La península ibérica tiene una compleja historia geológica fruto de su especial localización, ubicada en una zona de colisión entre las placas tectónicas de África y Eurasia. Su orogénesis, la formación y evolución de sus principales cadenas montañosas y estructuras geológicas, es el resultado de una serie de movimientos tectónicos ocurridos a lo largo de millones de años, desde el Precámbrico hasta el Cenozoico, con procesos geológicos aún por terminar de entender.
En este contexto, la Universidad de Salamanca participa en el nuevo artículo de investigación que revisa los datos sísmicos obtenidos en los proyectos CIMDEF y ALCUDIA y que, ahora, permite aportar “reveladores datos geofísicos y nueva información sobre la estructura y formación del Noroeste de la península ibérica”, informa a Comunicación USAL Irene de Felipe, miembro del Grupo de Investigación de Geofísica y Tectónica de la Universidad de Salamanca y principal autora del estudio.
El nuevo procesado de información sísmica ofrece un modelo actualizado de los mecanismos de deformación de la corteza peninsular y acaba de ser publicado recientemente en la reconocida revista Gondwana Research, punto de encuentro para los estudiosos en tectónica y orogénesis. Concretamente, el artículo de investigación, titulado A crustal-scale section of central and NW Iberia: Deformation mechanisms and transfer during the Alpine compression, permite “desvelar la estructura interna de la corteza a lo largo de un gran corte desde el Margen Noribérico, en la parte de Asturias, hasta el Sistema Central y Cuenca de Madrid”. Los interesantes resultados muestran cómo la corteza peninsular tiene “una estructura en el orógeno del borde norte de la Península Ibérica muy diferente a la del Sistema Central” y apuntan a que en el noroeste peninsular “se produjeron dos mecanismos de deformación fundamentales en un mismo proceso tectónico”, subraya de Felipe.
Gráficas de los proyectos CIMDEF y ALCUDIA
Asimismo, el estudio científico, liderado por Ramón Carbonell, del centro de investigación Geociencias Barcelona (GEO3BCN-CSIC), y en el que también participan la Universidad de Granada y el Institut Cartogràfic i Geològic de Catalunya, ayuda a “entender la arquitectura del Sistema Central y la contraposición topográfica y el desnivel de altitud entre la Cuenca del Duero y la Cuenca del Tajo”, apunta la geóloga y miembro del Departamento de Geología de la USAL.
Dos mecanismos de deformación, un mismo proceso tectónico
Al respecto de la nueva información, Ramon Carbonell, investigador principal del trabajo, es contundente, “por primera vez, en este estudio se presenta una configuración grosso modo de la base de la litosfera justo por debajo del Sistema Central y se proporciona una primera aproximación para entender la contraposición de equilibrios, la topografía en la Cuenca del Duero y la Cuenca del Tajo”.
Un desnivel topográfico entre ambas cuencas de “difícil justificación hasta este momento para nosotros, los geólogos, y para el que, ahora, se proporciona una primera imagen que nos indica que es debido a una posible acomodación de las dos litosferas”, resalta. Además, el trabajo también permite ver “una pequeña deformación en la raíz del sistema orogénico, que sugiere un cabalgamiento en la base de la litosfera con una interacción con el manto y sobre el que tan solo se tenía evidencia a partir de datos de gravimétrica con modelización”.
En consecuencia, estos mecanismos de acomodación de esfuerzos sugieren que “el Sistema central esté caracterizado por un acotamiento relativamente reducido, mientras la Cordillera Cantábrica revela la existencia de un desacoplamiento entre la corteza superior y la inferior y un mayor acortamiento tectónico”, matiza el científico del CSIC.
En términos generales, en estos procesos, la herencia estructural, la composición y las condiciones de presión y temperatura compositiva y térmica de la corteza pueden controlar la deformación posterior. Además, la respuesta de la topografía a la convergencia en los bordes de las placas tectónicas es una interacción compleja entre la carga orogénica, el engrosamiento de la corteza, la erosión de las zonas interiores y el transporte de sedimentos a las cuencas del antepaís, el levantamiento postorogénico y la dinámica del drenaje.
Zonas de estudio del proyecto en la cuenca del Tajo y la Cordillera Cantábrica
Al respecto, Irene de Felipe explica cómo la Cordillera Cantábrica es una cadena montañosa localizada en el borde norte de la microplaca Ibérica, resultado del movimiento de la Placa Africana y su empuje hacia el Norte, que “muestra una clara deformación independiente entre la corteza superior y la inferior”. Por otra parte, el Sistema Central es un orógeno que presenta la singularidad de estar ubicado en medio de una placa continental, lo que dota al mecanismo de más complejidad y, en su caso, “no presenta desdoble alguno de deformación entre ambas cortezas”.
Muy al contrario, “se formaron fallas de escala cortical en el límite entre los granitos del Sistema Central y su encajante, rocas metasedimentarias más antiguas, debido al contraste reológico representado en estas dos litologías”, incide. De esta forma, toda la corteza se deformó “de una manera acoplada y con una imbricación o superposición limitada de la corteza al sur del Sistema Central hacia el norte”. Una configuración tectónica que explica “la diferencia de altitud observada entre la Cuenca del Duero con respecto a la de la Cuenca de Madrid, con unas elevaciones medias de 800 m y 400 m, respectivamente”.
Irene de Felipe también apunta a la tipología de los materiales rocosos que afloran en cada uno de los sistemas montañosos como factores influyentes para esa diferencia de deformaciones en los dos procesos orogénicos. En este sentido, la Cordillera Cantábrica se caracteriza por presentar “una mayoría de rocas que no son ígneas y un mínimo porcentaje de las mismas, lo que hizo que la deformación aquí se produjera de manera distinta para la corteza superior e inferior, que se hiciera de esa forma desacoplada”.
El Sistema Central es “una cordillera con una altitud similar, pero con un menor acortamiento en la horizontal y compuesta por rocas del Carbonífero y el Pérmico. En este caso, granitos, rocas ígneas, lo que desencadenó que toda la corteza se deformara como un único bloque, de forma homogénea”, resuelve.
Los geólogos de la USAL revisan los registros calientes de los experimentos CIMDEF (S1, S2 y S3) y ALCUDIA (S28-S32) dibujados con una corrección de movimiento hiperbólico
Terremotos controlados para fotografiar el fondo de la Península Ibérica
El artículo publicado está basado en una nueva interpretación de la información sísmica recogida en el centro y oeste de España por dos proyectos previos concretos, CIMDEF y ALCUDIA, ejecutados por medio de una técnica geofísica denominada ‘Sísmica de fuente controlada’. En este sentido, el nuevo trabajo revisa el análisis de la distribución de velocidades de las ondas P resultantes de sus datos y profundiza en el estudio de cortes geológicos a escala cortical. Así, la integración de todo ello ha permitido proponer un nuevo modelo de la estructura cortical y los mecanismos de acomodación de la deformación en el noroeste de la Península Ibérica hasta el centro.
En este sentido, el proyecto CIMDEF financiado por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, se realizó con el objetivo de realizar un modelo litosférico del Sistema Central Ibérico, entre la Cuenca del Tajo y la Cuenca del Duero. Su ejecución permitió registrar un perfil sísmico de más de 350 km a través del Sistema Central, desde la zona sur de la Sierra de Gredos (Ávila) hasta Benavente (Zamora), así como caracterizar la estructura de la corteza de esta zona peninsular.
Puy Ayarza, miembro del consorcio científico y catedrática de Geología y directora del Grupo de investigación en Geofísica y Tectónica de la USAL, explica que la técnica empleada, completamente segura y utilizada por su grupo desde hace 35 años de acuerdo a una estricta legislación reguladora de todo el proceso, consiste en “fabricar pequeños terremotos, completamente controlados en su origen y tamaño, que nos proporcionan una gran cantidad de información del subsuelo, nos dan fotografías exactas, impresionantes, del interior de la Tierra”.
La ‘Sísmica de Fuente controlada’ facilita imágenes que “requieren mucho tiempo de procesado posterior, pero nos permiten ver qué ha pasado en la corteza hace millones de años, nos permiten interpretar datos y nos ayudan a entender lo que tenemos ahora”, remarca. No obstante, también se trata de un procedimiento caro y complejo tanto por el despliegue e infraestructura, como por la precisión que requiere.
Instalación de geófonos a lo largo del perfil geológico estudiado en el Sistema Central
Más de mil sensores sísmicos a lo largo de 400 km
Fundamentalmente, la técnica consiste en “realizar sondeos en el suelo a unos 60 o 70 m de profundidad en los que, posteriormente, detonamos una tonelada de explosivos”, explica Mariano Yenes, del Departamento de Geología de la USAL y miembro, también, del consorcio investigador. El objetivo final es “estudiar la energía propagada por el suelo en forma de diferentes ondas sísmicas P y S que transmiten la energía mecánica producida en la explosión, que se dispersa por el subsuelo y que nosotros recogemos en unas estaciones sísmicas o geófonos a lo largo del perfil geológico de estudio”.
En este caso, para CIMDEF, se desplegaron unas 1.000 estaciones sísmicas, distanciadas entre sí de 350 a 400 m a lo largo de una línea que atravesaba el Sistema Central con una orientación noroeste-sudeste. Puerto del Pico, en plena Sierra de Gredos, fue el punto central de la transecta que se extendía unos 200 km al norte, hasta la provincia de Zamora, y unos 150 km en dirección sur, hasta la provincia de Toledo. Una distribución meticulosamente planificada y que fue un elemento clave para obtener un perfil de alta resolución de toda el área.
El posterior estudio e interpretación de esas ondas sísmicas generadas, “nos ha permitido entender qué tipos de materiales han atravesado en su trayectoria por el subsuelo a lo largo de la corteza”. Algo para lo que, en las propias palabras de Yenes, también es “fundamental” el trabajo previo que realizan en el laboratorio, donde “ensayamos con muestras granitos, calizas y diferentes tipos de materiales para los que definimos los parámetros físicos, densidad, resistencia, entre otros aspectos de interés, empleados luego en la interpretación de los datos sísmicos registrados”.
Ramon Carbonell, científico del centro de investigación GEO3BCN-CSIC
Benavente, identificado un reflector en el manto terrestre único en Europa
Los resultados de este tipo de proyectos han puesto de relevancia la importancia de disponer de las imágenes corticales proporcionadas por la ‘Sísmica de Fuente controlada’ que, “nos facilitan entender la estructura interna de la Tierra y los patrones de deformación de la corteza, tanto en los bordes de las placas tectónicas como en su interior, así como su influencia en el relieve”, destaca Puy Ayarza.
Cabe recordar que la Meseta Central es una de las mesetas más altas de Europa y la obtención de este modelo geológico y geofísico de la zona Ibérica Central ayudó a comprender mejor su topografía y variabilidad. De hecho, gracias a CIMDEF, los científicos han identificado entorno la zona geográfica de Benavente “una interfase, una discontinuidad en el manto a 70 km de profundidad única en Europa”. Este reflector es “el más impresionante que tenemos en nuestro continente, el primero que se ha visto con más claridad hasta la actualidad. Todavía tenemos que profundizar en su estudio, pero localizarlo ha sido un hallazgo científico tremendo”, expresa la catedrática de la USAL.
Modelos de velocidad de las ondas P. A) el Margen Ibérico Norte y la Cordillera Cantábrica, perfil MARCONI-5 y B) el perfil CIMDEF. Las líneas discontinuas indican los contornos de velocidad de las ondas P
Reprocesado de datos a cargo de un equipo multidisciplinar
En definitiva, el proyecto es un trabajo multidisciplinar e interinstitucional en el que han participado tanto geólogos, como físicos y/o geofísicos, entre otros, con el objetivo principal de “realizar un reprocesado de datos de estudios previos e incorporando la nueva información obtenida”. El fin último es “ofrecer una nueva interpretación desde un punto de vista geológico para entender la deformación a escala de la corteza en un contexto de la tectónica de placas, por lo que requirió de científicos procedentes de diferentes disciplinas del conocimiento dentro de las Ciencias de la Tierra”, resume Irene de Felipe.
El trabajo ha sido posible gracias a la financiación aportada por el Plan Estatal de Investigación Científico, Técnica y de Innovación, la Generalitat de Catalunya y la Junta de Castilla y León. Una iniciativa que fomentó, además, la generación y transferencia del conocimiento científico desde la academia hacia la sociedad, “dando a conocer el trabajo de investigación realizado en universidades y centros de investigación y la importancia de la actividad científica en el ámbito de las Ciencias de la Tierra”, concluyen.
