Geomorfometría del Escarpe Principal del Golfo de California. Análisis comparativo entre dos segmentos del rift: Sierra San Pedro Mártir y Sierra Juárez, Baja California, México

 

Geomorphometry of the main escarpment of the Gulf of California. Comparative analysis of two segments of the rift: Sierra San Pedro Mártir y Sierra Juárez, Baja California, México

 

J. Jesús Díaz-Torres^1,2*, John M. Fletcher², Ronald M. Spelz-Madero³, Arturo Martín-Barajas² y Francisco Suárez-Vidal²

 

¹ Tecnología Ambiental, Centro de Investigación y Asistencia en Tecnología y Diseño del Estado de Jalisco (CIATEJ), Av. Normalistas No. 800, Colonia Colinas de la Normal, C. P. 44270, Guadalajara, Jalisco, México.

² Departamento de Geología, Ciencias de la Tierra, Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE), Carretera Ensenada-Tijuana No. 3918, Zona Playitas, C. P. 22860, Ensenada, Baja California, México. * jdiaz@ciatej.net.mx

³ Facultad de Ciencias Marinas, Universidad Autónoma de Baja California, Zona Playitas, C. P. 22860, Ensenada, Baja California, México.

 

Manuscrito recibido: Febrero 11, 2011
Manuscrito corregido recibido: Abril 24, 2012
Manuscrito aceptado: Mayo 29, 2012

 

RESUMEN

El Escarpe Principal del Golfo es un rasgo tectónico y geomorfológico distintivo que define el límite oeste de la zona de extensión del rift del Golfo de California. Este escarpe alcanza 2.5 km y 1.7 km de relieve en los segmentos del frente montañoso oriental de la Sierra San Pedro Mártir y la Sierra Juárez, respectivamente. Aunque su relieve es similar, estos dos segmentos del rift están controlados por fallas activas con diferente geometría y cinemática. El escarpe de San Pedro Mártir es el bloque de piso de un sistema de falla normal con deslizamiento al este, mientras que el escarpe de la Sierra Juárez se formó en el bloque de techo de un sistema de falla normal de bajo ángulo con deslizamiento al oeste. La caracterización de estos escarpes por medio de un análisis geomorfológico sugiere que ambos frentes montañosos reflejan diferencias fundamentales en el control tectónico de las fallas maestras con polaridades opuestas. El índice S_mf y V_f demuestran que ambos frentes montañosos son tectónicamente activos. En el segmento de la Sierra San Pedro Mártir, los cambios en los patrones del relieve, pendiente, índice de gradiente-área (SA), índice normalizado de la pendiente (k_sn) y el índice de concavidad (6) están fuertemente correlacionados con el deslizamiento de la falla San Pedro Mártir hacia el este. Estos índices señalan un incremento significativo en el gradiente de desplazamiento y levantamiento tectónico hacia la parte central de la falla San Pedro Mártir que controla el frente montañoso. En contraste, los mismos índices geomorfológicos sugieren asimetría y un menor gradiente de levantamiento en la Sierra Juárez, exhiben en la cima del escarpe una superficie basculada hacia el este que denominamos Mesa Juárez Oriental. Esta meseta tiene una inclinación al este en sentido opuesto a la planicie de erosión pre-rift, disectada por ríos que fluyeron hacia el oeste, desde Sonora hasta la costa del Océano Pacífico durante el Eoceno y Oligoceno. El análisis hipsométrico demuestra que la Mesa Juárez Oriental es consistente con la geometría de un pliegue de tipo 'rollover ' en el bloque de techo de la falla de detachment Cañada David y la falla oblicua de ángulo alto Laguna Salada. Las irregularidades en la forma y tamaño de las grandes subcuencas están probablemente controladas por heterogeneidades litológicas que promueven la expansión lateral y la captura del drenaje de las subcuencas adyacentes. El presente estudio documenta las diferencias geomorfológicas distintivas entre dos segmentos del rift estructuralmente controlados por fallas maestras con polaridad opuesta.

Palabras clave: Geomorfometría, índices geomorfológicos, Escarpe Principal del Golfo, Sierra San Pedro Mártir, Sierra Juárez, Baja California, México.

 

ABSTRACT

The Main Gulf Escarpment is a fundamental tectonic and geomorphologic feature defining the western edge of the Gulf Extensional Province. This escarpment reaches 2.5 and 1.7 km in the eastern mountain front of the Sierra San Pedro Mártir and the Sierra Juárez rift segments, respectively. Although their overall appearance is similar, these two segments are controlled by active faults with contrasting geometry and kinematics. The escarpment of San Pedro Mártir is in the foot-wall of a down-to-the-east, high-angle normal fault system, whereas the Sierra Juárez escarpment lies in the hanging-wall of a down-to-the-west low-angle normal fault system. The characterization of these two escarpments using geomorphic analysis of the mountain fronts reflectfundamental differences in the tectonic control by two masterfaults with opposed polarity. The S_mfand V_f indices show that both mountain fronts are tectonically active. In the Sierra San Pedro Mártir segment, the changes in the patterns of topography, slope, slope-area relationship (SA), normalized steepness index (K_sn) and concavity index (6) are strongly correlated with the down-to-the east slip of the masterfault. These geomorphic indices indicate a significant increase in the displacement gradient and tectonic uplift towards the central portion of the San Pedro Mártirfault. In contrast, the same geomorphic indices suggest asymmetry, and lower uplift gradient in the Sierra Juárez, exhibit an eastward dipping plateau which we named 'Mesa Juárez Oriental'. The plateau dip to the east, opposed to that of the pre-rift erosional plain, once dissected by rivers with a paleo-flow from Sonora to the Pacific coast during Eocene and Oligocene times. Hypsometric analysis of the 'Mesa Juárez Oriental ' at the uppermost part of the scarp is consistent with the geometry of a rollover anticline formed in the hanging-wall of the Cañada David detachment and Laguna Salada high-angle normal-dextral fault. The irregularities in the shape and size of large basins are probably controlled by lithological heterogeneities that promote the lateral expansion and drainage capture of adjacent sub-basins. This study documents the distinctive geomorphological differences between two adjacent rift escarpments structurally controlled by master fault with opposed sense of slip.

Key words: Geomorphometry, geomorphic index, Main Gulf Escarpment, Sierra San Pedro Mártir, Sierra Juárez, Baja California, Mexico.

 

INTRODUCCIÓN Y MARCO TECTÓNICO

La geomorfología tectónica estudia los rasgos topográficos producida por procesos tectónicos utilizando mediciones cuantitativas y diversos índices geomorfológicos que resultan de éstas (Keller y Pinter, 1996; Burbank y Anderson, 2001). En las últimas décadas, diversos estudios de geomorfología tectónica en cuencas y frentes montañosos controlados por fallas han demostrado que existe una relación estrecha entre los índices morfológicos y la deformación activa, tal como ocurre en la falla Garlock y la porción sur de la Sierra Nevada de California (Bull y McFadden, 1977; Figueroa y Knott, 2010, respectivamente); el graben de Acambay en el cinturón volcánico mexicano (Ramírez-Herrera, 1998); el valle de rift del Rhin, Alemania (Peters y van Balen, 2007); la cordillera de la Sierra Nevada en el sur de España (El Hamdouni et al., 2008); la zona de falla Tizi N'Test en la cordillera del Atlas, Marruecos (Delcaillau et al., 2010); la zona de falla Eliki en el Golfo de Corinto, Grecia (Venios et al., 2004); frente montañoso de Alborz y el cinturón de plegamiento de los montes Zagros en Irán (Khavari et al., 2009; Dehbozorgi et al., 2010, respectivamente); el graben de Hula en Israel (Shtober Zisu et al., 2003) y en algunos segmentos del cinturón orogénico de los Himalayas en India ( Singh y Tandon, 2008; Mrinalinee Devi et al., 2011).

La extensa frontera entre las placas Pacifico y Norteamérica presenta importantes dominios de frentes montañosos con diferentes estilos y tasas de deformación tectónica (Bull, 2007). En particular, el Escarpe Principal del Golfo en la península de Baja California ofrece la oportunidad de estudiar de manera sistemática las características geo-morfológicas de la actividad tectónica en dos segmentos del rift caracterizado por un régimen de deformación transtensivo.

El Escarpe Principal del Golfo (EPG) define el límite entre la depresión tectónica del rift del Golfo de California y la corteza continental que no ha sido afectada por la extensión en Baja California (Dokka y Merriam, 1982; Stock y Hodges, 1989; Umhoefer et al., 2002; Plattner et al. , 2007). El EPG se extiende por más de 1000 km desde la depresión del Salton hasta el extremo sur de la península de Baja California y está estructuralmente controlado por sistemas de fallas maestras con segmentos de 80 hasta 150 km de longitud que cambian de polaridad en el sentido de transporte de la placa superior (Axen, 1995). En el norte de Baja California el EPG está formado por dos segmentos que definen los frentes montañosos de la Sierra Juárez y la Sierra San Pedro Mártir (Figura 1). Estos frentes montañosos son topográficamente semejantes y marcan un cambio abrupto en el relieve de la península de Baja California. No obstante, tienen características geomorfológicas contrastantes que corresponden a dos configuraciones estructurales del proceso de segmentación del rift (Axen, 1995; Axen y Fletcher; 1998). El segmento de Sierra Juárez al norte está controlado por la falla de detachment Cañada David (Siem y Gastil, 1994; Axen, 1995; Axen y Fletcher, 1998; Axen et al., 2000). Esta falla de detachment vista en planta es sinuosa con rumbo norte-noroeste y deslizamiento al oeste (Figura 2) y yuxtapone sedimentos del Mioceno tardío al Pleistoceno contra rocas metamórficas del Paleozoico en los flancos de la Sierra El Mayor (SEM) (Siem y Gastil, 1994; Axen y Fletcher, 1998; Martín-Barajas et al., 2001; Fletcher y Spelz, 2009).

El segmento de San Pedro Mártir, al sur de Sierra Juárez, está separado por una zona de acomodamiento estructural en las inmediaciones de la Sierra Las Tinajas (Figura 2). Esta zona de acomodamiento estructural conecta el bloque de techo del detachment Cañada David (DCD) con el bloque de piso de falla San Pedro Mártir (Lee et al., 1996). El escarpe de Sierra San Pedro Mártir representa el bloque de piso de la falla del mismo nombre. El bloque de techo está basculado al oeste debido al desplazamiento vertical y hacia el este de la falla San Pedro Mártir (Dokka y Merriam; 1982; Axen, 1995). En planta, la zona de falla San Pedro Mártir comprende cuatro subsegmentos controlados por fallas normales cóncavas al este que acomodan los ~5 km de deslizamiento vertical (Figura 2) (Slyker, 1970 y 1974; Hamilton, 1971; Gastil et al., 1975; Dokka y Merriam, 1982). El basculamiento hacia el oeste de los estratos volcánicos y sedimentarios neogénicos en las sierras San Felipe, Santa Rosa y San Fermín sugiere que la falla San Pedro Mártir es lístrica a profundidad y con transporte hacia el este (Dokka y Merriam, 1982; Stock y Hodges, 1990; Stock et al., 1998). Por lo tanto, los segmentos del escarpe de Sierra Juárez y Sierra San Pedro Mártir están controlados por fallas maestras con sentido de transporte opuesto y están separadas por una zona de acomodamiento estructural.

El presente trabajo analiza los resultados de la medición cuantitativa de la topografía y la aplicación de diversos parámetros e índices geomorfológicos en los escarpes de la Sierra San Pedro Mártir y Sierra Juárez, con el objetivo de verificar si estos índices geomorfológicos efectivamente concuerdan con los modelos estructurales propuestos por Axen (1995), Axen y Fletcher (1998) y Fletcher y Spelz (2009).

 

Geología del Escarpe Principal del Golfo

El basamento de Sierra Juárez está constituido por granodiorita y tonalita del Cretácico tardío que intruyeron esquistos y gneisses del Paleozoico-Mesozoico (Gastil et al., 1975; Ortega-Rivera, 2003; Todd et al., 2003) (Figura 2). En la porción norte de Sierra Juárez afloran tobas andesítico-dacíticas de ~18.5 Ma que también afloran al pie del escarpe, con una diferencia de elevación de ~1000 m producida por varias fallas que acomodan desplazamientos verticales (Romero-Espejel, 1997; Fletcher y Spelz, 2009). En la porción sur de Sierra Juárez una secuencia de areniscas conglomeráticas y lavas basálticas del Mioceno temprano-medio cubren el basamento (Gastil et al., 1975). Por encima, afloran tobas y basaltos del Mioceno medio que anteceden la formación del escarpe; estas relaciones estructurales acotan el inicio de la extensión (y del escarpe) a una edad posterior a 11 Ma (Gastil et al., 1975; Mendoza-Borunda et al., 1998).

El basamento cristalino de Sierra San Pedro Mártir también está constituido por rocas metasedimentarias del Paleozoico intruídas por tonalita y granodiorita del Cretácico tardío (Gastil et al., 1975; Johnson et al., 1999; Ortega-Rivera, 2003) (Figura 2). En la porción sur del escarpe de San Pedro Mártir afloran rocas volcánicas y depósitos aluviales del Mioceno tardío cortados por las fallas neogénicas en la parte alta de la provincia volcánica de Puertecitos (Stock, 1993; Nagy et al., 1999). Las edades de exhumación de bloques cristalinos en Sierra San Felipe y Sierra Santa Rosa (al este de la falla San Pedro Mártir) indican que el proceso de extensión comenzó entre ~9 y 7 Ma al este de la falla San Pedro Mártir (Seiler et al., 2010) (Figura 2), y es posible que las fallas que controlaron la extensión inicial estuvieron cinamaticamente conectadas con la falla San Pedro Mártir.

 

METODOLOGÍA

El análisis geomorfológico de la región del norte de Baja California se basó en los modelos digitales de elevación (MDE) con resolución espacial de ~28 m del servidor del Mapa Nacional <http://nationalmap.gov/> del Servicio Geológico de Estados Unidos (USGS, por sus siglas en inglés). Los MDE contienen datos de elevación del National Elevation Data (NED) y del Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática (INEGI). El USGS mejoró y homogeneizó la calidad de los datos de elevación con algoritmos que filtran la mayoría de los artefactos y ajustó los límites de frontera entre datos de ambas fuentes (Oimoen, 2000).

Para procesar los datos del terreno y llevar a cabo el análisis geomorfológico se emplearon los paquetes de software River Tools 3.0, Geomorphtools (http://www.geomorphtools.org) y ArcGis 9.2. Sobre los MDE se definieron los límites de las cuencas Laguna Salada y Valle Chico-San Felipe (Figura 1), también se delimitaron las subcuencas en los escarpes de Sierra San Pedro Mártir y Sierra Juárez, tomando como punto de partida su desembocadura localizada al pie del escarpe (Figura 1). Las subcuencas representan la unidad básica de este estudio, y es donde se registraron conjuntos de índices y de parámetros geomorfológicos.

 

Índices geomorfológicos

Los parámetros geomorfológicos medidos en este estudio describen los rasgos más importantes para la interpretación de las estructuras que controlan la tectónica de la región norte de Baja California. Estos parámetros son: 1) La elevación de la desembocadura: muestra la variación de levantamiento del bloque de piso a través del trazo de la falla que bordea el frente montañoso; 2) el relieve de subcuencas: representa un efecto directo de la magnitud del levantamiento tectónico, expresa la diferencia de alturas entre la cima y la desembocadura de las subcuencas; 3) la pendiente del terreno: exhibe contrastes significativos de la morfología de las subcuencas que derivan de procesos de erosión causados por la caída del nivel base; la pendiente se midió en términos de porcentaje (Strahler, 1956), y para su interpretación se consideró el valor medio de cada subcuenca; y 4) el área de subcuencas: revela su estado de evolución y su forma conduce a la formulación del índice cociente de elongación.

Los índices geomorfológicos son modelos más elaborados y al igual que los parámetros, miden y expresan propiedades muy particulares de la topografía de una región tectónicamente activa. La Tabla 1 explica los índices geo-morfológicos empleados en este análisis.

 

RESULTADOS

El frente montañoso de Sierra San Pedro Mártir visto en planta comprende cuatro segmentos cóncavos al este, con fronteras laterales definidas por salientes encorvadas. De sur a norte, los segmentos 1, 2 y 4 están alineados entre sí y tienen un azimut de 325°; el segmento 3 se ubica al este de los segmentos 1, 2 y 4 y forma un dominio saliente del frente montañoso. Las subcuencas de Sierra San Pedro Mártir están identificadas por la posición de sus centroides proyectados ortogonalmente hacia una línea de referencia con azimut de 325° (Figura 3).

En el frente montañoso de Sierra Juárez identificamos cuatro segmentos con base en cambios geomorfológicos y estructurales (Figura 4). Los resultados de los parámetros e indicadores geomorfológicos en las subcuencas de Sierra Juárez son identificables por la posición de sus desembocaduras a lo largo del frente montañoso (Figura 4).

 

Relación entre la sinuosidad del frente montañoso (S_mf), el índice V_f y la elevación de la desembocadura de subcuencas

El índice S_mf calculado a cada 5 km sobre la base del escarpe, presenta valores de sinuosidad que oscilan entre 1.00 y 1.28 (Figura 5a). Aunque el intervalo de los valores de sinuosidad es muy estrecho, se pueden observar cambios significativos entre ambos frentes montañosos. El frente montañoso de San Pedro Mártir presenta variaciones importantes en su sinuosidad, principalmente en secciones cercanas a los límites de los segmentos 1-2 y 2-3, donde el índice S_mf se incrementa abruptamente hasta alcanzar valores de 1.18 y 1.28, respectivamente. En contraste, los valores de sinuosidad en Sierra Juárez son menores, alcanzan un valor máximo de ~1.15 y presentan rangos de incertidumbres menores que en Sierra San Pedro Mártir (Figura 5a). La porción central del frente montañoso de Sierra Juárez es poco sinuosa, excepto en una sección donde se registra un valor de sinuosidad de ~1.07 (km 68). Este valor coincide con la presencia de un segmento del escarpe de Sierra Juárez que esta desplazado hacia el este (Figura 4). El índice de sinuosidad se incrementa en sus extremos sur y norte, donde S_mf tiene valores de sinuosidad >1.04, muy semejantes al general para Sierra Juárez (1.062). Este último dato es significativamente menor que la sinuosidad del frente montañoso en Sierra San Pedro Mártir (1.112) (Figura 5a).

El índice V_f señala la presencia de valles profundos en la parte central de ambos frente montañosos. En contraste, los valles amplios se desarrollan hacia los extremos de los dos frentes montañosos (Figura 5b) y son consistentes con los registros de valores de sinuosidad altos, observados en los mismos segmentos de estos escarpes.

La elevación de la desembocadura de las subcuencas a lo largo del sistema de falla de San Pedro Mártir registra cambios abruptos que corresponden con los límites de la falla San Pedro Mártir (Figura 6a). Los cambios de este parámetro sugieren que el frente montañoso se levanta de forma discontinua. Los cambios más significativos se observan en dos secciones del frente montañoso. En el límite de los segmentos 1-2, la elevación de la desembocadura de un conjunto de subcuencas es más baja en comparación con el resto del escarpe. En contraste, la elevación de las desembocaduras en torno al límite de los segmentos 3-4 se incrementa respecto a las subcuencas adyacentes, lo que sugiere un cambio en el gradiente de levantamiento. En Sierra Juárez, los cambios más importantes en la elevación de la desembocadura se observan en la porción sur y norte del segmento 3 del escarpe. Estos cambios señalan la presencia de altos estructurales en el bloque de techo del detachment de Cañada David donde la subsidencia no fue suficiente para cubrir las rocas cristalinas que constituyen el basamento (Figura 7a).

 

Relieve

En Sierra San Pedro Mártir el relieve varía entre 500 y 2500 m y se incrementa sistemáticamente hacia el centro de la falla San Pedro Mártir (segmento 3) (Figura 6b), donde se ubica la cima más alta de la península de Baja California con ~3042 m snmm.

En el frente montañoso de Sierra Juárez los valores de máximo relieve están entre 935 y 1700 m (Figura 7b). En el segmento 3 se observa el mayor relieve, particularmente en el km 90 del escarpe, disminuyendo hacia sus extremos norte y sur. Estas variaciones del relieve reflejan gradientes en el desplazamiento a lo largo de la zona de falla que controla el escarpe. Es importante señalar que el área de algunas subcuencas que alcanzan la divisoria oeste de Laguna Salada se incrementa dentro de los segmentos 2-4 (Figura 7c), un resultado diferente al esperado.

 

Elongación de las subcuencas

La elongación de las subcuencas en San Pedro Mártir tiene un patrón menos definido que el relieve (Figura 6f). Sin embargo, algunas subcuencas que alcanzan la cima son muy elongadas en la parte central del escarpe de Sierra San Pedro Mártir. Las subcuencas más elongadas se encuentran

en los segmentos 2 y 4, muy cercanas a los límites con el segmento 3. Adyacentes a estas subcuencas, otras sub-cuencas son mucho menos elongadas y con una forma más irregular. En el segmento 3 del escarpe de Sierra Juárez se observan las cuencas con mayor elongación, y la elongación de las subcuencas tiende a disminuir hacia los extremos de ese frente montañoso (Figura 7f).

 

Integral hipsométrica

La integral hipsométrica en las subcuencas de San Pedro Mártir presenta valores dentro del rango de 0.34 a 0.63, típicos de subcuencas en etapa de madurez (Strahler, 1952). La variación en los valores de la integral a lo largo de este frente montañoso es menor que en Sierra Juárez, y no hay correlación con el gradiente de desplazamiento (Figura 6e). En Sierra Juárez los resultados de la integral hipsométrica en las subcuencas del segmento 3 señalan dos conjuntos de subcuencas, unas alcanzan la divisoria occidental de Laguna Salada y otras no (Figura 7e). Las subcuencas que alcanzan la divisoria de la cuenca Laguna Salada cubren el área semiplana que denominamos Mesa Juárez Oriental (MJO) y presentan valores de la integral hipsométrica distintivamente muy altos, entre 0.72 y 0.82 (Figura 8), los cuales son representativos de superficies pobremente disectadas (Strahler, 1952). En las subcuencas de zonas escarpadas, los valores de la integral hipsométrica entre 0.44 y 0.70 indican avances significativos de los procesos de disección sobre el escarpe (Figura 9).

 

Pendiente, índice SA e índice k_sn

En Sierra San Pedro Mártir, la pendiente y los índices SA y k_sn presentan patrones muy similares entre sí, y muy parecidos al relieve (Figuras 6b, 6d, 6g y 6h). Éstos señalan un incremento significativo hacia la parte central del frente montañoso. En el segmento 3 de Sierra Juárez, los resultados de pendiente, índice SA y k_sn (Figuras 7d, 7g y 7h) presentan un patrón semejante entre sí. Los valores de los índices SA y k_sn tienen gradientes más altos hacia la parte central del frente montañoso. Las subcuencas que alcanzan la divisoria occidental de Laguna Salada tienen valores de pendiente medias muy bajos (12-44 %), mientras que las subcuencas localizadas en superficies escarpadas tienen pendientes medias de hasta 70%.

 

Índice de concavidad

En subcuencas del frente montañoso de San Pedro Mártir hay secciones de cauces principales con valores de concavidad alta y extrema; éstos se concentran en la parte central del escarpe. En los extremos sur y norte, los valores disminuyen significativamente en magnitud y frecuencia. En Sierra Juárez, los índices de concavidad alta y extrema se concentran especialmente en secciones de cauces principales de los segmentos 2, 3 y 4. Estas secciones se caracterizan por tener cauces muy cortos que se desarrollan sobre la zona escarpada del frente montañoso. Los valores de concavidad entre 10 y 27, que satisfacen el criterio de correlación establecido en este estudio (R² >83%), representan secciones de canal que se desarrollan sobre morfologías de knickpoints.

 

DISCUSIÓN

Los frentes montañosos de Sierra San Pedro Mártir y Sierra Juárez están alineados y a simple vista, son topográficamente muy semejantes debido a que representan un cambio abrupto del relieve hacia el este de la península de Baja California. Sin embargo, el mecanismo tectónico-estructural que produce este relieve es diferente en estos dos segmentos del rift. El escarpe de San Pedro Mártir se formó en el bloque de piso del sistema de fallas normales con caída al este que constituye la zona de falla San Pedro Mártir (Dokka y Merriam, 1982; Stock y Hodges, 1989). Por lo tanto, cada incremento en el desplazamiento aumenta el relieve del escarpe, y los índices geomorfológicos de sinuosidad, V_fi SA y k_sn así como el relieve y la pendiente, muestran que el mayor desplazamiento vertical se localiza en la porción central de la falla San Pedro Mártir. En contraste, el escarpe de Sierra Juárez se formó en el bloque de techo de las fallas maestras Canada David y Laguna Salada que controlan la subsidencia de la cuenca Laguna Salada. Esto implica que cada incremento en el desplazamiento a lo largo del sistema de estas fallas adelgaza la corteza y tiende a disminuir el relieve del escarpe. No obstante, la geometría de este segmento del rift que se caracteriza por la flexión monoclinal tipo rollover (Axen, 1995), aumenta el relieve del escarpe de Sierra Juárez con el movimiento del sistema de fallas a lo largo de este frente montanoso.

El rebote isostático debido al emplazamiento de la astenósfera por debajo de la corteza adelgazada en la Provincia Extensional del Golfo es otro mecanismo de formación del relieve en el Escarpe Principal del Golfo, y el cual debe afectar a los dos segmentos de falla de la misma manera. Los registros de sismicidad y la presencia de escarpes cuaternarios a lo largo de su longitud demuestran que los dos sistemas de falla son activos (Brown, 1978; Frez y González, 1991; Frez y Frías-Camacho, 1998). Por lo tanto, se considera que la diferencia entre los modelos estructurales anteriormente mencionados son los factores más importantes que controlan el contraste en la evolución geomorfológica del Escarpe Principal del Golfo en el norte de Baja California.

Mediante el análisis geomorfológico se documentaron diferencias significativas que son congruentes con dos distintas configuraciones estructurales en los dos segmentos del Escarpe Principal de Golfo (c.f. Axen, 1995; Lee et al., 1996). En el frente montañoso de San Pedro Mártir hay parámetros e indicadores que tienen una relación directa con un gradiente de desplazamiento de la falla maestra, estos son: relieve, pendiente, sinuosidad, índice V, índice SA, índice de concavidad y el índice k_sn. Aunque tienen cambios significativos, la sinuosidad y el índice Vf demuestran que el frente montañoso está controlado por un levantamiento tectónico activo. La magnitud del relieve (500 a 2500 m) se incrementa desde los extremos hacia la porción central del sistema de fallas maestras (Figura 6b). El relieve está relacionado con la variación de la pendiente y de los índices SA y ksn (Figuras 6d, 6g y 6h), los cuales presentan un comportamiento similar debido a un incremento en la tasa de incisión, lo que conduce a un incremento en el relieve. El incremento de las concavidades extremas (6 >1) aguas abajo, probablemente registra diferencias temporales de levantamiento (Brown, 1978) (Figura 10). En resumen, estos resultados señalan la existencia de un gradiente de desplazamiento a lo largo de la falla San Pedro Mártir, el cual se incrementa en la parte central donde se han detectado los mayores espesores de basamento producidos por la falla San Pedro Mártir (Slyker, 1970; 1974).

El área de las subcuencas en el escarpe de Sierra San Pedro Mártir se incrementa significativamente en los segmentos 1, 2 y 4 (Figura 6c). Las subcuencas en esta zona son poco elongadas y presentan un patrón diferente al del relieve en los segmentos 1 y 4 (Figuras 6f y 6b), es donde el índice V_f caracteriza amplios valles aluviales (Figura 5b). Interpretamos que la forma y el tamaño de las subcuencas se deben a heterogeneidades litológicas con diferente resistencia a la erosión (Figura 2), así como a la captura del área de drenaje de subcuencas adyacentes (Figura 3). Esto se puede interpretar como el dominio de procesos de denudación selectiva controlados por la litología del escarpe. Al menos cuatro casos muy claros de este tipo de subcuencas se observan en los segmentos 1, 2 y 4 (Figura 2, subcuencas con achurado blanco), donde existen contactos litológicos entre rocas metamórficas del Paleozoico y tonalita o granodiorita del Cretácico.

En el escarpe de Sierra Juárez, la baja sinuosidad y el índice V_f (Figura 5a y 5b) manifiestan el control tectónico que ejerce el sistema de fallas sobre su porción central. Los valores máximos del índice de concavidad confirma la fuerte actividad tectónica sobre este frente montañoso (Figura 10), y estas concavidades altas se concentran casi por completo en las zonas más escarpadas (Díaz-Torres, 2010).

En la porción central y norte de Sierra Juárez se observa el mayor relieve del frente montañoso (940-1700 m) (Figura 7b). En esta región del escarpe de Sierra Juárez, el relieve corresponde con la baja sinuosidad del pie del escarpe (Figura 5a). Los resultados de los índices SA, k_sn y pendiente son consistentes entre sí y presentan sus valores más altos en la parte central de Sierra Juárez.

Los cambios en la elevación de la desembocadura de las subcuencas a lo largo de la porción sur y norte del escarpe de Sierra Juárez señalan la presencia de altos estructurales formados por rocas del basamento separados del mismo escarpe (Romero-Espejel, 1997; Fletcher y Spelz, 2009). Esto indica que el escarpe de Sierra Juárez está controlado principalmente por desplazamientos tectónicos, más que por cambios en el nivel base impuestos por el relleno sedimentario de la cuenca Laguna Salada y/o por inundaciones del vaso de la Laguna producidas por el Río Colorado (Contreras et al., 2005).

El desarrollo de algunas subcuencas en el escarpe de Sierra Juárez ha causado la captura irregular del drenaje sobre la Mesa Juárez Oriental, ocasionando que el área de estas subcuencas se haya incrementado y su forma sea más compleja (Figuras 4 y 7c).

Los indicadores geomorfológicos de sinuosidad, Vf, SA, K_sn, θ y la integral hipsométrica, así como los parámetros de relieve y pendiente sugieren que la porción central y norte del frente montañoso en Sierra Juárez (segmentos 3 y 4) son tectónicamente más activos y consistentes con la interpretación del modelo geológico estructural de Axen (1995) y Lee et al. (1996). En estos segmentos, el sistema de falla Sierra Juárez produce una continua microsismicidad (Frez y González, 1991; Frez y Frías-Camacho, 1998).

La comparación del relieve, pendiente, índices SA y k_sn entre los dos frentes montañosos indica que el escarpe de Sierra Juárez tiene valores más bajos, aunque con magnitudes semejantes a lo que se observa en los extremos sur y norte del sistema San Pedro Mártir, en donde disminuye el levantamiento de la falla maestra (Figuras 11a, 11b, 11c y 11d).

 

Interpretación de Mesa Juárez Oriental

Los valores elevados de la integral hipsométrica en Sierra Juárez reflejan la presencia de la Mesa Juárez Oriental; estos valores son mayores que los observados en Sierra San Pedro Mártir (Figura 11e). La inclinación del terreno y la configuración de los sistemas fluviales resaltan el basculamiento regional de la corteza granítica en el norte de Baja California (Figura 12). La vertiente oriental del Escarpe Principal del Golfo se caracteriza por tener altas pendientes y drenajes pequeños; estas características morfológicas contrastan con la vertiente del Pacífico. La cima del escarpe de los dos segmentos montañosos exhibe la planicie de erosión desarrollada entre el Cretácico tardío y el Eoceno (Axen et al., 2000). En Sierra San Pedro Mártir, la antigua planicie de erosión está basculada enteramente hacia el oeste y no incluye subcuencas con drenaje invertido hacia el este. En contraste, la Mesa Juárez Oriental presenta una dirección de flujo hacia el este, sobrepuesta a los remanentes de paleocanales que drenaron la planicie de erosión en dirección al Océano Pacífico antes del inicio de la extensión en el Golfo de California (Figuras 12 y 13).

Proponemos que la pendiente de la Mesa Juárez Oriental se debe a la flexión monoclinal de un pliegue rollover en el bloque de techo de las fallas Cañada David y Laguna Salada (Axen, 1995; Fletcher y Spelz, 2009) (Figuras 13 y 14). En este sistema estructural la divisoria del drenaje en la porción central y norte de Sierra Juárez define la línea de inflexión (hinge line) correspondiente al plano axial del pliegue rollover, y la superficie de la Mesa Juárez Oriental constituye el flanco oriental del pliegue rollover (Figura 13), que es controlado por el desplazamiento de la falla maestra Laguna Salada. Esto implica que si bien la falla Laguna Salada tiene ~50-60° de buzamiento en superficie, esta falla tendría una geometría lístrica a profundidad (e.g., Fletcher y Spelz, 2009) (Figura 14). La geometría lístrica es necesaria para formar monoclinales de tipo 'rollover ' y para producir el basculamiento antepuesto (hacia el este) de la Mesa Juárez Oriental que se documenta en este estudio.

 

CONCLUSIONES

Los resultados del análisis geomorfológico en los escarpes de Sierra San Pedro Mártir y Sierra Juárez aportan nuevas evidencias de la morfología en el extremo norte del Escarpe Principal del Golfo. Las diferencias de los modelos estructurales de esta región explican los contrastes morfo-métricos de estos dos escarpes del rift.

La sinuosidad y la V_f en la base del escarpe demuestran que los frentes montañosos de San Pedro Mártir y Sierra Juárez son tectónicamente activos. El relieve, la pendiente y los índices SA, K_sn y 6 presentan un gradiente de desplazamiento que se incrementa hacia la parte central del frente montañoso de Sierra San Pedro Mártir; mientras que en Sierra Juárez, demuestran que el gradiente de desplazamiento se incrementa desde la parte central del frente montañoso en dirección al noroeste. Los resultados de estos índices geomorfológicos son consistentemente mayores en Sierra San Pedro Mártir.

El área y la elongación en algunas subcuencas de Sierra San Pedro Mártir señalan que el control litológico es mayor hacia los extremos del escarpe, donde el tamaño y forma de estas subcuencas presentan un desarrollo irregular.

En particular, los segmentos 1, 2 y 4 del frente montañoso de Sierra San Pedro Mártir presentan un importante avance en el proceso de denudación. En Sierra Juárez, el gran tamaño y forma irregular de las subcuencas está asociado principalmente a la presencia de la Mesa Juárez Oriental. Además, el análisis hipsométrico sobre el frente montañoso de Sierra Juárez confirma la presencia de la Mesa Juárez Oriental, la cual se caracteriza por una morfología semiplana y poco común que drena al oriente; esta morfología la interpretamos como el flanco oriental de un pliegue anticlinal de tipo rollover, formado por la flexión monoclinal en el bloque de techo del sistema de fallas Cañada David y Laguna Salada, mientras que el límite occidental de la cuenca Laguna Salada define la línea de inflexión correspondiente al plano axial del pliegue rollover.

El rebote isostático y el relieve desarrollado debido al emplazamiento de la astenósfera por debajo de la corteza adelgazada del rift en la Provincia Extensional del Golfo, se refleja en los parámetros e indicadores geomorfológicos obtenidos. Estos exhiben contrastes significativos entre ambos segmentos. Cada incremento en el desplazamiento de la falla San Pedro Mártir aumenta el relieve en la porción central de este escarpe. En contrate, el desplazamiento de las fallas maestras Cañada David y Laguna Salada adelgaza la corteza y tiende a disminuir el relieve del escarpe en Sierra Juárez, que está en el bloque de techo de esas fallas; sin embargo, la geometría de este segmento del rift responde a una flexión causada por un pliegue de tipo rollover, que aumenta el relieve del escarpe de Sierra Juárez con el movimiento de las fallas distribuidas a través de este frente montañoso. Concluimos que la diferencia entre estos dos modelos estructurales son los factores más importantes que controlan el contraste en la evolución geomorfológica del Escarpe Principal del Golfo en el norte de Baja California.

 

AGRADECIMIENTOS

Expresamos nuestro agradecimiento a la Dra. Ewa Szynkaruk, al Dr. Antonio Azor y al Dr. Miguel Castillo Rodríguez por sus valiosas observaciones y aportaciones al presente trabajo. También agradecemos al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) por el aporte de recursos del proyecto No. 81463, con lo cual se facilitó llevar a cabo el trabajo de investigación del cual parten los resultados expuestos en este documento.

 

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