Ajay Kumar defendió finalmente su tesis doctoral el pasado martes, 24 de noviembre, de forma online. La tesis, titulada ‘Thermal and chemical imaging of the upper mantle anomalies: application to Western Mediterranean’ ha sido dirigida por los investigadores de Geociencias Barcelona (GEO3BCN-CSIC) Manel Fernández y Jaume Vergés, y tutorizada por Juan José Ledo Fernández, de la Universidad de Barcelona (UB).
El trabajo de Kumar se ha centrado en la caracterización de la estructura termal y química del manto superior (hasta 400 km de profundidad) bajo de las cuencas de Alborán y Argelia usando datos gravimétricos, de elevación, xenolitos del manto y también la tomografía sísmica.
Estudios anteriores han revelado, usando tomografía sísmica, la presencia de dos anomalías positivas en la velocidad símica que muestra la presencia en el manto de un material más "frío" que el circundante situado debajo del sur de España y el Norte de Argelia. Estas “anomalías” se interpretaron como parte de la litosfera oceánica del antiguo océano Tethys que subdujo en el manto durante la colisión de las placas de Eurasia y África.
“La tomografía sísmica es una de la herramientas más poderosas en los estudios de la estructura interna y la dinámica terrestre. Sin embargo, solo nos dice qué regiones son más rápidas y cuáles más lentas para las ondas sísmicas: las más rápida suelen ser más frías, y las lentas, más calientes. Esta interpretación es cualitativa y deja a un lado otro factor muy importante a la hora de controlar las velocidades sísmicas, como es la composición química”, explica Ajay Kumar.
Esta tesis, que ha sido desarrollada en el marco del proyecto SUBITOP, se ha realizado en dos fases. La primera de ellas se centró en la mejora del software de modelaje LitMod2D. Kumar modificó el código para incluir las anomalías de la velocidad símica en sus modelos. La nueva versión de LitMod fue clave para determinar la temperatura y la composición química de la litosfera subducida.
De acuerdo con Kumar, “LitMod2D_2.0 fue un prerrequisito para la tesis. El software calcula numéricamente la temperatura, presión, densidad, y las velocidades sísmicas. Así se predicen los datos de estos cuatro parámetros que pueden medirse en la superficie de la Tierra (elevación, gravedad, SHF, ondas sísmicas). El modelo se cambió en este proceso para minimizar la diferencia entre los datos obtenidos y los observados".
Cuando el código estaba ya preparado, Kumar realizó la segunda parte del trabajo. La idea era determinar la temperatura, composición y arquitectura de la litosfera a través de dos transectos situados bajo las cuencas de Alborán y Argelia, y eso también incluía los dos orógenos principales de la región: la cordillera Bética y las montañas de la Cabilia. “El principal reto fue obtener la temperatura y la composición de las velocidades símicas puesto que la física que los relaciona es altamente no lineal”, apunta Kumar.
El modelo obtenido muestra una corteza gruesa (37 km y 30 km) y una zona de transición entre la litosfera y la astenosfera (LAB ) relativamente profunda (130 km y 150 km) debajo de las unidades metamórficas (HP-LT) de las Béticas Internas y de los Cabilias. Esto contrasta con los 16 km de espesor de la corteza magmática que caracteriza la cuenca de Alborán, y con los 10 km de espesor de la corteza oceánica de la cuenca argelina.
El trabajo también señala que, aunque la temperatura de las placas subducidas de Alborán y Argelia bajo las Béticas y las Cabilias es unos 400ºC más fría que el material circunante, estas placas tienen una composición diferente. Kumar incluyó varios datos para modelar la estructura de la litosfera. “Los datos incluyen gravimetría, la elevación, el flujo de calor superficial, las ondas sísmicas y los parámetros de laboratorio”, señala Kumar.
En 2018, Kumar realizó una estancia de investigación de un mes y medio en el Laboratorio Experimental de Tectónica que dirige Claudio Faccena de la universidad de Roma 3 para aprender cómo llevar a cabo modelos analógicos. "El principal objetivo de mi visita a Roma fue estudiar la influencia de una zona continental lateral sobre una placa oceánica en subducción y ver su influencia en la tasa de subducción a lo largo de la fosa y su curvatura”, explica Kumar.
La estancia fue una oportunidad para Kumar de aumentar su experiencia en el modelado analógico. “Como muchos de los trabajos de la tesis estaban hechos con un ordenador, la visita a Roma me dio una buena oportunidad para trabajar con material físico. Por ejemplo, si tenía que modelar una placa oceánica en mi ordenador, solo utilizaba números, mientras que en Roma tenía que hacer físicamente una placa oceánica con silicona y hierro”.
“Esta tesis ha ofrece una base importante y crucial para entender la evolución de la geodinámica del Mediterraneo Occidental, que aún está bajo discusión. Además, otro d eos resultados destacables de esta tesis es la nueva versión del código LitMod2D_2.0, una herramienta gratuïta para la comunidad científica para poder ser utilizada en otras regiones de interés”, explica Kumar.
“Entender los procesos terrestres ayuda a hacer mejores políticas teniendo en cuenta los desastres naturales asociados a dichos procesos. Por ejemplo, la estructura profunda de la Tierra propuesta en esta tesis puede usarse en la confección de los mapas de riesgo y evaluación de peligros sísmicos", concluye Kumar.
Más información
Publicado
- Kumar, A., Fernàndez, M., Jiménez-Munt, I., Torne, M., Vergés, J., & Afonso, J. C. (2020). LitMod2D_2. 0: An improved integrated geophysical-petrological modeling tool for the physical interpretation of upper mantle anomalies. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 21(3), e2019GC008777.
- Boonma, K., Kumar, A., García-Castellanos, D., Jiménez-Munt, I., & Fernández, M. (2019). Lithospheric mantle buoyancy: the role of tectonic convergence and mantle composition. Scientific reports, 9(1), 1-8.
- Jiménez-Munt, I., Torné, M., Fernandez, M., Vergés, J., Kumar, A., Carballo, A., & García-Castellanos, D. (2019). Deep seated density anomalies across the Iberia-Africa plate boundary and its topographic response. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 124(12), 13310-13332.
En revisión
- Kumar, A., Fernàndez, M., Vergés J., Torne, M., Jiménez-Munt, I. (2020). Opposite symmetry in the lithospheric structure of the Alboran and Algerian basins and their margins (Western Mediterranena): geodynamic implications. Journal of Geophysical Research: Solid Earth.
Preparándose
- Kumar, A., Fernandez, M., Peral, M., Funiciello, F., Zlotnik, S., Faccenna, C., Vergés, J. Effects of kinematic boundary conditions on trench curvature in a retreating subduction zone: insights from analog modelling.
