Estructura sísmica de la corteza de la punta sur de la península de Baja California
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El estudio de la corteza continental es importante porque en ella suceden fenómenos geofísicos, como erupciones volcánicas y terremotos, que pueden impactar zonas urbanas, pequeñas poblaciones e instalaciones de todo tipo. Investigar su estructura interna permite aumentar nuestro conocimiento sobre la complejidad de la corteza, y este conocimiento nos da elementos geofísicos para tomar decisiones de prevención y mitigación de riesgos. Existen varias técnicas para investigar la estructura cortical; una de ellas es la tomografía sísmica. En este texto describiremos la estructura de la corteza en la punta sur de la península de Baja California obtenida mediante una tomografía sísmica de tiempos de propagación. Un terremoto o sismo es esencialmente una ruptura al interior de la Tierra. Cuando éste se produce genera diferentes tipos de ondas mecánicas que se propagan y que pueden ser usadas para investigar la corteza, el manto e inclusive el núcleo de nuestro planeta. Existen varios tipos de ondas mecánicas, como las ondas P y S (ondas Primarias y Secundarias, respectivamente), que se pueden usar para hacer estos estudios. La estructura sísmica de velocidades de propagación de la punta sur de la península de Baja California se conocía de forma muy general o parcial, pero hace 20 años aumentó el monitoreo sísmico de la región. Este volumen de información nos permitió hacer en la Unidad La Paz del CICESE un estudio de tomografía con mas de 12 mil tiempos de propagación para ondas P y S.
Similar a una tomografía médica que permite obtener una imagen de una sección del cuerpo humano o algún órgano usando ondas radiológicas, una tomografía sísmica emplea la emisión de ondas sísmicas que son detectadas por sismómetros que permiten obtener imágenes del interior de la Tierra o de la corteza continental. La punta sur de la península de Baja California es interesante de estudiar porque se encuentra en una región cercana al limite entre dos placas tectónicas. Las placas tectónicas son grandes bloques de corteza que conforman la superficie del planeta. Las placas que interactúan cerca de la península se llaman placa del Pacífico y de Norte América. Estas placas interactúan en el centro del Golfo de California creando mucha sismicidad; tienen movimiento lateral, es decir, una se desliza respecto a la otra de forma paralela, haciendo que sus bordes se froten entre sí, al estilo de la conocida falla de San Andrés en California. La historia geológica de la península es complicada y está muy relacionada con la apertura del Golfo de California hace unos 12.5 millones de años. Por aquel entonces, una antigua placa llamada Farallón, ahora inexistente, presentaba un proceso de hundimiento (subducción) por debajo de la placa de Norte América justo frente a la costa oeste de la península. La palabra subducción significa que una placa se mete por debajo de otra cuando los movimientos relativos entre estas convergen o se acercan entre sí. Es literalmente un choque en la que la placa mas densa, la corteza oceánica, se mete por debajo de la menos densa, la continental, hundiéndose en el manto de la Tierra. Al “consumirse” toda la placa de Farallón en el manto y detenerse la subducción, inicia un proceso de extensión en el continente americano. A partir de entonces, la corteza continental se extendió tanto que se creó el Golfo de California. Al detenerse la subducción, la antigua placa de Farallón, ya hundida en el manto, se agrietó creando “ventanas” por las cuales el manto subyacente se ha ido infiltrando durante millones de años. Este proceso geofísico ha alterado la corteza de la península, formando campos geotérmicos, volcanes activos (v. Gr. Tres Vírgenes) y manantiales hidrotermales. Resultados tomográficos La técnica de la tomografía sísmica consiste en leer en los sismogramas (gráficas de velocidad del movimiento del terreno) los tiempos en las que las ondas P y S llegan a ellos. Si se conoce el tiempo en el que se produce el sismo y el tiempo en el que arriba una onda a la estación sismológica, digamos una onda P, podemos conocer el tiempo que le tomó a esta onda propagarse del hipocentro –lugar dentro de la corteza en el que se inicia la ruptura- hasta la estación sismológica. Luego entonces, si se conoce la ubicación de una estación sismológica y la del hipocentro, se puede trazar una línea o rayo sísmico que une a estos dos puntos. Por tanto, si se conoce el tiempo de propagación de un conjunto de ondas P o S y por qué parte del interior de la corteza pasan sus rayos sísmicos, es posible crear una matriz e invertir los tiempos de propagación en una computadora para obtener la velocidad que traía la onda. Este resultado de la inversión es la tomografía de velocidades y es una imagen de cómo se distribuye la velocidad de propagación en la corteza. Esta imagen de velocidades de ondas sísmicas de la corteza es importante porque da información valiosa sobre la naturaleza elástica de la roca que la conforma y nos brinda una guía de qué puede estar sucediendo en su interior. Las tomografías tridimensionales de la figura 1, muestran una corteza muy heterogénea. La heterogeneidad puede ser notada al observar el cambio de colores en los perfiles tomográficos. Debido a que la tomografía es 3D, la distribución de las velocidades de la corteza es volumétrica y no es posible ver su interior. Para solventar este problema, se intersectan planos o perfiles que nos permitan ver los detalles internos de esta estructura de velocidades tridimensional. En este caso se hicieron intersectar cinco perfiles orientados perpendicularmente a la costa del Pacífico y separados cincuenta kilómetros entre sí. La escala de colores nos describe la variación porcentual de velocidad que existe en la roca respecto a un modelo, y va de azul a rojo. Los colores azules muestran velocidades rápidas y los amarillo-rojizos velocidades lentas. En la figura 1 se pueden observar velocidades lentas por debajo de la sierra de La Laguna; por esta zona corre una falla geológica y abundan manantiales hidrotermales. Las velocidades bajas pueden ser explicadas como consecuencia de una corteza altamente fracturada, cuyas fallas permiten la infiltración profunda de agua (pluvial) en una corteza caliente por su contacto directo con el manto subyacente. Asimismo, en las zonas de baja velocidad dentro del Golfo de California, cerca de la costa (cabo Pulmo), se registran rutinariamente enjambres sísmicos, que son sismos que se dan en cadena una vez que comienza a temblar, y podrían ser consecuencia de fallas lubricadas por agua.
Figura 1 La figura 2 muestra el perfil de 50 km de la figura 1. Este perfil pasa por debajo de la sierra de La Laguna y cubre hasta una profundidad de 42 km y en él se pueden observar los siguientes aspectos que nos permiten concluir lo siguiente (ver figura 2): 1) la corteza de la península posee velocidades de onda S bajas que son asociadas a temperaturas altas. 2) Por debajo de la línea naranja –una capa conocida como el Moho, que es la interfaz que marca el límite del manto superior– se puede ver un remanente de la antigua placa de Magdalena (resabio de la placa de Farallón) –que es representado por un azul oscuro-. 3) Por arriba de esta placa se encuentra una porción de manto que se introdujo entre la corteza continental y la placa Magdalena. Se sabe que esta sección del manto se encuentra químicamente empobrecida y seca –que es una consecuencia del proceso de apertura del Golfo en el cual fueron eyectados por vulcanismo intenso, enormes volúmenes de roca y magma –. 4) En la corteza, (entre 0 y 30 km de profundidad) se aprecia que ésta se encuentra fuertemente fracturada por fallas profundas (líneas negras) que están saturadas de agua (parches azules). 5) El manto, que está “emparedado” entre la corteza y el remanente de la placa de Magdalena, se encuentra a muy alta temperatura e induce conductividad térmica (flechas rojas) hacia la corteza continental, produciendo actividad hidrotermal en la superficie (círculos azules). 6) Las altas temperaturas y la presencia de fluidos hacen decrecer fuertemente las velocidades de propagación de las ondas sísmicas. Para concluir podemos resumir que las velocidades bajas de ondas P y S observadas en la punta sur de la península son consecuencia de una corteza continental altamente fracturada, sobresaturada de fluidos y con alta conductividad térmica (i. e. una corteza calentada) inducida por el manto subyacente.
Figura 2 Para más información se puede consultar el artículo: Eduardo Huesca-Pérez, Edahí Gutierrez-Reyes, Raúl W. Valenzuela, Allen Husker y Sergio Mayer (2021). 3-D travel-time tomography of southernmost Baja California Peninsula. Journal of South American Earth Sciences, Volume 105, January 2021, 102966 * CONACYT-CICESE ULP ehuesca@gmail.com
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