Estimaciones de la constante de difusividad de masa ( k )

Los escarpes de falla en la región de Laguna Salada arrojan edades de difusión que varían sistemáticamente. Estas edades no solo son consistentes con las relaciones cortantes de las fallas sino que también no existe virtualmente traslape entre sus intervalos del 95% confianza (Spelz et al., 2008; Fig. 32). Los valores promedio de las edades de difusión de

los escarpes filtrados (i.e., 0.20 m < d < 4 m) con diferentes relaciones cortantes se listan en la Tabla XIV. A pesar de la clara separación de las edades de difusión para las diferentes relaciones cortantes, es interesante notar que los escarpes Q3-Q4 tienen distintas edades de

difusión en diferentes dominios (Tabla XIV; Fig. 32). Spelz et al. (2008) propusieron que esta ambigüedad en las edades podía explicarse mediante las siguientes dos posibilidades: (1) las secuencias de rupturas superficiales en los diferentes dominios pudieron haberse formado en tiempos diferentes a pesar de tener las mismas relaciones cortantes, y (2) es posible que las tasas de degradación por difusión varíen entre los dominios. Respecto a esta última posibilidad, es importante notar que las mayores edades de difusión de las secuencias de ruptura Q3-Q4 provienen de los dominios sinformes en donde el arreglo de

escarpes de falla se encuentra más alejado del frente montañoso (Figs. 2 y 32, Tabla XIV). Por lo tanto, es posible que el material de grano más fino, del cual están compuestos los escarpes de falla en los dominios sinformes, tenga una constante de difusividad de masa mayor. Diversos estudios han documentado variaciones en la difusividad de masa para escarpes en una misma región, la cual se ha atribuido a variaciones locales de factores geológicos, climáticos, temporales, e incluso geométricos tales como la orientación y la altura de los escarpes (e.g., Colman y Watson, 1983; Hanks et al., 1984; Pierce y Colman, 1986).

Con la finalidad de calcular la constante de difusividad de masa, es necesario estimar las edades de las superficies aluviales no datadas. Utilizando la fuerte correlación que existe entre las superficies de abanicos aluviales en Laguna Salada y los depósitos aluviales datados de la morfoestratigrafía regional, como fue definido por Spelz et al. (2008), se asignaron a las superficies Q3, Q5 y Q6 en Laguna Salada las edades de ~3, ~71 y

126 ka, respectivamente. Estas edades representan el valor medio del rango de tiempo de cada grupo de edades que se muestran en la Figura 42.

Los valores promedio de las edades de difusión, en combinación con la edad mínima y máxima de las fallas formadoras de escarpes, calculada en base a sus relaciones cortantes, se utilizaron para estimar el valor mínimo y máximo de la difusividad de masa para cada relación cortante en cada dominio (Tabla XIV). El método de la pendiente- infinita arrojó valores mínimos de la constante de difusividad de masa que varían de 0.010

hasta 0.027 m2/ka con una media ponderada por el número de escarpes filtrados de 0.015 m2/ka. El valor máximo de la difusividad de masa calculado mediante el mismo método varía desde 0.043 hasta 0.07 m2/ka, con una media ponderada de 0.059 m2/ka (Tabla XIV). El método de la pendiente-finita arrojó valores de la difusividad de masa ligeramente más elevados de 0.018 y 0.073 m2/ka, los cuales corresponden al promedio ponderado de las estimaciones mínima y máxima, respectivamente (Tabla XIV). Debido al hecho de que cada grupo de datos está dominado por escarpes con relaciones cortantes Q3-Q4 y Q6-Q7, es

probable que las estimaciones mínimas de la difusividad de masa sean más confiables debido a que están basadas en superficies datadas (Q4 y Q7), mientras que, las estimaciones

máximas de la difusividad de masa están basadas principalmente en edades inferidas de las superficies no datadas. Sin embargo, es importante notar que las constantes de difusividad de masa calculadas por cualquiera de los dos métodos son extraordinariamente similares dado el amplio rango de edades de los escarpes contemplados en este análisis (Spelz et al., 2008).

Aún y cuando el método utilizado para estimar el valor aproximado de la constante de difusividad de masa arrojó resultados internamente consistentes para una población de escarpes temporalmente diversa, es importante notar que estos valores son muy bajos en comparación con los de otros estudios los cuales se muestran en la Tabla XV. En general, las estimaciones de la constante de difusividad de masa para escarpes del Pleistoceno medio-tardío y Holoceno temprano, con alturas que van desde unos pocos metros hasta varios metros, y bajo condiciones semiáridas, varían entre 1.1 a 16 m2/ka (e.g., Arrowsmith et al., 1998; Hanks y Andrews, 1989; Hanks et al., 1984; Hanks y Wallace, 1985; Pierce y Colman, 1986). Otras determinaciones de la constante de difusividad de masa para escarpes similares en ambientes áridos varían entre un rango más estrecho de 1.1 a 5.5 m2/ka (e.g., Avouac, 1993; Avouac y Peltzer, 1993; Tapponier et al., 1990). En contraste, las tasas más bajas de la difusividad de masa, las cuales varían de 0.1 a 0.7 m2/ka, han sido reportadas para escarpes cuya degradación ocurre bajo condiciones climáticas de extrema aridez (e.g., Begin, 1992; Bowman y Gerson, 1986; Enzel et al., 1996).

Tabla XIV. Estimación del valor máximo y mínimo de la constante de difusividad en base a las relaciones cortantes de las fallas formadoras de escarpes con las superficies aluviales.

Dominio

Relación cortante a

# de escarpes

filtrados b máxima mínima mínima máxima mínima máxima

Sinforme Norte

Falla Cañón Rojo Q1-Q2 4 -0.09 ± 0.05 - ~0.115

e

~0.115 e N/A N/A N/A N/A

Falla Cañón Rojo Q3-Q4 9 0.21 ± 0.13 0.24 ± 0.13 15.5

f ₃ g 0.014 0.070 0.015 0.080 Falla Chupamirtos Q4-Q5 1 1.03 1.69 71 g 15.5 f 0.015 0.066 0.024 0.109 Antiforme Norte

Todos los escarpes Q3-Q4 6 0.15 ± 0.03 0.21 ± 0.05 15.5

f ₃ g

0.010 0.050 0.014 0.070

Sinforme Sur

Todos los escarpes Q3-Q4 3 0.20 ± 0.21 0.26 ± 0.23 15.5

f ₃ g

0.013 0.067 0.017 0.087

Antiforme Sur

Todos los escarpes Q6-Q7 5 5.47 ± 2.93 5.91 ± 3.4 204

f ₁₂₆ g

0.027 0.043 0.029 0.047

Promedio Ponderado 0.015 0.059 0.018 0.073

Difusividad de Masa (m2/ka)

Método de la pendiente- infinita c

Método de la pendiente- finita d

Método de la Método de la

Edad de los escarpes (t, in ka)

pendiente-infinitac pendiente-finita d

Edad de Difusión Promedio (kt, in m2)

a _{La relación cortante esta determinada por la superficie más vieja que no es cortada y por la superficie más joven que es cortada por las fallas formadoras de escarpes.} b _{Los escarpes filtrados tienen desplazamientos >0.20 metros pero <4 metros.}

c _{Se basa en la solución de Colman y Watson (1983) de la ecuación de difusión considerando un escarpe cuya geometría inicial es un escalón con una pendiente vertical}

(pendiente infinita).

d _{Se basa en la solución de Hanks (2000) de la ecuación de difusión considerando un escarpe cuya geometría inicial es el perfil de una rampa con pendiente-finita.} e _{Edad histórica de la ruptura producida por el sismo ocurrido el 23 de Febrero de 1892 (e.g., Mueller y Rockwell, 1995).}

f _{Edad de exposición de las superficies aluviales a partir de la concentración del NCT} 10_{Be (Spelz et al.,2008).}

Tabla XV. Compilación de los valores estimados de la constante de difusividad de masa en escarpes de distinta naturaleza formados en sedimentos poco consolidados y bajo diferentes condiciones climáticas.

Edad Rango de altura Constante de difusividad

Region Clima Naturaleza de los escarpes (t, en ka) (h, en metros) (k, en m2_{/ka) Referencia}

Nevada Arido Fluviales 12 - 14 1 - 7 1.1 Hanks and Wallace, 1985

Mongolia Arido Fallas inversas - 3.2 - 18 1.6 - 5 Carretier, et al., 2002

China Arido Fallas 2 0.8 3.3 Tapponnier, et al 1990

China Arido Fluviales 10 2.5 - 10 3.5 Avouac and Peltzer 1993

China Arido Fluviales 10 5.5 - 12 5.5 Avouac, 1993

Israel Extremadamente árido Fluviales 10 1 -6 0.1 Begin (1992) Israel Extremadamente árido Fluviales 1.4 1 - 2 0.2 - 0.7 Begin (1992) Israel Extremadamente árido Fallas 30 2.6 - 5.6 0.2 - 0.3 Enzel et al (1996) Israel Extremadamente árido Escarpes en terrazas recesionales 14 1 - 6 0.4 Bowman and Gerson, 1986 Israel Extremadamente árido Fallas 14 0.5 - 1 0.4 Bowman and Gerson, 1989 Francia Humedo & Templado Escarpes antropogenicos - 1.6 1.4 - 1.5 Niviere & Marquis, 2000 Belgica/Holanda Humedo & Templado Fallas - 1 2 - 10 Camelbeeck, et al., 2001 Michigan No Reportado Lineas de playa 10.5 10 - 20 12 Nash, 1980

Michigan No Reportado Lineas de playa 4 15 - 40 12 Nash, 1980

Idaho Semiárido Fluviales 15 2 - 5 1.6 Pierce and Colman, 1986

Idaho Semiárido Fluviales 15 10 - 15 5.2 Pierce and Colman, 1986

Utah Semiárido Lineas de playa 14.5 1 - 12 1.1 Hanks et al 1984 Utah/Nevada Semiárido Lineas de playa (lagos Bonneville y Lahontan) 12 - 15 2.5 - 3.5 1.1 Hanks and Andrews, 1989

Idaho Semiárido Fluviales 15 20 1.2 - 7 Pierce and Colman, 1986

Utah/Nevada Semiárido Lineas de playa (lagos Bonneville y Lahontan) 12 - 15 5 - 12 1.8 Hanks and Andrews, 1989

Montana Semiárido Fluviales 7.5 1.5 - 8 2 Nash, 1984

California Semiárido Fallas 17 -30 8 - 20 8.5 Arrowsmith (1998) California Semiárido Acantilados marinos 100 - 370 40 11 Hanks et al 1984

California Semiárido Fallas 230 25 16 Hanks et al 1984

Los datos aquí presentados pueden también encontrarse, compararse y contrastarse con los de la tabla 2 de Hanks, et al. (1984), tabla 1 de Avouac (1993), tabla 1 de Enzel (1996) y tabla 2 de Hanks (2000).

Las estimaciones de la constante de difusividad de masa en Laguna Salada son un orden de magnitud menores que el valor más pequeño reportado en la literatura para escarpes en ambientes de extrema aridez. Para explicar esta diferencia, Spelz et al. (2008) invocaron tres posibles hipótesis.

Primero, es posible que las bajas tasas de difusividad en la región de Laguna Salada sean el reflejo del proceso original de filtrado que se utilizó, el cual tuvo el efecto de remover los escarpes con las edades de difusión más antiguas. Claramente, la inclusión de estos escarpes incrementaría el promedio de la edad de difusión, la cual a su vez incrementaría los valores promedio de la constante de difusividad de masa. Como se explicó, estos escarpes no fueron incluidos en los cálculos debido a otros criterios que ponían en duda la validez de sus edades de difusión (e.g., su asociación con grabens la cual probablemente introdujo una fuerte componente de erosión del material fuera del plano perpendicular al escarpe).

La segunda hipótesis invoca la probabilidad de que todos los clastos muestreados para estimar la edad de exposición de las superficies aluviales tenían una componente similar de 10Be heredado y por lo tanto la edad de las superficies aluviales es en realidad mucho más joven (Spelz et al., 2008). Debido al gran tamaño de los clastos que fueron seleccionados, es altamente improbable que la componente heredada de 10Be pudiera ser idéntica en todos los clastos individuales que fueron muestreados para estimar la edad de exposición de la superficie de los depósitos aluviales. Gosse (2003) señaló que la componente heredada de los NCT’s es el factor dominante en la edad de los abanicos aluviales jóvenes del Holoceno en regiones áridas y que su influencia disminuye con la edad de los abanicos. En la región de Laguna Salada, la excepcional asociación de la serie de datos de NCT de las superficies aluviales que fueron datadas se contrapone a la posibilidad de que una componente heredada de 10Be represente el control dominante en la edad de las superficies aluviales pre-Holocenicas.

Como tercera hipótesis, Spelz et al. (2008) argumentaron que los bajos valores de difusividad en Laguna Salada son consistentes con el actual clima superárido de la región. El hecho de que las edades de exposición 10Be de la superficie aluvial Q4 sean

sugiere fuertemente que el desarrollo de los perfiles de suelo en Laguna Salada es mucho más lento que en otros ambientes áridos del suroeste de Norteamérica. Otro argumento que apoya esta idea es que las etapas de la morfología de carbonatos también coinciden de manera general con las edades de exposición 10Be, aunque las etapas de desarrollo de carbonatos tienen rangos extremadamente amplios de edades. Las elevaciones promedio de la cuenca Laguna Salada se encuentran cerca del nivel medio del mar y el área yace en la sombra orográfica de lluvia impuesta por la Sierra Juárez, la cual captura la humedad contenida en flujo atmosférico zonal proveniente del Océano Pacífico. De acuerdo con los reportes de las estaciones meteorológicas operadas por el servicio meteorológico nacional (http://www.smn.cna.gob.mx), el número promedio de días con lluvia ligera en la cuenca Laguna Salada varía de ~7 a ~11 y la temperatura media anual fluctúa entre 22.1 a 24.4º C (Tabla I). La orientación general hacia el poniente tanto de los escarpes de falla como de la totalidad del flanco oeste de las Sierras Cucapa y El Mayor exacerba aún más los efectos de la poca precipitación pluvial y las altas temperaturas. Por lo tanto, como propusieron Spelz et al. (2008), los valores anómalamente bajos de la constante de difusividad de masa son razonables a la luz de las extremas condiciones climáticas locales.