Escarpes lobulados en mercurioprofundidad de falla y flujo térmico

Résumé

Esta tesis tiene como objetivo principal el estudio del flujo térmico en la superficie de Mercurio a partir de las características de los escarpes lobulados. La dinámica interna de los cuerpos rocosos está dirigida fundamentalmente por el transporte de calor desde el interior hacia la superficie, por lo que nuestro conocimiento sobre el flujo térmico en la superficie de los planetas constituye un objetivo científico clave del que dependen los modelos de estructura interna, evolución y origen de los planetas. Los escarpes lobulados que se reparten sobre la superficie de Mercurio constituyen una fuente de información sobre este flujo térmico. Los escarpes lobulados son las estructuras tectónicas más relevantes existentes en Mercurio. Se trata de estructuras que pueden ser arqueadas o rectas y que se caracterizan por poseer un perfil asimétrico: una de sus pendientes es muy pronunciada, mientras que la otra presenta un desnivel suave. Su longitud suele ser de varios cientos de kilómetros y pueden elevarse hasta alcanzar el kilómetro de altura. Su morfología y la deformación producida en su intersección con otras estructuras indican que los escarpes constituyen la expresión en superficie de fallas inversas formadas por el enfriamiento y contracción del planeta. Estas fallas están, por lo tanto, directamente relacionadas con la historia térmica del planeta y a partir de su estudio podemos adquirir información sobre las propiedades mecánicas y térmicas de la litosfera. Las fallas se forman en la parte superficial de la litosfera, donde el comportamiento frágil de las rocas es dominante. A profundidades mayores, la presión y la temperatura se elevan y las rocas se comportan de forma dúctil. La transición entre ambos comportamientos supone un límite en la profundidad de las fallas, ya que una fractura no puede desarrollarse por debajo de esta transición. Estimaciones de la profundidad de falla en los grandes escarpes lobulados apuntan a que la deformación producida por las fallas asociadas a los escarpes se extiende hasta la profundidad de la transición dúctil-frágil. De esta manera, si obtenemos la profundidad de la falla asociada a un escarpe lobulado, conoceremos la profundidad de la transición dúctil-frágil en el momento en el que se formó el escarpe. El conocimiento de esta profundidad permite conectar la estructura mecánica de la litosfera con la estructura térmica mediante la dependencia con la temperatura de la resistencia a la deformación dúctil de las rocas. En esta tesis hemos analizado la geometría de un grupo de escarpes situados en la región Kuiper de Mercurio a partir de perfiles topográficos adquiridos mediante observaciones realizadas por la antena del observatorio de Arecibo. Este estudio nos ha permitido establecer la profundidad de la transición dúctil-frágil en el momento en el que se formaron los escarpes aplicando un procedimiento directo y utilizando un modelo basado en la teoría de la dislocación. Aunque esta técnica no es novedosa, en este estudio se ha mejorado al incorporar en el procedimiento el uso de un sistema de información geográfica. Una vez conocida la profundidad de la transición dúctil-frágil, se puede estimar la temperatura a esta profundidad mediante la igualdad entre la resistencia a la deformación frágil y la resistencia a la deformación dúctil de las rocas y a través de la dependencia con la temperatura de esta última. La temperatura en la profundidad de la transición dúctil-frágil estimada se ha utilizado como condición de contorno en la resolución de la ecuación del calor con el objetivo de adquirir el flujo térmico en la superficie y los perfiles de temperatura en el momento de formación de los escarpes estudiados. La ecuación del calor se ha resuelto incluyendo en la superficie del planeta una capa de material fracturado con una conductividad térmica baja. Esta capa es conocida como megarregolito. Aunque este material dificulta el transporte de calor y repercute en temperaturas y flujos, el megarregolito se ha desestimado en la mayoría de los estudios sobre flujo térmico realizados hasta la fecha. Su incorporación en la ecuación del calor ha permitido obtener valores límite en los flujos de calor en superficie.