Modelos numéricos y análogos, y resumen de cadenas de montañas Introducción • En geología estructural los modelos análogos y numéricos están enfocados a la deformación de la litosfera, que esta a la vez íntimamente relacionado a los gradientes del campo de desplazamiento (velocidad de las placas) y a las discontiuidades. Por ejemplo en el caso de un margen convergente. En margen convergente la deformación se realiza por plegamiento y cabalgamiento, donde hay varios tipos de modelos de deformación Ejemplos de superficies de cabalgamiento en 3D y terminación lateral de fallas de cabalgamiento. . Una falla transformante, transferencia de la deformación desde una región a otra. Cabalgamiento falla transformante cabalgamiento Tipos de fallas rampa (hanging wall removido) Tipos de cadenas de montaña Cadenas de montaña resultan de acortamiento de regiones continentales débiles. Desde el acortamiento de ….. …cuencas ….margenes continentales… …límites transformantes. Caso Alpes Europeos Alpes Europeos es uno de las cadenas de montaña mas estudiadas en el mundo. Resultan de la colision de los continentes Sur-Alpino y Europeos después del cierre del oceáno altivo, comienza en los 40 Ma. Grandes napas fueron cabalgadas desde el continente Alpino sobre la parte superior de la plataforma Europea. Durante la colisión están napas fueron plegadas y erodadas. El monte Cervin es una parte del continente Sur- Alpino que permanece sobre una ofiolita que pertenece a la sutura. Cadenas de montaña sobre bordes trancurrentes Los pirineos es una cadena de montaña de 4000 km de largo en el límite entre España y Francia. En el medio del Cretácico la abertura del Atlántico Norte induce una traslación sinestral de la península ibérica a lo largo de la Falla transformante Norpirinea. Está fallla strike-slip de escala litósferica crea una zona débil en la litósfera, y controla la deposición de cuencas pull-apart y la intrusión de rocas mantélicas (lerzolitas). En el Eoceno (40 Ma) convergencia ocurre entre Francia y la península ibérica cerrando las cuencas y desarrollando una cadena de montañas simétrica. Modelos numéricos aplicados a colisión continente-continente En las últimas dos décadas el progreso en la tecnología computacional permitió el desarrollo de técnicas efectivas de modelamiento numérico. Este consiste en el desarrolllo de sistemas geológicos simplificados (geometría, densidad, viscosidad, temperatura...) y a la vez aplicar condiciones dinámicas (fuerzas) o cinemáticas (velocidades) en sus límites. La evolución de los modelos es controlado por las ecuaciones que goviernan el balance de calor y el del stress. Estas ecuaciones osn solucionadas sobre un número de puntos que cubren el modelo entero. La distribución de viscosidad y su evolución a través del tiempo fuertemente influencia el modo de deformación de la litósfera. Ambos modelos se han acortado 750 Km, la única diferencia será su perfil de viscosidad. Modelamiento análogo Modelos analogos son muy populares para los tectonicista. Está técnica no s ayuda a la investigación de modelos 3D, y permite incluir ambas capas frágiles y dúctiles. No obstante nos ofrece menos flexibilidad para variar las condiciones de borde , y los aspectos termales todavía son difícil (pero no imposible) de integrar. Crítico en está aproximación es elegir materiales análogos que imiten el comportamiento de sistemas geológicos bajo la investigación. En este experimento Tapponier et al., investiga el desarrollo de fallas strike-slip observadas en Asia. Este usa plasticina para modelar la respuesta de la litósfera continental Euro-asiática al indentar India. En este experimento (de Ph. Davy), un modelos de 4 capas se uso para investigar la deformación de la litósfera Euroasiática: una capa frágil (arena para la corteza superior) arriba de dos capas dúctiles (silicona de baja viscosidad para la corteza inferior, una silicona más viscosa para el manto superior). La miel es la analogía para la astenosfera. Acá se muestra el desarrollo de plegamiento a escala litósferica tanto como el desarrollo de fallas strike-slip. Ambas estructuras se observan....En años recientes muchos científicos han investigado la posibilidad de plegamiento a escala litósferica. Observaciones de terreno y test numéricos parecen entregar soporte a esta hipotesis. Este plegamiento corresponde a ondulaciones a larga escala que tienden a localizar la iniciación de cabalgamiento. • Ejemplo de modelos análogos en el caso de extensión Formación del anticlinal de roll-over en un experimento en cajas de arena. Fallas normales en experimentos en cajas de arena Modelos físicos (= experimentos análogos) permite investigar sistemas geológicos simplificados. Usando capas coloreadas de arena, como un análogo para la corteza superior y aplicando variadas condiciones de borde, el grupo de McClay (Univ. London) puede crear, en su laboratorio, estructuras observadas en la naturaleza. Las fotos a la derecha representan varias geometrías de cuencas sedimentarias, desde extensión simétrica (arriba), a altamente asimétrica extensión (abajo). Más en : http://www.gl.rhbnc.ac.uk/FDP/fdp.ht ml Extensión de litósfera continental estable: Experimentos numéricos. Modelos generalizados de litósfera continental. Condiciones de borde mecánicas y termales en la izquierda reflejan simetría. Una fuerza uniforme es aplicada al lado derecho (condición dinámica), o alternativamente una tasa de strain constante (condición cinemática), la parte superior de la litósfera está en 0ºC, y un flujo calórico basal qb se aplica en el límite inferior. Fuerzas de rebote isostático actúa sobre las interfaces de densidad. Componentes horizontales de las fuerzas gravitacionales asociados con el desplazamiento vertical de las interfaces de densidad son obviadas. Cuando la litósfera se adelagaza a la vez se enfria, por lo tanto se endurece. El enfriamiento se relaciona al adelgazamientro de la corteza continental que concentra la mayoría de los elementos que producen calor (U, Th y K). Como la capa radiogénica se adelgaza, menos calor se produce y la litósfera se enfria y endurece. Si la extensión es más rápida que el efecto de enfriamiento (A) entonces la extensión se localiza en una región cercana donde se desarrollan muchas inestabilidades. De otra forma si la extension es más lenta que el enfriamiento (B) entonces la resistencia de la litósfera limita el adelgazamiento y la extensión se mueve dentro de las regiones adyacentes más calientes y débiles y la extensión se distribuye ampliamente. Extension rate fast relative to thermal reequilibration. 12cm/y; Extension: 470km; 5Ma. Extension rate slow relative to thermal reequilibration. 6cm/y; Extension: 340km; 8Ma. Teoría de los modelos escalados Desde la realidad a pequeños modelos a escala, varian las resistencia de los materiales, el tiempo y el tamaño. Debe haber simililaridad para un sistema mecánico. Cuando el tamaño de un cuerpo a cambiado sus otras propiedades físicas también cambian, pero en general no proporcional al cambio de su tamaño. • Grados de similaridad Similaridad geométrica: Dos cuerpos son geométricamente similares cuando todos los correspondientes largos son proporcionales y los ángulos son iguales. Similaridad cinemática: Si dos cuerpos experimentan cambios similares de forma o posición o ambos, entonces el tiempo para un cambio dado es proporcional al tiempo requerido para el correspondiente cambio en el otro. Similaridad dinámica: Como todos los cuerpos poseen masa, hay presencia de un campo gravitacional y reacciones inerciales de masa que aceleran el movimiento. Entonces se necesita que el modelo tenga una distribución de masa similar al del original. Si mm es el elemento de masa del volumen dVm y dmp es el elemento de dVp. Entonces se reconocen tres factores de escala independientes, razón de largo (λ), tiempo (τ) y masa (μ). Donde los subscriptos m y p se refieren al modelo y el prototipo. l l m p t t m p m m m p El escalamiento de todas las cantidades mecánicas de interés pueden ser derivadas desde esos tres factores, y estos factores mecánicos restringen las propiedades del modelo escalado.
