Modelos computacionales han logrado reproducir el surgimiento de dos importantes cadenas montañosas del sudeste de Brasil. Según un estudio realizado por investigadores del Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas de la Universidad de São Paulo (IAG-USP), las formaciones conocidas como Serra do Mar y Serra da Mantiqueira surgieron como resultado de procesos orográficos locales que combinaron características de la estructura física de la Tierra y los procesos de erosión que acaecieron durante decenas de millones de años. Hace unos 60 millones de años, habría quedado conformado el Rift Continental del Sudeste de Brasil (RCSB), una depresión alargada delimitada por fallas que dio lugar a la configuración de varias cuencas sedimentarias, como la de Taubaté y la de São Paulo. La formación de estas cuencas separó dos grandes escarpas, Serra do Mar, cercana a la costa, y Serra da Mantiqueira, en el interior del continente, que, grosso modo, se extienden paralelas. Este proceso se describe minuciosamente en un artículo publicado en enero de este año en la revista científica Tectonics.
El proceso de formación de las dos cadenas serranas fue emulado con el uso de un software llamado Mandyoc, desarrollado por los geofísicos Victor Sacek, del IAG, y Rafael Monteiro da Silva, dirigido por él en su doctorado, quienes firman el artículo. Hasta el trabajo de este dúo, los estudios geológicos con el propósito de explicar la formación del RCSB no describían procesos físicos que validaran las hipótesis. “Nuestro trabajo simuló la configuración del margen continental del sudeste brasileño a partir de la separación de América del Sur y África mediante códigos computacionales”, explica Monteiro Da Silva. Con base en este enfoque, los investigadores hallaron evidencias de que los movimientos tectónicos originados en la propia zona habrían sido suficientes para crear una falla, una ruptura en la corteza terrestre superior que devino en el surgimiento del RCSB. “La formación de este rift tiene un origen local. Para explicarlo no es necesario remitirse, por ejemplo, al proceso tectónico de los Andes, que se produjo a miles de kilómetros de distancia”, sostiene el geofísico.
Los resultados del trabajo se basan en el modelado numérico y en la observación de tres características geológicas del margen continental del sudeste brasileño: el grado de acoplamiento entre la corteza (la delgada capa sólida superficial de la Tierra) y el manto (una capa viscosa de mucho mayor grosor situada inmediatamente debajo de la corteza); la magnitud y la extensión de la erosión costera, y la preexistencia de zonas de debilidad en la corteza continental. Para realizar cientos de simulaciones –cada una de ellas con una duración de entre tres días y una semana, dependiendo del número de ecuaciones simultáneas–, el grupo, que cuenta con financiación de la FAPESP, contrató los servicios de Google Cloud Platform. “Fueron varias decenas de miles de horas de simulación numérica ejecutadas en decenas de núcleos de procesamiento simultáneo”, explica Sacek.
El punto de partida para calcular la interacción entre esos tres factores en una escala temporal geológica del orden de decenas de millones de años fue la separación de las placas de los continentes africano y sudamericano, que comenzó hace entre 140 y 130 millones de años. Esta simulación de un viaje en el tiempo ha sugerido la existencia de una corteza inferior con una viscosidad relativamente baja, una característica que habría facilitado el desacople de la corteza superior y contribuido al surgimiento de fallas geológicas. “Para ilustrar la interacción entre las partes superior e inferior de la corteza, solemos proponer la imagen de un sándwich de mantequilla de maní. Cuanto menos viscoso es el relleno, mayor es la movilidad y menor el acoplamiento entre los ‘panes’. Desde un punto de vista geológico, se trata de un escenario que potencia el surgimiento de fallas y de zonas más susceptibles a sufrir deformaciones”, explica Sacek.
El grupo que lidera el geofísico de la USP también intentó utilizar programas creados en el exterior para simular la formación del RCSB, pero no halló nada con las características que buscaban. Uno de los requisitos era que el software incluyera herramientas capaces de resolver algunas ecuaciones que rigen el comportamiento físico de las rocas en tiempos geológicos. La alternativa que se presentó fue desarrollar un programa propio, Mandyoc, acrónimo de Mantle Dynamics Simulator Code. “El gran reto para el software era poder simular dos procesos simultáneos: la dinámica interna de la Tierra, en una escala de cientos de kilómetros de profundidad, y los eventos de erosión y sedimentación, fenómenos más superficiales de la corteza”, dice Monteiro Da Silva.
“El programa es una herramienta matemáticamente robusta, que permite probar numéricamente diversas hipótesis”, comenta el geólogo Claudio Riccomini, del Instituto de Geociencias de la USP (IG-USP), quien no participa en los estudios que llevan adelante Sacek y Monteiro Da Silva. Los geofísicos Jamison Assunção, estudiante de doctorado en el IAG, y Agustina Pesce, de la Universidad Nacional de San Juan (UNSJ), en Argentina, también participaron en el desarrollo del Mandyoc.
Los autores del trabajo pretenden utilizar el software para modelar el proceso de deformación del Rift Continental del Sudeste de Brasil en un período de tiempo geológico concreto: los últimos 36 millones de años. “Este conjunto de eventos es de suma importancia en términos de aplicaciones, por ejemplo, para la prospección de petróleo, ya que habría afectado a la zona marina adyacente a la costa del sudeste brasileño, en las cuencas de Santos y Campos”, explica Riccomini. El Mandyoc es un programa basado en código abierto y se encuentra disponible para su descarga gratuita en la plataforma colaborativa Github. En el curso de este año, los geofísicos del IAG publicarán un artículo científico con una descripción completa de las funcionalidades del mismo.
Proyectos
1. Evolución de la cuenca hidrográfica del río Amazonas: levantamiento de los Andes, clima y otros procesos geodinámicos (nº 17/24870-5); Modalidad Ayuda de Investigación – Regular; Investigador responsable Victor Sacek (USP); Inversión R$142.098,05
2. Evolución del campo de esfuerzos en la litósfera: un abordaje numérico (nº 17/10554-4); Modalidad Beca doctoral; Investigador responsable Victor Sacek (USP); Beneficiario Rafael Monteiro da Silva; Inversión R$179.976,72
Artículo científico
SILVA, R. M. & SACEK, V. Influence of surface processes on postrift faulting during divergent margins evolution. Tectonics. 19 ene. 2022.
