Cómo mover placas tectónicas con un dedo.

Autores:

o Eulogio Pardo Igúzquiza.

- Introducción:
- Se va a construir un dispositivo para someter un material granular (talco o harina, que simula la roca en la naturaleza) a un esfuerzo de desgarre o de cizalla, como el que efectuamos cuando nos frotamos las manos. Este esfuerzo de cizalla se da en la naturaleza a muchas escalas, desde la microscópica a la escala continental. Esto es, de milímetros a cientos de kilómetros. Muchas estructuras geológicas como las fracturas y las fallas no tienen un tamaño característico sino que pueden aparecer con tamaños muy variables. Vamos a aprovechar esta circunstancia para simular las estructuras que aparecen en la fallas transformantes continentales cuando una placa tectónica se desliza horizontalmente y rozándose con respecto a otra. Por ejemplo, la falla transformante continental del mar Muerto, tiene unos 1000 km de longitud y pone en contacto la placa africana con la placa arábiga. El mar Muerto y el mar de Galilea son fosas tectónicas que resultan del movimiento de estas placas.
- Recordemos que una falla es una fractura con un desplazamiento relativo de los bloques (esto es, las dos partes, una a cada lado de la fractura). Una falla donde el desplazamiento se produce fundamentalmente en la horizontal se llama falla en dirección, falla de rumbo, falla de cizalla o falla de desgarre.
- Cuando esta falla es de escala continental, con hasta 1000 km de longitud en el contexto de tectónica de placas, se denomina falla transformante.
- Vamos a simular lo que pasa en una falla transformante usando una falla en dirección reproducida en un experimento de laboratorio.
- Descripción del experimento:
- (i) Con el listón de madera (A en foto 1) se obtienen 8 trozos de madera de 10 cm de largo, (D) en foto 1. Se pegan 4 trozos de madera a cada una de las dos tablas (B en foto 1). Consiste en pegar 4 trozos de madera a cada tabla de modo que quede el dispositivo en forma de U que se observa en (B) de foto 1.
- (ii) Una vez construido el dispositivo en cada tabla, al juntar las dos tablas queda un recinto cerrado donde se coloca el material granular (talco o harina, por ejemplo). Con una tercera tabla (C en foto 1) se presiona el material para que quede enrasado y presionado dentro del cerco cerrado que forman las dos piezas en U.
- (iii) Se colocan las dos tablas sobre una cartulina en una mesa. El uso de la cartulina facilita recoger el material una vez acabado el experimento y guardarlo o volver a repetir el experimento.
- (iv) La ejecución del experimento consiste en deslizar (muy lentamente) una de las tablas mientras que la otra permanece quieta. O bien ambas tablas se deslizan en sentidos contrarios.
- (v) El movimiento ha de ser muy lento (del orden de 1 mm cada 3 segundos) y se han de ir observando como aparecen las estructuras producto de la deformación de la roca (material granular). El experimento se puede grabar en video para analizar la aparición de las estructuras en más detalle.
- (vi) Primero aparecen unas fracturas (R₁) que forman un ángulo de unos 20 grados en sentido contrario a las agujas del reloj. Después aparecen las fracturas (R₂). Asimismo el terreno se levanta por presión transversal (transpresión) y se forman depresiones o fosas tectónicas por tensión transversal (transtensión).
- Explicación:
- La aparición de las familias de fracturas conjugadas se explica por la resistencia (cohesión) del material a la ruptura ante un esfuerzo de cizalla. El ángulo que forman las fracturas R₁ con respecto a la dirección principal de cizalla está relacionado con el ángulo de fricción interna del material que se use (talco, harina,…). Por otra parte, aunque el movimiento de ambas placas es de cizalla se generan zonas de transpresión y transtensión por la diferente compactación del material y otras discontinuidades que hacen que la ruptura no se produzca en una línea perfectamente recta.

¿Qué se pretende demostrar?

- Se quiere mostrar el concepto de “invarianza de escala” de las estructuras geológicas. Esto es, las estructuras geológicas no tienen un tamaño típico o característico, de modo que aparecen a escala de milímetros, metros, cientos de metros, hasta cientos de kilómetros. Se hace uso de este principio para ver los efectos (formas geológicas como fracturas, elevación del terreno y formación de fosas tectónicas) de dos placas tectónicas que se mueven rozándose una con respecto a la otra en un plano horizontal (falla transformante). Para ello se genera en laboratorio una falla en dirección, usando material granular colocado sobre dos tablas que se deslizan una con respecto a la otra. Se ilustra la generación de fracturas de Riedel conjugadas, primarias R₁ y secundarias R₂, la elevación del terreno por presión transversal (transpresión) y la generación de fosas tectónicas por tensión transversal (transtensión). Se simularán las estructuras que hay en la falla transformante del Mar Muerto (1000 km de longitud) con la formación de depresiones (Mar Muerto, Mar de Galilea) y áreas elevadas (zona plegada de Palmira).

Fotografías:

- Foto 1: Materiales necesarios y construcción del dispositivo para el experimento. A: listón de madera del que se obtienen 8 trozos de 10 cm de largo cada. B: dos tablas de madera. C: tabla de madera para presionar y enrasar la harina o talco cuando se coloca en (G). D: los 8 trozos de madera ya cortados del listón. E: se pegan 4 listones a cada tabla para hacer el dispositivo en forma de U. F: al juntar las dos tablas los dispositivos en U forman un recipiente cerrado donde se coloca la harina o talco y se presiona y enrasa con la tabla (C) para que quede una superficie lisa.
- Foto 2: A: dispositivo ya construido. B: dispositivo construido y cargado con el material granular (talco o harina). C: movimiento relativo entre las placas (movimiento de cizalla o desgarre que genera la falla en dirección). D: Resultado del experimento.
- Foto 3: Detalle del resultado del experimento.
- Foto 4: A: Este mapa muestra como la falla transformante del mar Muerto se relaciona con otros límites de placa en la región. B: estructuras geológicas de la falla transformante del mar Muerto.
- Foto 5: El autor realiza la experiencia en Ciencia en Acción 2018 en Viladecans.

Dirigido a:

- Secundaria
- Universidad

Materiales necesarios:

- (1) Dos tablas. Yo las he utilizado de 40 cm de largo, 20 cm de ancho y un espesor de 1 cm. Sirven de cualquier otra medida.
- (2) Un listón de madera de donde se cortan 8 trozos de 10 cm. Yo he utilizado trozos de 10 cm de largo por 2 cm de ancho y 2 cm de grosor.
- (3) Pegamento para madera.
- (4) 1 kilogramo de polvos de talco (o harina como material alternativo).
- (5) Otra tabla para comprimir y enrasar el material.

Riesgos:

- No existen riesgos.

Enlaces:

- Katza, Y, Weinbergerb, R. and Aydinc, A., 2004. Geometry and kinematic evolution of Riedel shear structures, Capitol Reef National Park, Utah. Journal of Structural Geology 26, 491–501.
- Tchalenko, J.S., 1970. Similarities between shear zones of different magnitudes. Geological Society of America Bulletin, 81, 1625-1640.

Para saber más:

- Fossena,H. and Cavalcantec, G.C.G., 2017. Shear zones – A review. Earth-Science Reviews, 171, 434-455.

Observaciones:

- El talco, aunque es más caro, proporciona la aparición de estructuras de mayor detalle y más vistosas que si se utiliza harina. Durante la edición de Ciencia en Acción en Viladecans, utilizamos talco durante el viernes por la tarde y el sábado por la mañana (cuando pasó el jurado). Durante la tarde el talco comenzó a fallar y ya no se generaban estructuras espectaculares sino que casi se restringían a la fractura maestra. Ante esto decidimos pasar a utilizar harina durante el sábado por la tarde. La única explicación razonable que se nos ocurre es que cambió la humedad ambiente lo que modificó la cohesión del material.