Los Pirineos son un recordatorio constante de los enormes procesos de deformación a escala litosférica fruto de la convergencia entre las placas euroasiática e ibérica. Esta convergencia derivó en una colisión continental, un proceso que ha marcado la evolución de la topografía y la estructura de la microplaca Ibérica. Una nueva tesis doctoral elaborada por Ángel Valverde ha abordado el estudio de la evolución geodinámica de los sistemas de colisión continental para averiguar mediante la modelización numérica la transmisión de la deformación al interior de la placa Ibérica durante el Cenozoico (últimos 65 millones de años). Daniel García-Castellanos e Ivone Jiménez-Munt, ambos investigadores de GEO3BCN-CSIC, son los directores de una tesis defendida de forma online el 10 de febrero.
"Al estudiar las colisiones continentales surgen otras preguntas sobre cómo se transmiten los esfuerzos desde el margen al interior de la microplaca, las diferentes teorías que intentan explicar estos procesos o por qué la elevación media de Iberia es mayor que la elevación media de la plataforma europea", explica Ángel Valverde.
Para su trabajo, Valverde recopiló información de diferentes episodios tectónicos y analizó los intervalos relacionados con la convergencia entre la placa ibérica y la eurasiática durante el Cenozoico que propiciaron el levantamiento de dos de las principales cadenas montañosas del margen norte de la Península: los Pirineos y la Vasco-Cantábrica. También examinó la formación de las cadenas montañosas interiores y la evolución del margen sur peninsular, marcado por la aproximación entre Iberia y África y el levantamiento de las Béticas.
"Se ha estudiado en detalle sobre todo la formación pirenaica y los acortamientos corticales producidos durante el Cenozoico, así como la estructura, evolución y geodinámica de la cordillera vasco-Cantábrica. También hemos estudiado cómo y porqué se transmiten los esfuerzos desde la cordillera Cantábrica hasta el Sistema Central para determinar su estructura y los acortamientos corticales que se produjeron", explica Valverde.
Valverde diseñó una serie de modelos numéricos de alta resolución para simular la deformación de la litosfera que se produjo en los límites de placa convergentes, sobre todo en la zona Vasco-Cantábrica. Valverde desarrolló también varios experimentos numéricos de un transecto Norte-Sur peninsular para examinar la influencia de la convergencia entre las placas de Iberia y Nubia (África) en la elevación media de toda la península, la correcta secuencia temporal en el acortamiento de las diferentes zonas desde el norte hacia el sur y transmisión de esfuerzos al Sistema Central.
Estudios previos de tomografías y perfiles sísmicos y el geoide sirvieron para comparar las estructuras obtenidas mediante los diferentes modelos.
Los modelos que forman el núcleo de la tesis de Valverde se desarrollaron con el software Underworld 2.0, una herramienta de la Universidad de Melbourne y la Universidad de Monash (Australia). Para aprender a utilizar a fondo esta herramienta informática, Valverde realizó una estancia de 3 meses en Escuela de Ciencias de la Tierra de la Universidad de Melbourne con el equipo que dirige Louis Moresi. "No es lo mismo ir por tu cuenta sin saber que está pasando, que tener dudas que se resuelven al instante y comprender por qué algo no funciona y tener una estrategia para resolver el problema y continuar. Así que hay un antes y un después de estar en Australia en el manejo del código numérico".
Los modelos se alimentaron con "datos generales de densidades y viscosidades, así como características propias de las litosferas continentales y se han comparado con diferentes clasificaciones y estudios previos sobre modelización numérica de colisión continental".
Los modelos generados para el estudio de la zona pirenaica muestran dos escenarios posibles de deformación asociados a la colisión continental: orógeno con cabalgamiento cortical bivergente o de doble vergencia y orógeno con plegamiento vertical. "El primero tiene dos principales fallas en forma de V que convergen en la zona de subducción. Esto genera una topografía triangular con un máximo sobre la zona de subducción y cuencas adyacentes. El orógeno de plegamiento cortical, por su parte, no tiene solo dos fallas o zonas de cizalladura principales si no que la deformación se propaga más lejos de la zona de subducción por la corteza inferior. Esto genera una transmisión de la tasa de deformación en la corteza superior, generando plegamiento cortical con longitud de onda de aproximadamente 50-60 km, una topografía máxima menor pero una topografía media mayor que el otro modo de deformación orogénica".
Los modelos obtenidos para la zona cántabra indican que "se necesita una falla o debilidad heredada del periodo hiperextensivo Jurásico en la corteza Ibérica que buce hacia el Norte y profundice hacia el manto litosférico. Esta debilidad, durante la convergencia Cenozoica, genera la subducción parcial cortical de Iberia hacia el norte hasta una profundidad de 50 km, y permite la indentación de la parte euroasiática en la corteza media de la parte Ibérica".
Una debilidad que, según Valverde, enlaza con un nivel de despegue en la corteza media, transmitiendo parte de la deformación hacia la zona interior de la placa Ibérica, influyendo en la estructura tectónica y la evolución del Sistema Central. “Ambas cadenas están conectadas mediante un nivel de despegue en la corteza media que transmite parte de esfuerzos unos millones de años después del comienzo de la convergencia en el margen norte”.
Los modelos resultantes también muestran que es “necesario una corteza más resistente de la cuenca del Duero respecto a la del Sistema Central, no generando mucha deformación en dicha cuenca”.
Por último, el trabajo de Valverde sugiere que en la micoplaca Ibérica durante el Cenozoico, los esfuerzos y la deformación intraplaca podrían estar gobernados por "una serie de niveles de despegue más que por un plegamiento a escala litosférica para la placa Ibérica, y la influencia que tiene la losa que subduce en el margen sur al hundirse y romperse, podría haber cambiado el régimen de esfuerzos en toda Iberia".
Más información
Valcerde-Pérez, A.(2020).Numerical modeling of continental collision and intraplate deformation. Application to the Cenozoic geodynamic evolution of North Iberia. (Tesis doctoral). Universitat de Barcelona, Barcelona, España.
Valverde-Pérez, A. et al. (En preparación) Thermomechanical 2D model for a lithosphere transect of North Iberia from the Central System to the Bay of Biscay: the role played by inherited structures for its Cenozoic evolution.
