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Geoacta

versión On-line ISSN 1852-7744

Geoacta vol.36 no.1 Ciudad Autónoma de Buenos Aires ene./jun. 2011

 

ARTÍCULOS ORIGINALES

Modelo geodinámico de los procesos que generaron el volcanismo cretácico de Córdoba (Argentina) y la Gran Provincia Ígnea Paraná, incluyendo el origen y evolución de la "pluma" Tristán

Haroldo Vizán1 y Silvia Leonor Lagorio2

1 Departamento de Ciencias Geológicas - Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (UBA - CONICET). Ciudad Universitaria, Pab. II. Ciudad Autónoma de Buenos Aires, Argentina. E-mail: haroldo@gl.fcen.uba.ar
2 Servicio Geológico Minero Argentino (SEGEMAR). J. Roca 651, piso 10 - Ciudad Autónoma de Buenos Aires, Argentina. E-mail: slagor@minplan.gov.ar

© 2011 Asociación Argentina de Geofísicos y Geodestas

 


RESUMEN

El objetivo del presente trabajo es presentar un modelo geodinámico coherente con litologías correspondientes a dos procesos volcánicos que ocurrieron prácticamente durante el mismo tiempo geológico (alrededor de los 130 Ma) en Córdoba y en Misiones (Argentina). En este modelo se considera lo que actualmente se conoce de los procesos de convección que ocurren en el manto terrestre. Se sugiere que el volcanismo alcalino cretácico de Córdoba se generó fundamentalmente a través de  convección conducida por borde entre el cratón del Río de La Plata y el terreno Pampia o la antigua faja móvil (zona de sutura) que separa a ambos. Por otra parte, se considera que el origen de los basaltos toleíticos de la Gran Provincia Ígnea de Paraná y su contraparte africana en las localidades de Etendeka y Angola estuvo controlado por convección lateral de gran escala inducida por subducción, incentivada, a su vez, por la energía calórica entrampada por el supercontinente Pangea. Se sugiere, además, que la denominada "pluma" Tristán fue en realidad un conducto de escape de magma para evacuar la  energía calórica entrampada por este supercontinente y que este conducto estaría condicionado por factores litosféricos y no correspondería a una pluma típica generada por una discontinuidad térmica en el límite manto-núcleo. Este conducto pudo haber servido de guía para que corrientes profundas transportaran a la superficie elementos químicos llevados a zonas profundas del manto por antiguas losas subducidas. Se sugiere que los procesos de convección en el manto estarían condicionados por la arquitectura y la dinámica de la litósfera.

Palabras claves: Córdoba; Misiones; Cretácico; Volcanismo; Convección mantélica.

ABSTRACT

The aim of this paper is to present a geodynamic model coherent with lithologies that belong to two volcanic processes that occurred practically during the same geological time (at about 130 Ma) in Córdoba and in Misiones (Argentina). In this model it is considered what nowadays one knows of the processes of convection that ocurr in the terrestrial mantle. It is suggested that the alkaline cretaceous volcanism of Córdoba was generated fundamentally by edge driven convection between the craton of Río de La Plata and the terrane Pampia or the ancient mobile belt (suture zone) that separates both. On the other hand it is considered that the origin of the tholeiitic basalts of the Large Igneous Province of Paraná and its African counterpart in Etendeka and Angola localities was controlled by lateral convection of large scale induced by subduction, stimulated, also, by the caloric energy insulated by the supercontinent Pangea. It is suggested, in addition, that the "plume" called Tristán was actually a conduit of magma outpuring to evacuate the caloric energy insulated by this supercontinent. This conduit would be determined by lithosferic factors and would not correspond to a typical plume generated by a thermal discountinuity at the core-mantle boundary. This conduit could have being used as a guide for deep currents that transported to the surface chemical elements previously carried to deep zones of the mantle by former subducted slabs. It is suggested that the processes of convection in the mantle would be determined by the architecture and the dynamics of the lithosphere.

Key words: Córdoba, Misiones, Cretaceous, volcanism, Mantle convection


 

INTRODUCCIÓN

Este trabajo acompaña al de Lagorio y Vizán (este volumen) en el que se presentan nuevos datos geoquímicos de la provincia de Misiones y se interpreta su génesis dentro del contexto de la Gran Provincia Ígnea (GPI) Paraná-Etendeka-Angola (PEA), evaluándose el posible vínculo con la denominada "pluma" Tristán. La caracterización geodinámica de la fuente de los derrames basálticos continentales de esta gran provincia ígnea es materia de debate y controversia entre los diversos grupos que han trabajado en la región (i.e. Iacumin et al. 2003;  Gibson et al. 2006). La proximidad de Etendeka respecto a la cadena de montes marinos Walvis, en cuyo extremo occidental se encuentra el monte marino Tristán da Cunha, así como la cercanía de Paraná a la cadena submarina Río Grande llevó a explicar a las manifestaciones de Paraná-Etendeka como producto de la emergencia (upwelling) de la denominada "pluma" Tristan da Cunha (i.e. White y McKenzie, 1989; Gibson et al., 2006). En cambio, otros investigadores conciben a estos basaltos como producto de la fusión del manto sublitosférico (i.e. Iacumin et al., 2003) o bien litosférico con una participación final de la astenósfera (i.e. Peate y Hawkesworth, 1996). En  interpretaciones de diferentes autores (i.e. Ernesto et al., 2002; Iacumin et al., 2003) se sugiere como posible causa de la fusión a un proceso denominado convección conducida por borde.
Del mismo modo, el volcanismo alcalino periférico a la GPI PEA también es motivo de diversas opiniones en la literatura. Por ejemplo, para el de la sierra Chica de Córdoba (SCC) Kay y Ramos (1996) atribuyen su génesis a la fusión provocada por una pluma, mientras que otros autores (i.e. Lagorio, 2008) lo consideran como producto de la fusión de manto subcontinental litosférico. 
En el presente trabajo se propone un modelo geodinámico evolutivo de los procesos que generaron el volcanismo de la SCC, el de GPI PEA y el que se encuentra en las cadenas de volcanes atribuidos a la denominada "pluma" Tristán (véase Figura 1 de Lagorio y Vizán este volumen). De acuerdo con el conocimiento que actualmente se tiene de los procesos de convección que ocurrirían en distintas profundidades del manto terrestre, se sugiere que el volcanismo de Córdoba se desencadenaría por un proceso de convección conducida por borde (i.e. King y Anderson, 1995; 1998; King, 2004) determinado por el probablemente abrupto cambio en el espesor litosférico entre el cratón del Río de La Plata y el terreno Pampia (junto al pequeño terreno Córdoba) o la antigua faja móvil que los separa. En cuanto al origen del volcanismo de la GPI PEA se sugiere que posiblemente el volcanismo estuvo vinculado a un proceso de convección lateral de gran escala generado por subducción (Rabinowicz et al., 1980; Nataf et al., 1981) incentivado, a su vez, por la gran energía térmica entrampada por el supercontinente Pangea (i.e. Anderson, 1982, Gurnis, 1988). En un modelo evolutivo posible se sugiere que la denominada "pluma" Tristán pudo haber sido en realidad un conducto magmático cuya salida fue condicionada por la litósfera para evacuar el calor entrampado previamente por Pangea.
Dado que tanto en esta introducción como en secciones subsiguientes nos referiremos a diferentes procesos que podrían determinar la convección que ocurre en el manto, efectuaremos una breve descripción de los mismos, a fin de plasmar la caracterización geodinámica de la fuente de los eventos magmáticos estudiados.

DIFERENTES PROCESOS CONVECTIVOS

Plumas profundas (¿o fracturas litosféricas?)

En el caso del término pluma es necesario establecer con precisión el significado que se le ha dado. Si bien Wilson (1963) fue el primero en advertir que existían volcanes alejados de bordes de placas a los que denominó puntos calientes (hotspots), la concepción de que plumas profundas generadas en el manto más bajo eran el origen de tales  puntos calientes se debe a Morgan (1971; 1972). Sobre la base de estos trabajos y subsiguientes, se han dibujado plumas profundas con una "cabeza" más ancha que el conducto o "cola" que le sigue en profundidad (i.e. figura 4 de  Courtillot et al., 2003) y en general con su base en una capa de límite térmico (thermal boundary layer) entre el manto y el núcleo.
La discontinuidad térmica de esta capa daría origen a las  plumas (i.e. Courtillot et al., 2003, entre otros).  La cabeza de la pluma profunda ha sido considerada como el factor desencadenante de GPIs como Paraná-Etendeka y las cadenas o trazas de puntos calientes con edades progresivas, una evidencia de que el movimiento entre las plumas profundas es relativamente pequeño en relación al movimiento de las placas (i.e. Morgan, 1983; Müller et al., 1993; Courtillot et al., 2003). Por lo cual, con las trazas de puntos calientes  se desarrollaron marcos de referencia para reconstrucciones paleogeográficas absolutas (latitudinal y longitudinal) de las placas tectónicas. Sin embargo, los conductos de las plumas profundas en su ascenso hacia la superficie podrían ser desviados por otros flujos convectivos que existirían en el manto (i.e. Steinberger, 2000) y si bien se ha desarrollado un modelo para efectuar reconstrucciones absolutas considerando la movilidad que pueden tener estas plumas (O´Neill et al., 2005), éste sería confiable sólo hasta los 100 Ma (Torsvik et al., 2008a).
Opuestamente a los investigadores que basan sus interpretaciones en el origen profundo de las plumas, existen otros autores que consideran que tanto los puntos calientes como las GPIs son generados a través de fracturas o grietas causadas por el movimiento de las placas tectónicas (i.e. Fairhead y Wilson, 2004) o bien son procesos volcánicos desencadenados por el estado físico y geométrico de la litosfera que condiciona la convección del manto que se encuentra justo por debajo (i.e. Anderson, 2000; Favela y Anderson,  2000; Anderson, 2005). Sin embargo, estudios recientes que emplean como marco de referencia para el movimiento de las placas a los puntos calientes que se supone se generarían profundamente, dan lugar a interpretaciones geotectónicas coherentes (i.e. Somoza y Zafarana, 2008). Con la finalidad de estimar a qué profundidad se generan las plumas y las características de sus conductos, a partir de este siglo comenzaron a desarrollarse métodos basados en las ondas sísmicas de cuerpo (i.e. Montelli et al., 2004 y Montelli et al. 2006). Es de destacar que sólo 11 plumas cuentan con resoluciones sismológicas que indican orígenes profundos y entre ellas no se encuentra Tristán (Montelli et al., 2006), más aún estos autores omiten cualquier análisis de esta pluma. Por otra parte todas las plumas que aparecen en imágenes sísmicas no muestran la típica forma de cabeza y cola, sino amplios conductos de 300-400 km de radio (Montelli et al., 2006).

Capas de límite térmico (thermal boundary layers), corrientes de sumidero (downwellings), corrientes de surgencia (upwellings)

La convección de un fluido se pude desarrollar entre dos superficies a diferentes temperaturas, una en el fondo y otra en el tope (Figura 1a). La propia convección se encarga de homogenizar la temperatura interna del fluido convectivo que en su mayor parte alcanza una temperatura promedio entre la del fondo y la del tope. Adyacentemente al fondo o al tope, la temperatura del fluido debe hacer una transición desde la temperatura homogénea interna a los valores límites, por ejemplo el más frío en el tope o el más caliente en el fondo. Estas zonas de transición en el fluido se denominan capas de límite térmico (thermal boundary layers). La convección confina las partes gravitacionalmente inestables del fluido en estas capas de límite térmico y mantiene la mayor parte del resto del fluido gravitacionalmente estable. En las capas de límite térmico, el fluido eventualmente desciende  (si la capa de límite térmico superior es la fría) o asciende (si la capa de límite térmico del fondo es la caliente) alimentando a las celdas convectivas a través de corrientes verticales de sumidero (downwellings) y surgencia (upwellings) (sm y sr en Figura 1a). En esta situación, cuando la corriente de surgencia impacta sobre el tope, se ve forzada a moverse en forma divergente, alejándose de una zona de alta presión inducida y concentrada encima por la misma corriente. Por ello el material del fluido que se encuentra en la capa de límite térmico más fría, se mueve hacia su sumidero donde se engrosa y se vuelve más pesado. Al volverse más pesado, el material genera una succión hacia abajo induciendo  una zona de baja presión.


Figura1
. Modelos de convección. a) Convección generada entre un tope y un fondo que presentan dos temperaturas diferentes, sm: corriente vertical de sumidero, sr: corriente vertical de surgencia. b) Convección inducida por el enfriamiento lateral provocado por la subducción. El flujo convectivo debajo de la litosfera está confinado por tres límites térmicos que poseen temperaturas medias muy diferentes. c) Convección conducida por borde. El flujo es conducido por una distribución no uniforme de calor debido a la diferencia en los espesores de la litosfera.

El material de la capa de límite térmico fluye desde la zona de alta presión inducida sobre la corriente de surgencia hacia la zona de baja presión sobre el sumidero (i.e. gradiente de presión). Una dinámica idéntica se desarrolla en el fondo, si bien las zonas de alta y baja presión se invierten de acuerdo con el sentido de las corrientes verticales. Las fuerzas que movilizan las placas estarían relacionadas a la convección que se desarrolla entre gradientes de presión como los indicados arriba (véase Bercovici et al., 2000). El mecanismo propuesto por Forsyth y Uyeda (1975) para explicar las fuerzas que mueven las placas a través de un tironeo provocado por una losa que subduce (slab pull) y  de un empuje generado por una dorsal (ridge push), ha sido actualizado de acuerdo con lo explicado precedentemente (Bercovici et al., 2000).  Este modelo de convección, sin embargo, no explica qué fuerzas conducirían a la ruptura de un continente y al origen de una dorsal.

Convección inducida por el enfriamiento lateral provocado por la subducción y su efecto en una masa continental de espesor uniforme

Se han realizado estudios numéricos y experimentales para evaluar el efecto del enfriamiento lateral de la astenósfera por la subducción de litósfera oceánica (Rabinowicz et al., 1980; Nataf et al., 1981). En estos modelos se consideran tres paredes isotérmicas que se pueden homologar a tres capas de límite térmico, cada uno de las cuales con temperaturas medias diferentes (Figura 1b): 1) el límite entre el manto astenosférico superior y el manto inferior (mesósfera), 2) la base de la litósfera, 3) la subducción en uno de los laterales.  El enfriamiento lateral induciría una amplia celda convectiva con un eje paralelo a la losa subducida. El material del manto enfriado por la losa se hundiría hasta el límite entre la  astenósfera   y la mesósfera y fluiría a lo largo de este límite adquiriendo energía térmica mientras se aleja del margen continental activo.
El modelo matemático de Rabinowicz et al. (1980)  predice que la celda convectiva generada por este mecanismo puede extenderse 1.800 km o aún más alejándose de la subducción. A través de datos experimentales, Nataf et al. (1981) consideran que  ese recorrido puede llegar hasta 4.000 km luego de haber transcurrido aproximadamente 200 millones de años. Además, la corriente de surgencia de la celda convectiva al levantarse continente adentro, provocaría un debilitamiento de la litósfera debido al fuerte flujo calórico ascendente, al mismo tiempo que la vuelta de la convección hacia el margen donde se encuentra la subducción, arrastraría mecánicamente en esa dirección a la litósfera, adelgazando a la misma. Este patrón de convección debajo de un continente podría ser el mecanismo apropiado para la ruptura de grandes masas continentales como Gondwana.  De hecho las zonas de ruptura de este continente se encuentran a distancias como las predichas por este modelo (Nataf et al., 1981). Froidevaux y Nataf (1981) consideran que el patrón convectivo mencionado es el que determinó la emisión de los basaltos de inundación de la GPI PEA. Para Duncan et al. (1984) este proceso es el más apropiado para explicar las lavas de la GPI de Karoo, especialmente debido a la rápida generación de magmas basálticos en un área extensa. Más recientemente, Giles et al. (2002) consideran que la evolución de las  cuencas de 1,8-1,6 Ga del noreste de Australia estaría vinculada a un proceso similar.

Convección conducida por borde (edge-driven convection)

La convección conducida por borde ha sido investigada por King y Anderson (1995, 1998) y explica como las heterogeneidades en el espesor de la litósfera inducen corrientes convectivas en el manto superior. Es decir, entre una sección potente de litósfera (generalmente un cratón precámbrico) y una sección de litósfera más delgada adyacente (por ejemplo una antigua faja móvil o un terreno adosado de menor espesor) se induce un flujo convectivo en el manto que se encuentra debajo con surgencia hacia la discontinuidad en el espesor (Figura 1c) provocando allí fusión parcial del manto. Nótese que mientras que las plumas concebidas por Morgan (1972),  Courtillot et al. (2003) o Burke et al. (2008) se levantan desde una capa de límite térmico entre el manto y el núcleo y atraviesan todo el manto para impactar en la corteza, la convección conducida por borde se desarrolla a una profundidad mucho menor y es relativamente de pequeña escala (Figura 1c).

Entrampamiento térmico

Desde hace años diferentes autores (i.e. Hager et al., 1985, Gurnis, 1988; Richards y Engebretson, 1992; Burke et al., 2008) han señalado que existe una relación estrecha entre las inhomogeneidades térmicas presentes en el manto más profundo (evidenciadas por cambios en la velocidad de propagación de ondas sísmicas) y la configuración del geoide residual (es decir substrayendo la contribución que hace la litósfera al geoide). La configuración del geoide residual  presenta dos altos (uno en África y parte del Atlántico y otro en el centro del Pacífico) bordeados, a su vez, por bajos. Chase (1979) y Anderson (1982) observaron que los puntos calientes se correlacionaban geográficamente con los altos del geoide residual (o bien zonas de baja velocidad de onda sísmica en el manto más profundo) e interpretaron que dichas regiones se correlacionarían con áreas calientes del manto inferior.
Anderson (1982, 1989), Gurnis (1988), Davaille et al. (2005), Torsvik et al. (2008b) entre otros, interpretaron que el alto del geoide africano-atlántico fue la zona donde se congregaron los continentes para formar Pangea, provocando un aislamiento del manto y generando, entonces, un calentamiento mayor que el que normalmente éste tiene. Las áreas estables de Pangea habrían actuado como un escudo del manto, provocando un entrampamiento térmico cuya evidencia actual reside en el manto inferior donde se encuentra una zona de baja velocidad de onda sísmica (Figura 2).


Figura 2.
Paleoreconstrucción absoluta de Pangea para los 130 Ma. Se encuentran representadas unidades corticales previas al Paleozoico tardío en las coordenadas que les corresponderían a los 130 Ma (AM: Amazonia, RP: Río de La Plata, SF: San Francisco, P: Paraná, PA: Pampia, C: Cuyania, A: Arequipa, RA: Río Apa, CN: Congo, K: Kalahari, CAO: Cratón de África Oriental). El punto  sólido dentro de un círculo muestra el centro de dispersión de América del Sur y África, donde aproximadamente se encontraría el centro del conducto eruptivo de mayor importancia de la Gran Provincia Ígnea Paraná-Etndeka-Angola. El cuadrado indica la ubicación relativa del volcanismo de Misiones y el triángulo el de la sierra Chica de Córdoba. En tonos de grises (en colores en la versión digital) se representa un modelo de velocidades de onda sísmica de cuerpo S (S16B30, Masters et al., 1996) en el manto inferior (aproximadamente a 2.750 km de profundidad). Los distintos tonos de grises (o colores) corresponden a las perturbaciones de la velocidad de la onda S relativas al promedio del modelo global para dicha profundidad.

Es de destacar que tanto autores que niegan la existencia de plumas (i.e. Anderson, 2000) como otros que conciben su existencia (i.e. Davaille et al., 2005) coinciden en que el supercontinente Pangea provocó el entrampamiento térmico señalado. Por otra parte, en las zonas donde la energía calórica provocada por un entrampamiento térmico fuera abrumadoramente más importante que la convección conducida por borde (Figura 1c), esta última desaparecería (King y Anderson, 1998; King, 2004).   

RECONSTRUCCIÓN PALEOGEOGRÁFICA PARA LOS 130 Ma

Para analizar las posibles causas del volcanismo de PEA y del de la SCC se consideró la distribución geográfica de las unidades previas al Paleozoico superior de acuerdo con Iacumin et al. (2003) y Rapela et al. (2007). Por otra parte, se realizó una reconstrucción absoluta de Pangea para 130 Ma basada en datos paleomagnéticos y considerando a África sin movimiento longitudinal (Burke y Torsvik, 2004; Torsvik et al., 2008a), (Figura2). Para ello, en lugar de emplear el polo de Euler propuesto por Torsvik et al. (2008a) para 130 Ma, se prefirió calcular otro, realizando previamente una selección de polos paleomagnéticos (PPs). Esto obedece a diferentes razones, por ejemplo en la selección de polos de Torsvik et al. (2008a) al PP "Basaltos Serra Geral" se le asigna una edad de 119 Ma, que es demasiado joven de acuerdo con las dataciones para los basaltos de inundación de la GPI PEA. Por otra parte Torsvik et al. (2008a) consideran 3 PPs diferentes obtenidos en Córdoba: Volcanitas Cerro Colorado (al que le asignan 121 Ma), Lavas El Salto-Almafuerte (124 Ma) y diques Río de Los Molinos (139 Ma). Estos tres polos han sido reemplazados por un único PP (Geuna y Vizán, 1998) al que se le debe asignar una edad de aproximadamente 130 Ma de acuerdo con lo mencionado en Lagorio y Vizán (en este volumen).
Los 7 PPs seleccionados para este trabajo se encuentran en la Tabla 1. El PP de la Formación Posadas fue obtenido empleando sólo las direcciones que pasan la prueba de polaridades antípodas (Mena et al., 2006). Con el PP promedio se obtuvo un parámetro para reconstruir África a los 130 Ma (Lat.= 0°, Long. = 173.7° E, Ang. de rotación = 39.5°). Este parámetro es parecido al calculado por Torsvik et al. (2008a), lo cual indica que independientemente de los PPs que se seleccionen se obtienen resultados comparables. El resto de los continentes de Pangea fueron reconstruidos a África empleando los parámetros de reconstrucción que figuran en Torsvik et al. (2008a). En la Figura 2 se presenta la reconstrucción absoluta de Pangea obtenida junto a un modelo sismológico de la estructura del manto a la profundidad de 2.750 km (Masters et al., 1996). En esta misma figura se presentan también reconstruidos los terrenos o cratones previos al Paleozoico tardío de América del Sur. La representación de los cratones de África que actualmente bordean el margen atlántico es la que se encuentra en el programa GMAP (Torsvik y Smethurst, 1999).

Tabla 1. Polo paleomagnético promedio (en coordenadas geográficas del sur de África), N= 7, Lat.= 50.5° S, Long.= 83.74° E, A95= 2.1°, K= 796.12. Los polos de América del Sur fueron reconstruidos empleando los parámetros listados en Torsvik et al. (2008a). El intervalo de confianza A95 y el parámetro de precisión Kappa (K) corresponden a la estadística de Fisher (1953).

Unidad geológica ó  localidad

Latitud del PP (° S)

Longitud del PP (° E)

Intervalo de confianza (A95)

Autor(es)

Sierra Chica (Córdoba, Arg.)

86.0

75.9

3.3

Geuna y Vizán, 1998

Fm. Posadas (Misiones, Arg.)

87.6

150.8

3.5

Mena et al., 2006

Paraná Norte (Brasil)

83.0

71.4

2.4

Ernesto et al., 1990

Paraná Centro (Brasil)

84.1

64.4

2.3

Ernesto et al., 1990

Paraná Sur (Brasil)

84.0

106.2

1.5

Ernesto et al., 1990

Prov. Alcalina (Paraguay)

85.4

62.3

3.1

Ernesto et al., 1996

Kaoko Lavas (África)

48.3

86.6

3.2

Gidskehaug et al., 1975

 

DISCUSIÓN

En la Figura 2 se observa que Pangea se encontraba geográficamente encima de la zona de bajas velocidades de onda sísmica en el manto inferior que corresponde al alto del geoide residual africano-atlántico, lo cual es coherente con la propuesta del entrampamiento térmico descrita  más arriba. A los 130 Ma años habría existido una energía calórica muy alta por debajo de la litósfera continental congregada en un único supercontinente.
Nótese que en esta reconstrucción, el centro de la GPI PEA (punto lleno dentro de un círculo) se encuentra prácticamente en el lugar de ruptura de Gondwana Occidental (entre las placas de América del Sur y África), es decir en un sector de corteza extendida (Figura 1b) como lo señalaran White y McKenzie (1989) en su trabajo clásico. No sólo esta GPI se habría desarrollado en una corteza con dichas características; anteriormente, aproximadamente a los 200 Ma se generaron la GPI CAMP (Central America Magmatic Province) cubriendo la parte septentrional de Brasil, América del Norte, el oeste de África y la península Ibérica, y la GPI Karoo (aproximadamente a los 180 Ma) en el sureste de África y en el borde noreste del continente Antártico. Estas tres GPIs  habrían actuado como centros de dispersión de continentes (véase Mpodozis y Ramos, 2008).
 La Figura 3 muestra una reconstrucción de Pangea para los 180 Ma (Vizán y Van Zele, 2008) junto con las zonas de subducción propuestas para esa edad por Richards y Engebretson (1992) y los centros de dispersión correspondientes a las GPIs mencionadas. Estos centros de dispersión fueron reconstruidos a las posiciones que tenían en relación a los márgenes continentales donde se generaron, pero dada la edad de la reconstrucción sólo el centro de dispersión de la GPI de Karoo está reconstruido en forma absoluta. Nótese en esta figura que las GPIs mencionadas se sitúan en zonas de rupturas o desmembramientos de placas que formaban Pangea, a distancias de las zonas de subducción como las predichas por modelos mencionados (Figura1b). Por lo cual estas GPIs podrían tener una distribución geográfica determinada por un amplio circuito de convección inducido por el enfriamiento causado por la subducción en el margen occidental de Pangea (Figura 1b).


Figura 3.
Reconstrucción de Pangea para 180 Ma. Pequeños cuadrados vacíos (en gris): zonas de subducción de Pangea para 180 Ma; puntos sólidos dentro de círculos: centros de dispersión de Gondwana, asociados a Grandes Provincias Ígneas reconstruidos relativamente a los márgenes continentales (C: Central Magmatic Province (CAMP), PE: Paraná-Etendeka-Angola, K: Karoo).

En la Figura 4 se consideran los diferentes procesos térmicos que actuaron posiblemente en forma conjunta aproximadamente para los 130 Ma. En la GPI PEA se superpondrían diferentes procesos térmicos. 1) En esta región se encontraría el tramo de surgencia (fuerte flujo calórico ascendente) del amplio circuito de convección inducido por la subducción en el margen occidental (Figura 1b). El mismo circuito arrastraría a la placa que luego sería América del Sur hacia el oeste, provocando el "rifting" (desgarre cortical) de Gondwana Occidental que habría disparado, a su vez, procesos de delaminación introduciendo material litosférico en la astenósfera (Regelous et al. 2009). 2) Endomamiento y fragmentación de las regiones con discontinuidades litosféricas debido al entrampamiento térmico (véase Anderson, 1994). En esa zona la energía térmica era elevada, determinando en consecuencia los altos porcentajes de fusión típicos de los magmas toleíticos que caracterizan a la GPI que emergieron por fracturamiento litosférico fundamentalmente en las zonas de sutura entre antiguos cratones, si bien en algún caso estos fueron también desgarrados. Estudios sismológicos realizados por Schimmel et al. (2003) indicarían que el cratón de San Francisco en América del Sur (contraparte del cratón del Congo en África) tendría un espesor entre los 200 y 300 km.


Figura 4.
Sección aproximadamente este-oeste de Gondwana Occidental (América  del Sur y África) para 130 Ma con la ubicación de unidades corticales cubiertas por el Fanerozoico. El espesor del Cratón del Río de La Plata está basado en Favetto et al. (2008) y el del Cratón de Congo-San Francisco en  Schimmel et al. (2003). En el margen occidental gondwánico, la losa subducida provocaría un enfriamiento lateral que induce en la astenósfera  una celda convectiva de gran amplitud (1), la salida de ésta se encontraría en el centro de dispersión de Paraná-Etendeka-Angola. La flecha vertical apuntando hacia abajo indica que todo el manto que se encuentra debajo de la corteza presenta una energía térmica mayor que la actual, debido al entrampamiento térmico provocado por Pangea. En la Gran Provincia Ígnea Paraná-Etendeka-Angola comienza a liberarse la energía térmica entrampada a través de procesos eruptivos que se señalan con triángulos negros. En la sierra Chica de Córdoba el volcanismo está sólo vinculado a convección conducida por borde (2 límite entre el Cratón del Río de la Plata y terreno Pampia).

En cambio, el volcanismo alcalino de la sierra Chica de Córdoba es consistente con bajos porcentajes de fusión, congruente con su lejanía respecto del centro de mayor energía térmica (Figura 2). Esta localidad estaba cerca del margen occidental de Gondwana en donde se registraba subducción, por lo tanto el enfriamiento de la astenósfera provocado por la losa que se hundía era mayor que en el centro del supercontinente.
Por otro lado, Favetto et al. (2008) empleando información geológica y resultados magnetotelúricos interpretan que un cambio abrupto en la resistividad observado en esta zona, señalaría el límite entre el Cratón del Río de La Plata y el terreno Pampia. Mientras que el cratón del Río de La Plata correspondería a una estructura resistiva que se extendería hasta los 150 km en profundidad, el terreno Pampia sería una estructura heterogénea con una capa de alta resistividad hasta los 6 km y una capa conductora debajo, hasta los 70 km. El marcado contraste entre los espesores de las estructuras mencionadas indicaría que en la SCC habría operado esencialmente convección conducida por borde (Figura 4). El volcanismo no habría alcanzado, por lo tanto, la magnitud del que aproximadamente para el mismo tiempo se generó en la GPI PEA.

¿Y la "pluma" Tristán?

De acuerdo con lo mencionado arriba, se puede recurrir a modelos de procesos de convección en el manto superior para explicar el magmatismo de aproximadamente 130 Ma que se desarrolló tanto en la GPI PEA como el de la SCC, sin necesidad de recurrir al modelo de plumas profundas que provienen de una capa de límite térmico en el límite manto núcleo (LMN). Más aún, como se mencionara anteriormente, la denominada "pluma" Tristán no se encuentra catalogada como tal. Por otra parte, de acuerdo con Fairhead y Wilson (2004) la deformación que ocurrió en la corteza oceánica atlántica sería el factor de control en el desarrollo de las cadenas volcánicas atlánticas orientadas aproximadamente este-oeste (Walvis Ridge y Río Grande Rise). En otras palabras, estos montes marinos se formarían según dichos autores por rupturas de intraplaca.
De acuerdo con Wen (2006), se puede determinar la posición geográfica de los puntos calientes generados por una pluma, utilizando los parámetros de reconstrucción calculados a partir de la traza dejada por otra. La interpretación propuesta por Fairhead y Wilson (2004) mencionada en el párrafo anterior no explica cómo con la traza de puntos calientes de la pluma Kerguelen (situados cerca de la longitud 80° E con una orientación aproximadamente norte-sur) se puede reconstruir con precisión la cadena Walvis Ridge determinada por la "pluma" Tristán (y viceversa) respetando la progresión de edades de ambas trazas y empleando modelos cinemáticos reconocidos de placas diferentes (Antártida, India y África, véase figura 1 de Wen, 2006). De acuerdo con Montelli et al. (2006) debajo del monte marino Kerguelen existe una pluma cuyo conducto se extendería hasta aproximadamente el LMN. Entonces, cabría preguntarse que pasó con la posible "pluma" Tristán que no se observa en imágenes sísmicas, pero sin embargo de acuerdo con la reconstrucción mencionada debería tener un origen común a una pluma profunda.
De acuerdo con Nolet (comunicación personal 2009) se sospecha que Tristán es una de las plumas más viejas que existe y, entonces, puede no tener la suficiente fuerza como para dejar una señal sísmica concluyente. Para Courtillot et al. (2003) las colas de las plumas tienden a extinguirse aproximadamente a los 130 Ma y aquellas que son más viejas que 150 Ma ya no están activas. Considerando todos los argumentos mencionados anteriormente, Tristán podría haber sido una "pluma vieja" que se fue extinguiendo ("dying plumes" de Montelli et al., 2006). Si es así, ¿existe alguna posible explicación para congeniar a los diferentes procesos de  convección en el manto con la posible "pluma Tristán" tal como las que concibieron Wilson o Morgan y descarta Anderson?

Un modelo geodinámico posible

Como se mencionara, Pangea actuó como un aislante entrampando energía calórica desde aproximadamente los 350 Ma (Carbonífero temprano) hasta aproximadamente los 130 Ma (Cretácico temprano tardío) y su litósfera estaba constituida por cratones con espesores de cientos de kilómetros, amalgamados y rodeados por antiguas fajas móviles y terrenos acrecionados con espesores más delgados. Por otra parte presentaba bordes activos en sus márgenes oeste, sur y norte, a través de los cuales la subducción aportaba frío al manto superior que se encontraba debajo del supercontinente.
Es decir que la convección inducida por el enfriamiento causado por la subducción (Figura 1b) en el margen oeste de Pangea habría estado activa para esta época. El análisis geoquímico de muestras de la GPI PEA sustenta esencialmente la fusión del manto litosférico (véase Lagorio y Vizán, este volumen) posiblemente provocado fundamentalmente por el entrampamiento térmico; y recién hacia los estadios finales habría intervención de una componente astenosférica tipo N-MORB (i.e. Peate y Hawkesworth, 1996) que podría haber llegado a la superficie por el tramo de surgencia de la convección de gran escala inducida por la subducción cretácica. La superposición de los dos procesos convectivos habría generado, además, un conducto (originalmente no profundo) desarrollado entre cratones y antiguas fajas móviles que provocaría la evacuación de la energía calórica entrampada por Pangea. Este conducto habría continuado activo aún después de la ruptura de Gondwana como una estructura (interpretada por ejemplo por Courtillot et al. 2003, como una clásica pluma) evacuando magma generado previamente por el calor entrampado. La generación de una dorsal oceánica, como la que separó a los continentes América del Sur y África, probablemente debe de haber dado lugar a un escape de energía calórica de mayor escala, sin embargo el antiguo conducto evacuador de calor y magma inducido por la arquitectura litosférica de Pangea habría seguido activo dando lugar a los montes marinos que formaron las trazas de la llamada "pluma" Tristán.
En las Figura 5a, b, c y d, se muestra cómo podrían haberse desarrollado los montes marinos de Walvis Ridge y Río Grande Rise a medida que se iba expandiendo el fondo del océano Atlántico y se iba reduciendo la energía térmica entrampada por Pangea.


Figura 5.
Evolución temporal de los procesos geodinámicos involucrados en el modelo presentado en este trabajo (explicaciones sobre su diseño se encuentran en el texto). En secciones aproximadamente oeste-este a sudoeste-noreste se presentan a los continentes América del Sur (Am S) y Sur de África (S Af) constituyendo Gondwana Occidental y como se fueron separando los mismos luego de la ruptura de este mega continente. En la versión digital los montes marinos generados por el escape de calor mencionado en la descripción del modelo se representaron con triángulos en naranja. La dorsal centro oceánica se representa con un trapezoide en gris. El límite entre la astenósfera y la mesósfera esta señalado a una profundidad de 650 km (si bien es variable) y el límite manto núcleo a 2.900 kilómetros. En el margen activo de Gondwana, luego margen activo de América del Sur, se representa la subducción y como  atravesaría el manto. En la versión digital con tonos de naranja se representa la energía térmica entrampada por Pangea, el manto circundante está en tonos azules. El circuito cerrado en negro representa convección conducida por borde. En la versión digital el circuito en morado corresponde a la convección determinada por el enfriamiento lateral por subducción. La celda de convección que se movería bajo la placa americana debido a un gradiente de presión entre el lugar en que se encuentra la dorsal y donde se encuentra la subducción  está representada en la versión digital en verde. Otra posibilidad es que esta celda haya sido generada por una combinación de procesos (véase el texto). En el manto inferior, las corrientes de sumidero se representan con flechas curvas descendentes (en azul en la versión digital), las corrientes de surgencia con flechas curvas ascendentes (en rojo en la versión digital). a) Representación para ~ 125 Ma. Los procesos de convección en el manto superior provocan la ruptura de Gondwana Occidental y la salida de la energía térmica entrampada debajo. b) Representación para ~ 80 Ma. Los centros por donde comenzó a evacuarse la energía térmica, dan lugar a un conducto de escape de calor o chimenea "Tristán" (en realidad constituida por un conjunto de conductos discretos) que a medida que se expande el fondo oceánico genera los montes marinos de Walvis Ridge y Río Grande Rise. La salida de este conducto coincide prácticamente con el centro de la dorsal centro atlántica. c) Representación para ~ 40 Ma. El conducto de escape de calor se encuentra separado pero muy cerca de la dorsal, por lo que pueden aún mezclarse magmas de diferentes orígenes. El calor entrampado por Pangea, se ha evacuado parcialmente y queda un relicto del mismo debajo de África que prácticamente no se mueve longitudinalmente. d) Representación para ~ 10 Ma. El conducto de escape de calor se encuentra más separado de la dorsal al este de la misma, y ya no genera desde hace tiempo puntos calientes en la Placa Sudamericana. Se supone que en el interior del manto el conducto de escape de calor ha comenzado a agotarse. Las corrientes de surgencia que fueron guiadas por este conducto, igualmente transportan material desde el manto profundo para dar lugar a basaltos del tipo OIB. Debajo de África se ha formado otro conducto de escape de calor que libera a la energía térmica aún entrampada debajo de este continente dando lugar en superficie al volcanismo que se encuentra en Afar-Victoria Lake.

Para diseñar en estas figuras el comportamiento de la losa subducida en el margen occidental desde la superficie hasta el LMN, se tuvo en cuenta información recogida de varios trabajos. De acuerdo con Burke et al. (2008) la configuración del límite manto núcleo no ha cambiado sustancialmente desde hace por lo menos 300 Ma y diferentes autores (Chase y Sprowl, 1983; Hager et al., 1985; Richards y Engebretson, 1992; Garnero et al., 2007) han señalado que las zonas de alta velocidad de onda sísmica en el manto profundo se encuentran debajo de las zonas de subducción antiguas y presentes. En este sector del manto, el cambio en el comportamiento de las ondas sísmicas sería muy abrupto al pasar de una zona de alta velocidad (a donde se supone se encuentra el material subducido) a una zona de baja velocidad, lo cual sugiere cambios muy fuertes en la temperatura, en fases mineralógicas o en la composición química del LMN (Thorne et al., 2004; Garnero et al., 2007; van der Hilst et al., 2007). Por otra parte, la predicción del modelo matemático de Tan et al. (2002) de que a medida que una losa se aproxima a la base del manto se pliega y enrolla, ha sido observada en imágenes sísmicas de la losa Farallón (Hutko et al., 2006). Esta losa se esparciría sobre el LMN hacia el oeste (Hutko et al., 2006) y aparentemente todas las losas que subducieron en el borde activo de América se han esparcido en esa dirección sobre el LMN desde por lo menos el Jurásico temprano (Vizán y Van Zele, 2008). Por otra parte, en la Figura 5 se supone también que el conducto de escape de calor y magma (denominado por otros como "pluma" Tristán) no presenta cambios longitudinales apreciables manteniéndose en una de las zonas que posee el más alto gradiente en velocidad de onda sísmica en el manto profundo (Thorne et al., 2004). Las posiciones de América del Sur y África surgen de las reconstrucciones absolutas propuestas por Torsvik et al. (2008a) para las edades consideradas. De la comparación entre las Figura 5a y 5b, pareciera que África se ha movido longitudinalmente desde aproximadamente los 125 Ma hasta aproximadamente los 80 Ma, sin embargo ello es sólo aparente pues la diferencia en la posición del sur de África se debe a la rotación en sentido anti-horario que experimenta el continente mencionado (Torsvik et al., 2008a). La posición relativa de la dorsal centro atlántica respecto de los márgenes de América del Sur y África y las extensiones de las cadenas de montes marinos de Río Grande Rise y Walvis Ridge se obtuvieron del trabajo de Schettino y Scotese (2005).
Se observa que a los 125 Ma y a los 80 Ma (Figura 5a y b), coinciden longitudinalmente la salida de la dorsal (en gris) con la salida del conducto de escape de calor (en anaranjado); a los 40 Ma (Figura 5c), si bien se encuentran separados, están relativamente próximos, mientras que a los 10 Ma (Figura 5d) se observa una separación longitudinal apreciable. Esto es coherente con la observación de Wilson (1989) quien señala que Tristán no es más un punto caliente centrado en dorsal debido a la migración al oeste de la dorsal centro atlántica desde hace aproximadamente unos 35 millones de años. En este escenario, entre los 125 y los 35 Ma, es razonable concebir procesos de mezcla entre ambos materiales involucrados, el proveniente de Tristan (OIB, cuyo origen se explica más adelante) y el de la dorsal (N-MORB).
 En las Figura 5b, c y d consideramos que la celda de gran amplitud astenosférica (Figura 1b) que es inducida por la subducción en el margen occidental de Gondwana, pudo ser remplazada por una corriente convectiva generada por gradientes de presión (Figura 1a). Tal vez las fuerzas que movilizan actualmente la placa sudamericana hacia el oeste se relacionen con una corriente convectiva que es, en sentido estricto, el resultado de diferentes factores combinándose procesos convectivos como los de las figuras 1a y 1b. Se considera que actualmente esta convección resultante es la que generaría en la dorsal la erupción de basaltos MORB y la que se encarga de generar la deriva de la Placa Sudamericana. En cambio África, que no tiene margen activo y se encuentra rodeada por dorsales (tanto al este como al oeste), no tiene prácticamente movimiento longitudinal (i.e. Burke y Torsvik, 2004). Es decir que en sentido este-oeste esta placa sólo se estaría expandiendo. 
Las lavas muestreadas en la cadena montañosa submarina Walvis son de naturaleza mayormente toleítica, pero se registran asimismo productos alcalinos. Sobre la base de los datos isotópicos presentados por Richardson et al. (1982) han sido reconocidos dos grupos de muestras por Milner y le Roex (1996). Uno de ellos en efecto representaría mezcla entre las composiciones del monte marino Tristan y el N-MORB, mientras que el otro no. Este último grupo estaría representado por la muestra 525A (de aproximadamente 70 Ma) que presenta cocientes entre trazas y características isotópicas semejantes a los basaltos de alto titanio de Paraná (variedad Urubici, Peate et al., 1999). Por lo tanto estos autores consideran que revelaría una génesis distinta, por delaminación del manto litosférico durante la apertura del océano (Figura 4). Fragmentos litosféricos (semejantes a los que fueron fundidos durante la efusividad de Paraná) habrían sido arrancados durante la separación continental (Regelous et al. 2009), posteriormente dispersados en la astenósfera y fundidos 60 millones de años después (Peate et al., 1999). Es importante señalar que características análogas a las de la muestra 525A han sido registradas en la muestra 516F de Rio Grande Rise, para las que resulta en consecuencia también razonable la misma explicación de su génesis.
Posiblemente la chimenea de escape de calor entrampado por Pangea denominada por otros autores "pluma Tristán", podría haber estado compuesta, en sentido estricto, por un conjunto de conductos discretos con una geometría prediseñada e impuesta por la arquitectura litosférica, que daría lugar a una cadena de montes marinos en la placa africana y a una forma más irregular en la placa americana (véase figura 1 de Lagorio y Vizán en este volumen). Es decir que por esta placa podrían haber salido en realidad varios conductos agrupados en una estructura compleja condicionada por la distribución geográfica de diferentes cratones y antiguas fajas móviles como los reconstruidos en la Figura 2.
En este modelo se sugiere que del antiguo entrampamiento térmico sólo habría quedado un relicto profundo en el manto inferior con una gran apófisis que se encuentra a menos profundidad debajo de África (i.e. Figura 5d y figura 13 de Montelli et al., 2006) debido a que este continente no experimentó grandes movimientos luego del desmembramiento de Gondwana. Es decir que tal vez, el amplio abultamiento batimétrico africano (African superswell, Nyblade y Robinson, 1994) se deba a un resabio del entrampamiento térmico de Pangea. Es de destacar que de acuerdo con Montelli et al. (2006) el volcanismo de Afar y Lago Victoria se desarrolla a través de conductos conectados a la anomalía térmica debajo de África mencionada anteriormente. Cualquier análisis detallado del magmatismo en esta sección de África que comenzó aproximadamente a los 35 Ma escapa a los fines de este trabajo, sin embargo la ubicación de este volcanismo también estaría controlado por la arquitectura litosférica previa al Paleozoico superior (van Wijk, 2005).
Se supone que los conductos de escape de calor de la "pluma" Tristán se fueron extinguiendo paulatinamente, sin embargo lograron transportar material desde el manto más profundo. Para explicar en nuestro modelo posible cómo se obtiene una geoquímica OIB en los montes marinos Tristán y Gough es necesario considerar que las losas que se subducen llegan hasta el LMN como se indica en las Figura 5a, b, c y d. Es decir que si bien las losas pueden ser retenidas en el cambio de fase que existe entre la astenósfera y la mesósfera aproximadamente a los 650 km (Mitrovica y Forte, 1997) descenderían rápidamente y se hundirían generando corrientes de sumidero. Diferentes autores han señalado que estas corrientes de sumidero se encargarían de empujar y barrer el material que se encontraría en la base del manto (i.e. Tan et al., 2002; Nakagawa y Tackley, 2005; Garnero et al., 2007, Burke et al., 2008). Este material posiblemente sea calentado por conducción de calor que se desprende desde el núcleo volviéndose menos denso y aumentando su flotabilidad, y como señalan Garnero et al. (2007) podría ser desplazado por corrientes de sumidero inducidas por las losas que se hunden, hacia flujos de retorno o de surgencia. De acuerdo con Garnero et al. (2007) los rasgos topográficos cerca de los márgenes de las zonas de baja velocidad de onda sísmica en el manto profundo, serían las guías de los flujos de surgencia o retorno que ascenderían hacia la superficie. En nuestro modelo, los rasgos topográficos que actuarían como guías de estas corrientes de retorno o surgencia serían los conductos de escape de calor previamente formados por la arquitectura litosférica (Figura 5b, c y d). Las corrientes de surgencia de Tristán al ascender de esta manera, habrían transportado distintos trazadores químicos desde zonas profundas del manto. Los basaltos tipo OIB que se encuentran en los actuales montes marinos Tristán y Gough podrían, entonces, reflejar el aporte de material fundido de losas y sedimentos geológicamente antiguos que habrían llegado a zonas profundas del manto arrastrados por el hundimiento de viejas losas subducidas (Hofmann, y White, 1982; Hofmann, 1997, Chauvel et al., 2008). Este material fundido habría sido posteriormente devuelto a la superficie por  corrientes de retorno guiadas por conductos de escape de calor generados previamente por el diseño de la litósfera y no por una supuesta pluma originada en el LMN con la tradicional cabeza de hongo.
El hecho de que varios de los puntos calientes del "box Indo-Atlántico" (Davaille et al., 2005) se encuentren dentro del alto del geoide africano-atlántico (zona de baja velocidad de onda sísmica), podría deberse a que  tuvieron un origen como el que se menciona arriba para Tristan. Es decir, las salidas de estas "plumas" habrían sido condicionadas por corrientes convectivas que ocurrieron en el manto superior organizadas por la arquitectura de la litósfera y por la subducción (en los márgenes del supercontinente) que actuaron como condiciones de contorno.
Este modelo es coherente con la idea de Anderson (2001) en cuanto a que la convección en el manto superior está organizada por el sistema de  placas litosféricas que se encuentran por encima. Dicho de otra manera, los patrones de convección en el manto superior deberían ser considerados como el resultado y no la causa de la tectónica de placas. En nuestro caso, y a diferencia de Anderson (2001), suponemos que se pueden desarrollar conductos de escape del calor entrampado previamente por Pangea que permanecen activos durante millones de años y cuya salida estaría también condicionada por la arquitectura de la litósfera y por la subducción. Estos conductos de escape de calor, considerados anteriormente como plumas, podrían corresponder actualmente a anomalías sísmicas que se reconocen en el manto inferior. En el "box Indo-Atlántico", las zonas de ultra-baja velocidad de onda sísmica en la base del manto interpretadas como cámaras magmáticas profundas por Garnero y McNamara (2008) podrían ser relictos en el manto profundo de los lugares por donde las inhomogeneidades de la litósfera indujeron la evacuación del calor entrampado por Pangea. Este modelo no explica el origen de los puntos calientes que se generan en el piso del océano Pacífico.

Agradecimientos: Al CONICET (PIP 112 2008/02828), a la U.B.A. (UBACyT X220) y al SEGEMAR, que permitieron realizar este trabajo. Gracias, también, a la Lic. María Andrea Van Zele y al Dr. Augusto Rapalini por la lectura crítica del manuscrito. El arbitraje de este trabajo permitió un mejoramiento notable del mismo. 

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Recibido: 10 de junio de 2010
Aceptado: 20 de diciembre de 2010