Fosa oceánica

Zona de subducción en la que se observa una fosa oceánica junto a la costa.

Las fosas marinas se forman en las zonas de subducción, lugares de la corteza terrestre donde dos placas litosféricas convergen, colisionan, y una de ellas (la de mayor densidad) se introduce (subduce) bajo la otra. Como resultado produce una gran depresión en el suelo submarino; un buen ejemplo de ello es el de la fosa de Perú-Chile que es el resultado del choque entre una placa continental sudamericana y la placa oceánica de Nazca.

Dichas zonas de subducción están asociadas a una intensa actividad sísmica provocada por las tensiones, compresiones y rozamiento entre las dos placas. Los grandes terremotos y tsunamis de Japón o Indonesia están causados por este fenómeno.

Cuando la placa que subduce alcanza la astenosfera se funde, y los materiales fundidos, más ligeros, ascienden originando volcanes. Según la naturaleza de las placas que convergen se pueden distinguir dos casos:

• Si las dos placas que colisionan están compuestas por litosfera oceánica, la intensa actividad volcánica origina arcos de islas, como las Aleutianas, Japón, Filipinas, Islas de la Sonda o las Antillas. Junto a estas islas existen profundas fosas submarinas (fosa de las Marianas, fosa de Japón, fosa de Puerto Rico, etc.).
• Si una placa oceánica subduce bajo una continental, junto a la intensa actividad volcánica se produce un orógeno, es decir, se origina una cordillera; tal es el caso de la placa de Nazca que al subducir bajo la placa Sudamericana originó los Andes. Como en el caso anterior, hay asociada también una fosa oceánica (fosa de Perú-Chile).

Sección transversal de una fosa oceánica formada a lo largo de un límite oceánico convergente.

La Fosa Perú-Chile está situada justo a la izquierda de la línea nítida entre el océano profundo azul (a la izquierda) y la plataforma continental azul claro, a lo largo de la costa oeste de Sudamérica. Se extiende a lo largo de un límite oceánico-continental, donde la Placa de Nazca oceánica subduce bajo la Placa Sudamericana continental.

Las fosas oceánicas tienen una anchura de 50 a 100 kilómetros (31,1 a 62,1 mi) y una forma de V asimétrica, con la pendiente más pronunciada (de 8 a 20 grados) en el lado interior (de superposición) de la fosa y la pendiente más suave (alrededor de 5 grados) en el lado exterior (de subducción) de la fosa.[1][2] El fondo de la fosa marca el límite entre las placas subductora y cabalgante, conocido como cizalla basal[3] o décollement de subducción.[4] La profundidad de la fosa depende de la profundidad inicial de la litosfera oceánica cuando comienza su inmersión en la fosa, del ángulo con el que se sumerge la losa y de la cantidad de sedimentación en la fosa. Tanto la profundidad inicial como el ángulo de subducción son mayores para la litosfera oceánica más antigua, lo que se refleja en las profundas fosas del Pacífico occidental. Aquí, los fondos de las fosas de las Marianas y de Tonga-Kermadec se encuentran hasta 10-11 kilómetros (6,2-6,8 mi) por debajo del nivel del mar. En el Pacífico oriental, donde la litosfera oceánica en subducción es mucho más joven, la profundidad de la fosa Perú-Chile es de unos 7 a 8 kilómetros (4,3 a 5 mi).

Aunque estrechas, las fosas oceánicas son extraordinariamente largas y continuas, y forman las mayores depresiones lineales de la Tierra. Una fosa puede tener miles de kilómetros de longitud. La mayoría de las zanjas son convexas hacia la losa de subducción, lo que se atribuye a la geometría esférica de la Tierra.[5]

La asimetría de la fosa refleja los diferentes mecanismos físicos que determinan el ángulo de inclinación interior y exterior. El ángulo de talud exterior de la fosa viene determinado por el radio de curvatura de la losa en subducción, determinado por su espesor elástico. Dado que la litosfera oceánica se engrosa con la edad, el ángulo de inclinación exterior viene determinado en última instancia por la edad de la losa subductora.[6][3] El ángulo del talud interior viene determinado por el ángulo de reposo del borde de la placa que lo sobrepasa.[3] Esto refleja los frecuentes terremotos que se producen a lo largo de la fosa y que evitan el sobredesnivel del talud interior.[4]

A medida que la placa en subducción se aproxima a la fosa, se curva ligeramente hacia arriba antes de iniciar su caída hacia las profundidades. Como resultado, el talud exterior de la fosa está delimitado por un alto exterior de la fosa. Éste es sutil, a menudo de sólo decenas de metros de altura, y suele estar situado a unas decenas de kilómetros del eje de la fosa. En el talud exterior, donde la placa comienza a curvarse hacia la fosa, la parte superior de la losa en subducción está fracturada por fallas de flexión que dan al talud exterior de la fosa una topografía de horst y graben. La formación de estas fallas de flexión se suprime cuando las dorsales oceánicas o los grandes montes submarinos subducen hacia la fosa, pero las fallas de flexión atraviesan los montes submarinos más pequeños. Cuando la losa en subducción sólo está ligeramente recubierta de sedimentos, el talud exterior mostrará a menudo crestas de expansión del fondo oceánico oblicuas a las crestas de horst y graben.[3]

Márgenes erosivos frente a márgenes de acreción

Los márgenes convergentes se clasifican en erosivos o acrecionales, y esto influye mucho en la morfología del talud interior de la fosa. Los márgenes erosivos, como las fosas del norte de Perú-Chile, Tonga-Kermadec y Mariana, corresponden a fosas con escasez de sedimentos.[10] La losa en subducción erosiona el material de la parte inferior de la losa en cabalgamiento, reduciendo su volumen. El borde de la losa experimenta subsidencia y empinamiento, con fallamiento normal. La pendiente está sustentada por rocas ígneas y metamórficas relativamente fuertes, que mantienen un elevado ángulo de reposo.[11] Más de la mitad de los márgenes convergentes son márgenes erosivos.[4]

Los márgenes de acreción, como los del sur de Perú-Chile, Cascadia y Aleutianas, están asociados a fosas de moderada a fuertemente sedimentadas. A medida que la placa subduce, los sedimentos son "arrastrados" hacia el borde de la placa que la cabalga, produciendo una cuña de acreción o un prisma de acreción. De este modo, la placa dominante se expande hacia el exterior. Debido a la falta de resistencia de los sedimentos, su ángulo de reposo es menor que el de la roca que forma el talud interior de las fosas de los márgenes erosivos. El talud interior está subyacente por imbricada láminas de empuje de sedimentos. La topografía de la vertiente interior es accidentada por erosión en masa localizada.[11] Cascadia prácticamente no tiene expresión batimétrica de la elevación exterior y la fosa, debido a la completa colmatación de sedimentos, pero la pendiente interior de la fosa es compleja, con muchas crestas de empuje. Éstas compiten con la formación de cañones por los ríos que drenan hacia la fosa. Los taludes interiores de los márgenes erosivos rara vez muestran crestas de empuje.[2]

Los prismas de acreción crecen de dos formas. La primera es por acreción frontal, en la que los sedimentos son raspados de la placa descendente y emplazados en la parte frontal del prisma de acreción. A medida que crece la cuña de acreción, los sedimentos más antiguos alejados de la fosa se van litificando, y las fallas y otros rasgos estructurales se inclinan por rotación hacia la fosa.[12] El otro mecanismo de crecimiento de los prismas de acreción es la socavación{sfn|Stern|2005}}. (también conocido como acreción basal[13]) de sedimentos subducidos, junto con algo de corteza oceánica, a lo largo de las partes poco profundas del décollement de subducción. El Complejo franciscano de California se interpreta como un antiguo prisma de acreción en el que la subducción se registra como mezclas tectónicas y estructuras dúplex.[4]

Franja oceánica formada a lo largo de un límite convergente oceánico.

La fosa de las Marianas contiene la parte más profunda de los océanos del mundo, y discurre a lo largo de un límite convergente oceánico-oceánico. Es el resultado de la subducción placa oceánica del Pacífico bajo la placa de las Marianas.

• Tectónica de placas
• Dorsal oceánica
• Guyot (montañas sumergidas)

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