemplo, fosas tectónicas y crestas rugosas) que son visibles en la imagen (USGS, 2014). [1]

La meseta de Tharsis , que se encuentra en el límite entre las tierras altas y las tierras bajas, es una región elevada que cubre aproximadamente una cuarta parte del planeta. En la cima de Tharsis se encuentran los volcanes en escudo más grandes conocidos en el sistema solar. El monte Olimpo tiene 24 km de altura y casi 600 km de diámetro. Los montes Tharsis adyacentes están formados por Ascraeus , Pavonis y Arsia . El monte Alba , en el extremo norte de la meseta de Tharsis, tiene 1500 km de diámetro y se eleva 6 km por encima de las llanuras circundantes. En comparación, Mauna Loa tiene apenas 120 km de ancho, pero se eleva 9 km por encima del fondo del mar. [4]

La carga de Tharsis ha tenido influencias tanto regionales como globales. [2] Las características extensionales que irradian desde Tharsis incluyen fosas de varios kilómetros de ancho y cientos de metros de profundidad, así como enormes depresiones y grietas de hasta 600 km de ancho y varios kilómetros de profundidad. Estas fosas y grietas están delimitadas por fallas normales de inclinación pronunciada y pueden extenderse por distancias de hasta 4000 km. Su relieve indica que acomodan pequeñas cantidades de extensión del orden de 100 m o menos. Se ha argumentado que estas fosas son expresiones superficiales de diques subterráneos desinflados . [7]

Circunferencialmente a Tharsis se encuentran las llamadas crestas arrugadas . [2] Estas son estructuras compresivas compuestas de crestas asimétricas lineales que pueden tener decenas de kilómetros de ancho y cientos de kilómetros de largo. Muchos aspectos de estas crestas parecen ser consistentes con las características compresivas terrestres que involucran plegamiento de la superficie sobre fallas ciegas de empuje en profundidad. [8] Se cree que las crestas arrugadas acomodan pequeñas cantidades de acortamiento del orden de 100 m o menos. También se han identificado crestas y escarpes más grandes en Marte. Estas características pueden tener varios kilómetros de altura (a diferencia de los cientos de metros de altura de las crestas arrugadas), y se cree que representan grandes fallas de empuje a escala de litosfera. [9] Las relaciones de desplazamiento para estas son diez veces mayores que las de las crestas arrugadas, con un acortamiento estimado de cientos de metros a kilómetros.

Aproximadamente la mitad de las formaciones extensionales de Marte se formaron durante el Noé y han cambiado muy poco desde entonces, lo que indica que la actividad tectónica alcanzó su pico temprano y disminuyó con el tiempo. Se cree que la formación de crestas arrugadas tanto alrededor de Tharsis como en el hemisferio oriental alcanzó su pico en el Hespériense , probablemente debido a la contracción global atribuida al enfriamiento del planeta. [2]

Dicotomía hemisférica

Hipsometría

Histograma del espesor de la corteza en función del área de Marte, adaptado de Neumann et al., 2004. La dicotomía hemisférica es clara en los dos picos de los datos. [10]

Los datos de gravedad y topografía muestran que el espesor de la corteza de Marte se resuelve en dos picos principales, con espesores modales de 32 km y 58 km en los hemisferios norte y sur, respectivamente. [10] A nivel regional, la corteza más gruesa está asociada con la meseta de Tharsis, donde el espesor de la corteza en algunas áreas supera los 80 km, y la corteza más delgada con cuencas de impacto. Las principales cuencas de impacto forman colectivamente un pequeño pico de histograma de 5 a 20 km.

El origen de la dicotomía hemisférica que separa las llanuras del norte de las tierras altas del sur ha sido objeto de mucho debate. Entre las observaciones importantes que se deben tener en cuenta al considerar su origen se incluyen las siguientes: (1) Las llanuras del norte y las tierras altas del sur tienen espesores distintos, (2) la corteza subyacente a las llanuras del norte tiene esencialmente la misma edad que la corteza de las tierras altas del sur, y (3) las llanuras del norte, a diferencia de las tierras altas del sur, contienen anomalías magnéticas escasas y débiles. Como se analizará más adelante, las hipótesis sobre la formación de la dicotomía se pueden dividir en gran medida en procesos endógenos y exógenos. [2]

Orígenes endógenos

Una posible explicación de la tectónica de placas para las tierras bajas del norte. La placa boreal se muestra en amarillo. Las fosas se muestran con líneas dentadas, las crestas con líneas dobles y las fallas transformantes con líneas simples, modificadas de Sleep, 1994. [11]

Las hipótesis endógenas incluyen la posibilidad de una fase tectónica de placas muy temprana en Marte. [11] Tal escenario sugiere que la corteza del hemisferio norte es una placa oceánica relicta. En la reconstrucción preferida, un centro de expansión se extendió al norte de Terra Cimmeria entre Daedalia Planum e Isidis Planitia . A medida que avanzaba la expansión, la placa Boreal se rompió en la placa Acidalia con subducción de inclinación hacia el sur debajo de Arabia Terra , y la placa Ulysses con subducción de inclinación hacia el este debajo de Tempe Terra y Tharsis Montes . Según esta reconstrucción, las llanuras del norte habrían sido generadas por una única dorsal en expansión, con Tharsis Montes calificando como un arco de islas . [4] Sin embargo, investigaciones posteriores de este modelo muestran una falta general de evidencia de tectonismo y vulcanismo en áreas donde inicialmente se predijo dicha actividad. [12]

Otro proceso endógeno utilizado para explicar la dicotomía hemisférica es el de la fraccionación primaria de la corteza [13] . Este proceso habría estado asociado con la formación del núcleo marciano , que tuvo lugar inmediatamente después de la acreción planetaria. Sin embargo, un origen tan temprano de la dicotomía hemisférica se ve cuestionado por el hecho de que solo se han detectado anomalías magnéticas menores en las llanuras del norte [2] .

Modelo de origen de una columna de manto para la dicotomía hemisférica. La convección de una sola columna de manto genera nueva corteza en el hemisferio sur con bandas alternas de magnetismo remanente normal e invertido, adaptado de Vita-Finzi & Fortes, 2013. [4]

También se ha invocado la convección del manto en una sola columna para explicar la dicotomía hemisférica. Este proceso habría causado una importante fusión y producción de corteza por encima de una única columna ascendente del manto en el hemisferio sur, lo que habría dado lugar a una corteza engrosada. También se ha sugerido que la formación de una capa de fusión muy viscosa debajo de la corteza engrosada en el hemisferio sur podría conducir a la rotación litosférica. Esto puede haber dado lugar a la migración de áreas volcánicamente activas hacia el límite de la dicotomía, y a la posterior colocación y formación de la meseta de Tharsis. La hipótesis de la columna única también se utiliza para explicar la presencia de anomalías magnéticas en el hemisferio sur y la falta de ellas en el hemisferio norte. [14]

Orígenes exógenos

Las hipótesis exógenas implican uno o más impactos grandes como responsables del hundimiento de las llanuras del norte. Aunque se ha propuesto un origen de impacto múltiple, [15] habría requerido un improbable bombardeo preferencial del hemisferio norte. [2] También es improbable que múltiples impactos hubieran podido arrancar material eyectado del hemisferio norte y desgarrar uniformemente la corteza hasta una profundidad relativamente constante de 3 km.

El mapeo de las llanuras del norte y el límite de la dicotomía muestra que la dicotomía de la corteza tiene forma elíptica. [16] Esto sugiere que la formación de las llanuras del norte fue causada por un único megaimpacto oblicuo. Esta hipótesis concuerda con los modelos numéricos de impactos en el rango de 30 a 60°, que se ha demostrado que producen cuencas límite elípticas similares a la estructura identificada en Marte. [2] La desmagnetización resultante del alto calor asociado con un impacto de este tipo también puede servir para explicar la aparente falta de anomalías magnéticas en las llanuras del norte. También explica la edad superficial más joven de las llanuras del norte, determinada por una densidad de cráteres significativamente menor. En general, esta hipótesis parece funcionar mejor que otras que se han propuesto.

Implicaciones tectónicas de las anomalías magnéticas

Mapa de la distribución de anomalías magnéticas de la corteza de Marte, cortesía de la NASA, 2005.

Las tierras altas del sur de Marte muestran zonas de intensa magnetización cortical . Las anomalías magnéticas son débiles o ausentes en las proximidades de grandes cuencas de impacto, las llanuras del norte y en regiones volcánicas, lo que indica que la magnetización en estas áreas ha sido borrada por eventos térmicos. La presencia de anomalías magnéticas en Marte sugiere que el planeta mantuvo un campo magnético intrínseco al principio de su historia. [2] Las anomalías tienen forma lineal y polaridad alterna, lo que algunos autores han interpretado como una secuencia de inversiones y un proceso similar a la expansión del fondo marino. [4] Las franjas son diez veces más anchas que las que se encuentran en la Tierra, lo que indica una expansión más rápida o tasas de inversión más lentas. Aunque no se ha identificado ningún centro de expansión, un mapa de las anomalías magnéticas en Marte revela que las lineaciones son concéntricas al polo sur.

Origen de la pluma del manto

Se ha propuesto un proceso similar a la expansión del fondo marino para explicar la presencia de las franjas concéntricas alrededor del polo sur marciano. El proceso consiste en que una única y gran columna de manto se eleva en un hemisferio y desciende en el hemisferio opuesto. En un proceso de este tipo, la nueva corteza producida se situaría en círculos concéntricos que se extenderían radialmente desde un único punto de afloramiento, en consonancia con el patrón observado en Marte. Este proceso también se ha invocado para ayudar a explicar la dicotomía hemisférica marciana. [14]

Origen de la intrusión del dique

Una hipótesis alternativa sostiene que las anomalías magnéticas en Marte son el resultado de intrusiones sucesivas de diques debido a la extensión litosférica. A medida que cada intrusión de dique se enfría, adquiriría magnetización termorremanente del campo magnético del planeta. Los diques sucesivos se magnetizarían en la misma dirección, hasta que el campo magnético invirtiera su polaridad, lo que daría como resultado que las intrusiones posteriores registraran la dirección opuesta. Estas inversiones periódicas requerirían que las intrusiones de diques migraran con el tiempo. [17]

Acreción de terrenos

Otro estudio asume un proceso de convergencia de la corteza en lugar de generación, argumentando que las lineaciones magnéticas en Marte se formaron en un margen de placa convergente a través de la colisión y la acreción de terrenos. Esta hipótesis sugiere que las lineaciones magnéticas en Marte son análogas a las anomalías magnéticas en bandas en la Cordillera de América del Norte en la Tierra. Estas anomalías terrestres son de geometría y tamaño similares a las detectadas en Marte, con anchos de 100 a 200 km. [18]

Implicaciones tectónicas de Valles Marineris

Imágenes satelitales del sistema de canales de Valles Marineris, que muestran un sistema de fallas de desgarre de gran escala interpretado a lo largo de su longitud. [5] El movimiento relativo de la falla se sugiere en parte por el borde desplazado de una antigua cuenca de impacto. Imagen modificada del equipo científico de la NASA/MOLA.

Una investigación reciente afirma haber encontrado la primera evidencia sólida de un límite tectónico de placas en Marte. [5] El descubrimiento se refiere a una zona de falla de rumbo de gran escala (>2000 km de longitud y >150 km de deslizamiento) y bastante estrecha (<50 km de ancho) en el sistema de fosas de Valles Marineris , conocida como la zona de falla Ius-Melas-Coprates (Fig. 7). El sistema de fosas de Valles Marineris, que tiene más de 4000 km de largo, 600 km de ancho y hasta 7 km de profundidad, si estuviera ubicado en la Tierra, se extendería por toda América del Norte. [4]

El estudio indica que la zona de falla Ius-Melas-Coprates es un sistema transtensional de deslizamiento a la izquierda similar al de la zona de falla del Mar Muerto en la Tierra. [5] Se estima que la magnitud del desplazamiento a lo largo de la zona de falla es de 150 a 160 km, como lo indica el borde desplazado de una antigua cuenca de impacto. Si se normaliza la magnitud del deslizamiento a la superficie del planeta, la zona de falla Ius-Melas-Coprates tiene un valor de desplazamiento significativamente mayor que el de la falla del Mar Muerto, y ligeramente mayor que el de la falla de San Andrés . La falta de deformación significativa en ambos lados de la zona de falla Ius-Melas-Coprates a lo largo de una distancia de 500 km sugiere que las regiones delimitadas por la falla se comportan como bloques rígidos. Esta evidencia apunta esencialmente a un gran sistema de deslizamiento de rumbo en un límite de placa, en términos terrestres conocido como falla transformante . [5]

Véase también

Referencias

  1. ^ ab Tanaka, KL; Skinner, JA; Dohm, JM; Irwin III, RP; Kolb, EJ; Fortezzo, CM; Platz, T.; Michael, GG; Hare, TM (2014). "Mapa geológico de Marte". Mapa de investigaciones científicas . USGS. doi :10.3133/sim3292.
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  6. ^ ab Connerney, JE; Acuña, MH; Wasilewski, PJ; Ness, NF; Reme, H.; Mazelle, C.; Vignes, D.; Lin, RP; Mitchell, DL; Cloutier, PA (1999). "Lineaciones magnéticas en la corteza antigua de Marte". Science . 284 (5415): 794– 798. Bibcode :1999Sci...284..794C. doi :10.1126/science.284.5415.794. PMID  10221909.
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