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Geotectónica 2015 (U.B.A.) T.P. N° 3

Nombre: . . . . . . . . . . . . . . Fecha: . . . . . . . . . . . . . . GEOTECTONICA TRABAJO PRACTICO Nº 3 CÁLCULO DE VELOCIDADES DE DIVERGENCIA EN UNA DORSAL OCEÁNICA Objetivos: Aprender a calcular la velocidad relativa de divergencia de una placa oceánica sobre la base de perfiles magnéticos transversales a las dorsales oceánicas, utilizando datos paleomagnéticos. Determinar el polo de rotación de una placa litosférica. Introducción La existencia de magnetismo remanente de polaridad reversa en algunas rocas volcánicas, es conocida desde el pasado siglo. Si bien los investigadores de 1920 y 1930, suponian que el fenómeno era solo local, un grupo de científicos de varios países redescubrió su importancia global en la década de 1960. Estos investigadores hicieron un muestreo sistemático de muchas de las lavas jóvenes del mundo, y determinaron exactamente la naturaleza y edad de las bandas magnéticas. Para ello comenzaron con lavas muy jóvenes que probablemente no estuvieran perturbadas tectónicamente. Las investigaciones comenzaron en Hawaii, donde los flujos lávicos excelentemente expuestos, proveyeron registros magnéticos de lavas extruídas durante 1955, 1935 y 1907, extendiéndose hacia atrás en el tiempo a través de los últimos cinco millones de años. Se tomaron muestras de cada flujo, se determinó la polaridad del campo magnético presente durante el enfriamiento, y al mismo tiempo se midió su edad por medio de dataciones Argón-Potasio. El avance de las técnicas de datación radimétrica, en el método Argón-Potasio permitieron datar rocas volcánicas en el orden de miles de años. De esta manera mediante el muestreo sistemático de rocas volcánicas de numerosos lugares, se pudo reconstruir una secuencia de eventos magnéticos referida a una escala de tiempo absoluto. Comenzando con lavas extruídas en tiempos modernos, cuyo magnetismo remanente es de polaridad normal, se analizaron rocas más antiguas, hasta encontrar registros de magnetismo remanente de polaridad reversa. Así, sucesivamente se definieron cuatro principales períodos en los que el campo magnético terrestre (CMT) tuvo polaridad predominantemente reversa o normal durante los últimos 5 millones de años (figura 1).

Figura 1: Escala de polaridades y tiempo para los últimos 5 Ma. Polaridad normal en segmentos negros y polaridad reversa en blanco.

Estos agrupamientos han sido denominados Epocas Magnéticas, nombradas según los investigadores que realizaron contribuciones significativas al conocimiento del campo magnético terrestre. Por ejemplo, la época normal que comenzó hace 780.000 años se llama Brunhes, por Bernard Brunhes (figura 1). En las Epocas Magnéticas suele encontrarse cortos períodos de polaridad opuesta a la de la Epoca. Se denominan Eventos Magnéticos y llevan por nombre el de la localidad donde fueron detectados. Por ejemplo, Olduvai, es el nombre de un evento magnético de polaridad normal que se produjo alrededor de los 1,9 m.a. durante la Epoca Matuyama de polaridad reversa. Se detectó en Olduvai Gorge, Tanzania, en el transcurso de un trabajo asociado a dataciones antropológicas (figura 1).

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La magnetometría en la investigación de los fondos oceánicos. La necesidad de detectar submarinos desde el aire en la segunda guerra mundial, llevó al desarrollo de un equipo extremadamente sensitivo denominado Detector Magnético Aéreo. Este aparato fue utilizado por las empresas petroleras para delinear groseramente la distribución regional de las rocas sedimentarias e ígneas. Posteriormente se pensó que sería útil en la investigación de los fondos oceánicos, simplemente dotando barcos con un equipo similar. Si la distancia del buque al magnetómetro que es arrastrado es mayor de 100 m, puede evitarse la distorsión magnética producida por el metal del barco. Los primeros magnetómetros fueron así utilizados en la década de l950, y a través de los últimos 30 años los oceanógrafos han arrastrado estos equipos por todos los mares. Estos trabajos permitieron observar que el diseño magnetométrico de los fondos oceánicos definía anomalías magnéticas en forma de bandas paralelas que se extendían a lo largo de centenares y miles de km, y en las cuales la intensidad del campo magnético era mayor o menor que el promedio de la región. Por muchos años éstas características quedaron inexplicadas, pero el descubrimiento de las reversiones del CMT permitió suponer que la presencia de cuerpos rocosos magnetizados en forma normal o reversa en el sustrato oceánico, cuyo magnetismo se sumaría o restaría del campo magnético regional, podría dar cuenta de tales anomalías. El análisis de estas bandas magnéticas llevó a encontrar que las mismas tienen una notable simetría con respecto a las crestas de las dorsales oceánicas. Esta simetría era muy difícil de explicar en términos de los procesos volcánicos y magnéticos conocidos, o en el contexto de las teorías dominantes como la oceanificación y la tectónica vertical. Erupciones sucesivas en el fondo oceánico deberían producir acumulaciones de material lávico de distribución aleatoria y no en bandas simétricas. Así, un nuevo tipo de volcanismo debió ser definido y esto llevó a la teoría de la Expansión de los Fondos Oceánicos. Figura 2: Anomalías magnéticas en la dorsal. En nivel 2, se presentan magnetización de las rocas normal (negro) y reversa (blanco), las cuales se formaron durante las épocas Brunhes (norma), Matuyama (reversa), Gauss (normal) y Gilbert (reversa). El Nivel 1: sedimentos no magnéticos. Nivel 2: coladas basálticas y lavas almohadilladas (muy magnética); diques de alimentación (moderadamente magnetico). Nivel 3: corteza oceánica gábrica, apenas magnético.

El núcleo de esta idea es que profundas corrientes convectivas operan en el manto terrestre, comportándose éstas como masas de roca fundida que se mueven hacia arriba, formando al extruir, las dorsales oceánicas. El material fundido se solidifica y las diminutas partículas ferromagnéticas que contiene se orientan según la dirección del CMT presente, normal o reverso según sea el caso. Al mismo tiempo, las corrientes convectivas, moviéndose sin cesar hacia ambos lados de la dorsal, dividirían el material recientemente formado hacia lados opuestos. Nuevo material volcánico asciende y se solidifica congelando consigo una polaridad del CMT, pudiendo ser ésta opuesta a la anterior si en el intervalo se produjo una reversión en la polaridad. Este proceso se ha repetido sucesivamente a través de millones de años. De esta manera, las lavas formadas a lo largo de las dorsales oceánicas han sido separadas de las mismas; el espacio creado es rellenado por nuevo material extruído y el fondo oceánico así formado, durante varias Epocas Magnéticas, aparece bandeado con diseños de polaridad normal y reversa de disposición simétrica respecto a la cresta de la dorsal (Fig. 2). Si se adosa una escala de tiempo magnética a las bandas de polaridad magnética puede entonces realizarse una estimación de la velocidad de expansión del fondo oceánico, y en forma indirecta, de la velocidad de subducción. ***

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EJERCICIO 1: Cálculo de la velocidad lineal de divergencia En las figuras 4 se presenta la escala de tiempo Patron de polaridad magnética para el Neogeno. En los perfiles de las figuras 3a-c se presentan las anomalias magnéticas obtenidas en forma transversal a las dorsales: Pacifico Este (51° S); Atlántico Sur (38° S); y Juan de Fuca (46° S); con los períodos de polaridad normal y reversa del CMT. Objetivo del ejercicio práctico: 1. determinar las polaridades normales y reversas, para cada perfil, sobre la base de las anomalias magneticas y tomando como referencia la curva patron de la figura 4. 2. determinar para cada perfil la velocidad de propagación anual del fondo oceánico (en km/Ma), en funcion de edad de la corteza; tomando como referencia la escala de polaridades geomagnéticas patron. 3. analice y distinga si hay diferencias en las velocidad de divergencia de las dorsales; y describa una interpretación de posibles causas.

Dorsal Juan de Fuca (46° S)

Dorsal Pacifico Este (51° S)

Figura 3a-c: anomalias magnéticas obtenidas en forma transversal a las dorsales: Pacifico Este (51° S); Atlántico Sur (38° S); y Juan de Fuca (46° S); con los períodos de polaridad normal y reversa del CMT.

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Figure 4 . Neogene stratigraphic subdivisions, geomagnetic polarity scale, pelagic zonations and selected datums of planktonic foraminifers and calcareous nannoplankton. Main trends in eustatic sea level are generalized. The “Quaternary”, shown schematically on the right-hand side, is traditionally considered to be the interval of oscillating climatic extremes (glacial and interglacial episodes) that was initiated at about 2.6 Ma, therefore encompassing the Holocene and Pleistocene epochs and Gelasian stage of late Pliocene. The Quaternary composite epoch is not a formal unit in the chronostratigraphic hierarchy.

Figura 4: Cronología de las reversiones del campo magnético terrestre establecida por extrapolación, partiendo del cuadro establecido para los últimos 5 Ma, y presuponiendo una velocidad de expansión constante para el valor de desplazamiento en la expansión de cada océano. Los datos han sido corroborados por información geológica independiente. EJERCICIO 2. Cálculo y comparación de la velocidad lineal de divergencia en dos dorsales. En la Figura 5, se presenta un mapa de anomalías magnéticas con polaridades normal-reversa, de las dorsales del Atlántico Sur y Pacífico Oriental. En el diagrama se muestra un sólo lado de las anomalías de fondo oceánico de los últimos 80 Ma. Utilice esta información del mapa el desarrollo de los siguientes puntos.

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1. Mida la distancia desde el centro de separación (Dorsal) a la anomalía magnética más alejada en cada océano y determinar la edad de esa anomalía y la velocidad de expansión (km/Ma) para cada dorsal. South Atlantic: _______________ km

Edad: ________________ años.

North Pacific: _______________ km

Edad: ________________ años.

2. Para determinar la tasa promedio de separación, dividir la distancia por la edad, y luego duplicar esta Tasa ya que los datos son de sólo un lado de la dorsal oceánica. (Tenga en cuenta las unidades para su respuesta final!) South Atlantic: ________________ mm/yr North Pacific: _________________ mm/yr 3. La velocidad de ambas dorsales (Atlántica y Pacifica) son similares o no? 4. De una posible explicación de por qué las anomalías magnéticas en el Pacífico norte son más amplia que en el Pacífico Sur.

  Figura 5: Magnetic Anomaly Map of the South Atlantic Ridge and the East Pacific Rise.

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