Bol. Soc. Geol. Mexicana, Tomo XXXVIII, No. 1, pp. 18-28, junio 1977

 

Un modelo del Eje Volcánico Mexicano

http://dx.doi.org/10.18268/BSGM1977v38n1a2

Jaime H. Urrutia F.* Luis del Castillo G.*

 *Instituto de Geofísica, Universidad Nacional Autónoma de México.

 

Resumen

En este trabajo se presentan nuevos datos para explicar la ausencia de paralelismo de la zona de volcanismo andesítico asociada a la trinchera Mesoamericana en la parte de México de la Placa Americana.

Se incluyen las velocidades de entrada de la Placa de Cocos bajo las Placas Americana y Caribe en once perfiles calculados bajo la base de las ecuaciones desarrolladas por Morgan (1968), y los ángulos de subducción en ocho de los perfiles mencionados, estimados según un modelo propuesto por Hatherton y Dickinson (1969).

 

Abstract

A new data for the explanation in the relation between the andesitic volcanism zone (Mexican Volcanic Belt) and the Mesoamerican trench in the Mexican Continent is presented.

It is included the subduction velocities of the Cocos Plate below the American and Caribe Plates in eleven profiles calculated with the equations given by Morgan (1968); also it is included the underthrusting angles in eight of the mentionated profiles, estimated with a model developed by Hatherton and Dickinson (1969).

 

1. Introducción

En México la zona de volcanismo andesítico más cercana a la trinchera Mesoamericana está constituida, principalmente, por el Eje Volcánico Mexicano (EVM). Variadas e interesantes hipótesis han sido propuestas para explicar esta notable característica en el transcurso de un siglo, desde la época del barón de Humboldt (Mooser, 1968, 1972, 1974). En los últimos años con el desarrollo de la teoría de Tectónica de Placas, en los bordes convergentes (destructivos) del tipo Océano-Continente, los fenómenos de subducción y derretimiento de las placas de corteza océanica y de los sedimentos sobre ellas se han relacionado con la producción de volcanismo andesítico (Dickinson y Hatherton, 1967; Hatherton y Dickinson, 1968 y 1969), y de depósitos hidrotermales de sulfuros (Degens y Ross, 1970; Roma, 1973) en áreas adyacentes y paralelas a los bordes; y son precisamente estos aparatos volcánicos y zonas mineralizadas, las principales características empleadas para definir los límites del EVM. Entre las hipótesis que emplean la relación con la subducción de la Placa de Cocos se cuentan una en Molnar y Sykes (1969), y otra de Mooser (1974).

 

2. Algunas características de la Placa Cocos y la explicación del modelo

La Placa de Cocos es una placa de dimensiones modestas (alrededor de tres millones de km2) compuesta de corteza océanica. Entre sus límites se tienen al occidente la dorsal del Pacífico este, al sur, la dorsal de Galápagos, al norte y al este, la trinchera Mesoamericana y al sureste la zona de fractura de Panamá (Figura 1).

El arreglo de los límites constructivos de la Placa de Cocos respecto del límite destructivo proporciona una serie de características que varían según la posición, así, del extremo NW al SE a lo largo del eje de la trinchera el material de la placa se vuelve más denso y menos caliente y joven; la placa aumenta su espesor y rigidez; la superficie superior está a más profundidad y con una mayor cubierta de sedimento; la velocidad de entrada crece (Tabla III) y aumenta la capacidad de interacción con la Placa Americana, por lo que el ángulo de subducción de Cocos disminuye (Tabla 1).


Figura 1. La presente muestra los limites de la Placa de Cocos, los cocientes de esparcimiento y la dirección probable del movimiento relativo línea continua) respecto a la Placa Americana y la dirección necesaria (línea discontinua) para una entrada perpendicular a la trinchera en la zona de México (batimetría. anomalías magnéticas y epicentros de temblores de Chase y Menard, 1968).

 

Estos hechos unidos a que la dirección de movimiento de Cocos-América no es perpendicular a la trinchera (Urrutia, 1975; Del Castillo y Urrutia, 1975), ocasionan que la placa de Cocos forme ángulos diferentes en la entrada (Figura 2). Por lo que los 20° (Singh, 1974) que forman el EVM con la trinchera quedan explicados al entrar horizontalmente una distancia mayor la placa hacia el Golfo de México (Figura 2).

Tabla I. Ángulos de subduccion de la Placa de Cocos bajo las placas Americana y Caribe.


Perfil Coordenadas del origen (abscisa O) de los perfiles (figuras 6 y 7) Considerando la Astenósfera entre los 100 y 200 km. (ángulos máximos) Considerando la Astenósfera entre los 80 y 250 km. (ángulos mínimos)
 

Latitud
(N)

Longitud
(W)
Ángulos en la zona de temblores sorneros Ángulos en la zona de volcanismo andesíticos Ángulos en la zona de temblores sorneros Ángulos en la zona de volcanismo andesíticos

Placa Americana (Figura 6a)            
A-A' 19° 104° 52.25° 61.48° 45.94° 58.73°
B-B' 18° 102° 31.82° 61.00° 26.40° 58.22°
C-C' 17° 100° 31.82° 46.87° 26.40° 43.69°
D-D' 16° 99° 28.97° 41.87° 23.89° 38.73°
E-E' 16° 98° 18.97° 42.83° 15.38° 39.67°
             
Placa del Caribe
(Figura 6b)
H-H' 14° 92° 82.59° 38.49° 80.77° 35.44°
I-I' 13° 90° 80.91° 41.25° 78.69° 38.12°
K-K' 10° 86° 85.99° 44.34° 84.99° 41.16°

 

El modelo propuesto está de acuerdo con la información sismológica disponible (Figura 3); los sismos someros se concentran cercanos a la trinchera y son más profundos bajo el EVM y en el Istmo de Tehuantepec, esta última región marca un cambio en la relación geométrica de placas, ya que la trinchera tiene otra orientación y la dirección del movimiento Cocos-Caribe es casi perpendicular a ella; en apoyo se tiene, entre los 95° y 96° de longitud W, una falla (Figura 4), sugerida por los datos de batimetría (Fisher, 1961), ya que el fondo de la trinchera cambia de abrupto, casi libre de sedimentos, a suave y con mayores espesores de sedimentos y además la edad de la trinchera varía de más joven a más vieja (Fisher, 1961).

En América del Centro la zona volcánica andesítica se encuentra cercana y paralela a la trinchera (Figura 6-b) presentando un arreglo similar a las trincheras y arcos de islas (Morgan, 1968; Hatherton y Dickinson, 1969; James, 1973) de otras regiones del mundo, cuya característica en común es la entrada perpendicular de la placa respecto al límite convergente.

 

3- Ángulos y velocidades de subducción

Los ángulos (Tabla 1) fueron estimados basándose en un modelo propuesto por Hatherton y Dickinson (1969) que relaciona los límites de la zona de volcanismo andesítico con la posición dc la astenósfera (Figura 5). Los límites considerados para la astenósfera fueron de 80 a 250 Km. (Figura 7), y de 100 a 290 Km. La posición de los perfiles (figuras 6a y 6b), y la localización de los hipocentros fue tomada de Molnar y Sykes (1969).

En base a este modelo, el magma presenta un zoneamiento que depende de la profundidad de la zona de producción, particularmente con un mayor contenido de potasio (K2O), mientras más profunda sea ésta (Dickinson y Hatherton, 1967; Hatherton y Dickinson. 1968-1969). La existencia de este tipo de tendencia geoquímica unida al estudio de otros elementos y relaciones entre ellos se ha utilizado para avalar la presencia de zonas de subducción antiguas (Coulon y Dupuy, 1975), en concreto la relación K2O-profundidad de la zona de Benioff, se ha empleado para determinar la profundidad de paleozonas de subducción en Norteamérica (Dickinson, 1970; Lipman et al., 1971).


Figura 2. Diagramas esquemáticos que muestran la entrada de la Placa de Cocos bajo la Americana y del Caribe; b) considerando una dirección no perpendicular a la trinchera en la zona correspondiente a la Placa Americana (a).

 

De aquí que los análisis geoquímicos de los magmas del EVM deberán mostrar un aumento en el contenido de K2O hacia su extremo norte y una disminución hacia el Golfo de México de acuerdo a la profundidad de la zona de Benniof (ver Figura 2); debe considerarse que los magmas estarán contaminados en su paso por la corteza continental, por lo que aún en una misma unidad litológica se tendrán variaciones fuertes en composición; además hay que establecer las edades de las rocas estudiadas, ya que la zona de subducción evoluciona con el tiempo. Por ello, los resultados geoquímicos para rocas coetáneas deberán analizarse estadísticamente y elaborar con ellos mapas de igual composición química; esto permitirá estudiar la historia del límite convergente.

En la Tabla II aparece la lista de los resultados de un análisis geoquímico de rocas de la Cuenca de México (Gunn y Mooser, 1971; Negendank, 1973) en comparación con datos de otras regiones (Wright, 1971; Coulon y Dupuy, 1975). En esta tabla puede observarse una disminución del contenido de potasio (K2O) con el tiempo, lo que sugiere que la profundidad de la zona de producción ha disminuido. Sin embargo, la ausencia de datos de otras regiones no permite establecer en forma cuantitativa este decremento.

Las velocidades de subducción (Tabla IlI) se calcularon empleando las ecuaciones desarrolladas por Morgan (1968) y los datos de Larson y Chase (1970) y de Morgan (1971) para las placas Cocos, América, de Larson y Chase (1970) para las Placas Cocos-Caribe.

 

4. Conclusiones

1. El modelo propuesto explica bien el ángulo formado por el EVM y está de acuerdo con la distribución de temblores y las características de las Placas de Cocos, Americana y Caribe.

2. La dirección del movimiento relativo de Cocos-América forma un ángulo de unos 50° respecto al eje de la trinchera en la zona de México y es casi perpendicular en la de América Central.

3. La zona del Istmo de Tehuantepec (Figura 4) es crítica en el estudio de las relaciones de Cocos con América y Caribe (Moore y Del Castillo, 1974). En ella se ha inferido una falla (Del Castillo, 1974), probablemente relacionada con la que se encuentra en la trinchera del tipo transformada sinestral arco convexo-arco convexo de acuerdo a Wilson (1965) y al escarpe de Sigsbee en el Golfo de México y además se tiene una junta triple formada las por placas Americana, Cocos y Caribe (Molnar y Sykes, 1969).

4. Los ángulos estimados dependen del límite astenósfera-mesósfera, de la delimitación de la zona de volcanismo andesítico en el continente, de las velocidades de la posición del polo de rotación y de la velocidad angular entre las placas; por lo que una determinación adecuada de estos parámetros proporcionarán datos más confiables.

 

Tabla II. Composición química media de rocas andesíticas.

 

Tabla III. Velocidades de entrada de la Placa de Cocos, bajo las placas Americana y Caribe.

 

5. Análisis geoquímicos de rocas de diferentes edades de la zona del EVM permitirán estudiar la evolución de la zona de subducción; de aquí que es necesario incrementar el número de estudios geoquímicos con base a determinar un posible zoneamiento químico en tiempo y espacio; asimismo, se requiere aumentar el número de elementos a analizar, para incluir por ejemplo a los elementos trazas, cuya presencia, se ha sugerido, caracteriza los límites convergentes (Sakes y White, 1972).

Los ángulos estimados en América del Centro para la zona de temblores someros son demasiado altos, por lo que el modelo considerado necesita una redefinición en lo correspondiente a la posición de la astenósfera, cuyos límites deben estar a menores profundidades bajo esta zona.

 

Agradecimientos

Se agradece a los colegas S.K. Singh y H. Sandoval por la cooperación y discusiones durante la preparación del presente trabajo y en especial al Prof. Daniel A. Valencia por leer y criticar este manuscrito.


Figura 3. Distribución de sismos en las placas de Cocos y Americana, tomada de López Ramos. 1974).


Figura 4. Posible falla transformada sinestral del tipo arco convexo-arco convexo en la trinchera Mesoamericana entre los 95° y 96°W (modificada de Del Castillo, 1974 y Urrutia, 1975); (a) Placa delgada, joven, poco espesor de sedimentos, menor velocidad y mayor ángulo de subducción, menor rigidez y dirección de entrada no perpendicular a la trinchera; (b) Placa con mayor espesor, menor temperatura, mayor edad, velocidad de subducción, rigidez y espesor de sedimentos, e interacción mayor con la Placa Americana; (c) Cambio en la dirección de entrada respecto a la trinchera. Ésta tiene mayor edad y fondo más suave por el relleno de sedimento.


Figura 5. Modelo generalizado de una zona de subducción en relación a la zona de volcanismo andesítico y la posición de la astenósfera, tomada de Hatherton y Dickinson. 1969).


Figura 6a. Localización de los perfiles. Geologia y posición de la trinchera, de López Ramos, 1974


Figura 6b. Localización de los perfiles. Geología tomada de ICAITI, 1969


Figura 7. Secciones que muestran la entrada de la Placa de Cocos, bajo las p1acas Americana y del Caribe. (Notación similar ala Figura 5, y la localización de la trinchera, volcanes y focos de temblores, de Molner y Sykes, 1969).

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