deformación, metamorfismo y magmatismo: el cóctel de la ...· estrecha con la tectónica de placas

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  • Enseanza de las Ciencias de la Tierra, 2018 (26.1) 35ISSN (edicin impresa): 1132-9157 - (edicin electrnica): 2385-3484 Pags. 35-46

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    INTRODUCCIN

    La mayora de los relieves montaosos actuales aparecen formando cadenas que recorren la Tierra a lo largo de miles de kilmetros. Se distribuyen esen-cialmente a lo largo de dos cinturones orognicos (Fig. 1): un primero situado al oeste de los continen-tes americanos, que abarca desde los Andes hasta las Montaas Rocosas y Alaska, y un segundo, el de los Alpes al Himalaya, pero se extiende ms all, desde el extremo occidental del mediterrneo hasta el sures-te asitico. Su alineamiento tiene una relacin muy estrecha con la tectnica de placas. Aunque ambos cinturones se han generado en zonas de convergen-cia de placas (ver Carcavilla 2018 b, en este volumen), la naturaleza de sus bordes vara. En el caso de las montaas que bordean el oeste de los continentes

    americanos, una de las dos placas es de tipo oce-nica (Pacfico), mientras que en las cadenas alpinas e himalyicas ambos bordes de las placas enfrenta-das son continentales (norte de Asia y Europa frente a frica, Arabia e India). Por ello, se han diferenciado los cinturones montaosos en orgenos de tipo andi-no y orgenos de tipo colisin. El nombre de los pri-meros deriva de los Andes, la mejor representacin de ese tipo de orgeno, mientras que el segundo pro-viene del proceso tectnico de colisin continental.

    Este artculo describe los grandes rasgos de la anatoma de cada tipo de orgeno. Pondremos es-pecial nfasis en los orgenos de colisin, ya que la Pennsula Ibrica est involucrada en la reciente colisin entre Europa y frica. Tres casos cercanos nos servirn para resaltar algunos aspectos concre-tos de la formacin de los orgenos de colisin, as

    Deformacin, metamorfismo y magmatismo: el cctel de la formacin de las cadenas de montaas

    Deformation, metamorphism and magmatism: the mountain belt formation cocktail

    AnaCrespo-BlancDepartamento de Geodinmica - IACT, Universidad de Granada - CSIC, 18071. Granada, Espaa. E-mail: acrespo@ugr.es

    Resumen Los orgenos que se forman en zonas de convergencia de placas son de dos tipos: a) los orgenos de tipo andino, que se generan cuando la subduccin de la litosfera ocenica por debajo de una placa de naturaleza continental lleva varias decenas de millones de aos funcionando y b) los orgenos de colisin, que se forman cuando dos placas de naturaleza continental se enfrentan, una vez que desaparece la litosfera ocenica que los separaba, por subduccin de la misma. Aunque ambos tipos de orgenos tienen atributos especficos, procesos geolgicos comunes los han modelado: deformacin, metamorfismo y magmatismo. En este artculo se describen los rasgos ms caractersticos de cada uno de los tipos de orgenos. Se hace especial nfasis en los Alpes, los Pirineos y las Bticas como ejemplos de orgenos de colisin: todos ellos modelan la topografa de Europa y en particular de la Pennsula Ibrica.

    Palabrasclave: Orgeno, tipo andino, tipo colisin.

    Abstract There are two types of orogens that form in plate tectonics convergence zones: a) the andean-type orogens, that form when the subduction of oceanic lithosphere below a continental plate lasts at least a few tens of million years and b) the collision-type orogens, that develop when two continental plates are brought face to face after the oceanic lithosphere that separated them has disappeared by subduction. Although each one of these orogens has specific features, both types have been modeled by the same geological processes: deformation, metamorphism and magmatism. In this paper, the most relevant characteristics of the two main orogen types are described. Special emphasis is made on the Alps, the Pyrenees and the Betics, as case-studies of collision orogen. Indeed, the three of them model the European topography, in particular in the Iberian Peninsula.

    Keywords: Orogen, andean-type, collision-type.

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    como de la metodologa empleada para su estudio: a) los Alpes, la cadena de montaas ms estudiada del mundo y en los que se han descrito por primera vez muchos de los procesos que actan en su for-macin, b) los Pirineos, que resultan de la colisin entre Europa y la Pennsula Ibrica, que decidi in-dependizarse como placa de pequeas dimensiones en un momento de su evolucin (en el Cretcico), y c) las Bticas, que nos servirn para explicar cmo se puede formar los relieves ms altos de Espaa a un tiro de piedra del Mediterrneo.

    ORGENOS DE TIPO ANDINO

    Los orgenos de tipo andino se generan en zo-nas de convergencia, cuando la subduccin de la corteza ocenica por debajo de una placa de natu-raleza continental lleva unas pocas decenas de mi-llones de aos funcionando (Fig. 2, Twiss y Moore, 1995; Frisch et al., 2011). Los Andes representan un caso extremo de longevidad de este proceso, ya que el borde oriental del Pacfico lleva ms de 400 Ma hundindose por debajo de la placa de Amrica del Sur (Stampfli et al., 2002). Este tipo de lmite de pla-cas se llama tambin margen activo, en contraste con el trmino de margen pasivo, que representa la transicin continente-ocano en una misma placa (ej. transicin frica Atlntico). La actividad gnea que acompaa la subduccin es muy importante y el magma, que proviene de la fusin parcial de la placa subducida durante varias decenas de millones de aos, termina construyendo lo que se denomina un arco volcnico.

    La anatoma general de un orgeno de tipo andi-no es la siguiente, desde la placa ocenica hasta la continental (Figs. 2A y 2B):1) Fosa submarina: marca la lnea de contacto entra

    la placa ocenica que subduce y la placa conti-nental. El hundimiento de la litosfera ocenica genera una depresin muy marcada. En el caso de los Andes alcanza una batimetra de 8065 m. Los sedimentos detrticos que provienen de la erosin del arco volcnico y en general del conti-nente, se acumulan en esa fosa.

    2) Prisma de acrecin: la convergencia en el lmite de placa genera un acortamiento cuyo resultado es la formacin de una serie de pliegues y cabal-gamientos que lo acomodan. Estas estructuras de acortamiento afectan tanto a las rocas sedi-mentarias que se sitan sobre la placa ocenica y que se va incorporando a la subduccin, como a las de la fosa. El conjunto se denomina pris-ma de acrecin (ver tambin Fig. 5). Pliegues y cabalgamientos similares pueden ser modeliza-dos en laboratorio (Crespo-Blanc 2002, Crespo-Blanc y Lujn, 2004, Murcia y Crespo-Blanc, 2008), como se aprecia en la figura 3, donde la base corresponde a la placa ocenica sobre la cual se han depositado los sedimentos, simula-

    Fig. 1. Distribucin de las principales cadenas de montaas actuales (base topogrfica: ETOPO1 segn Amante y Eakins, 2009).

    Fig. 2. A. Corte a travs de los Andes, como ejemplo caracterstico de un orgeno de tipo andino (modificado de Frisch et al., 2011). B. Batimetra y topografa de la parte central de los Andes (base topogrfica: ETOPO1 segn Amante y Eakins, 2009).

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    dos por arena en capas de distintos colores. La compresin deforma el paraleleppedo inicial superponindose escamas unas encima de las otras (sistema de cabalgamientos en secuencia).

    3) Zona de antearco: desde el prisma de acrecin hasta el arco volcnico, suele estar presente la zona de antearco, con menor deformacin (Fig.2.A). En la parte sumergida de esa zona, es frecuente la aparicin de una cuenca, donde se acumulan los aportes vulcano-sedimentarios provenientes de la erosin del continente (del arco volcnico en particular).

    4) Arco volcnico: el magmatismo en el arco volc-nico se genera tanto por la fusin parcial de la placa ocenica subducida cuando sta alcanza aproximadamente 100 km de profundidad, como por la del manto de la placa superior (Fig. 4). Esta fusin est facilitada por la presencia de agua, arrastrada hacia la profundidad con los sedimentos depositados sobre la placa oceni-ca subducida, pues el agua reduce el punto de fusin de los minerales que forman las rocas. Adems, la subduccin de la placa ocenica in-duce un flujo en la porcin de astenosfera que se sita por encima de la subduccin. As, la cua astenosfrica se renueva constantemente con material mantlico caliente. Esa constante fuente de calor favorece la fusin de las rocas del manto y corteza de la placa continental que se sitan por encima. La anchura del arco volc-nico, donde se concentran cmaras magmticas y volcanes, suele ser del orden de unos 100 km.

    Gran parte del magma producido (de composi-cin basltica) se acumula en la corteza, en grandes cmaras magmticas (que formarn batolitos una vez enfriados in situ). En esas cmaras, el magma se diferencia, dejando atrs los minerales ricos en hie-rro que cristalizan y se sedimentan en la base de las cmaras magmticas debido a su alta densidad. As, el fundido restante se enriquece en slice y minera-les ms ligeros, lo que permite su ascenso a travs de la corteza del borde continental hasta alcanzar la superficie (con una composicin andestica), donde el vulcanismo suelen ser de tipo explosivo. La acu-mulacin de cuerpos intrusivos formados en diver-sos estadios de la subduccin termina por engrosar la corteza debajo del arco volcnico (hasta 70 km en los Andes).

    4) Zona de retroarco: en un orgeno de tipo an-dino, la convergencia de placas se hace sentir ms all del arco volcnico, en direccin al continente (Fig. 2A). Afecta a las rocas continentales as como a la acumulacin de los sedimentos que provienen de la erosin de los relieves. Es llamativa la topo-

    grafa que se muestra en la parte E de la figura 2B: las arrugas del terreno contrastan con las llanuras situadas ms al este, donde terminan los relieves andinos. Estas