La espalación por impacto en la naturaleza y en experimentos

La espalación es un proceso bien conocido en la mecánica de fracturas así como en la craterización por impacto. Ha sido estudiado desde el punto de vista teórico y experimental por diversos investigadores. Desafortunadamente, es menos conocido que la espalación puede también ser observada – en el campo - como un fenómeno geológico actual que existe en y alrededor de las estructuras de impacto. La presente IMAGEN SEMANAL muestra los ya conocidos rasgos de espalación presentes en los conglomerados situados alrededor de las estructuras de impacto de Azuara/Rubielos de la Cérida, ahora reconocidas como parte de una larga cadena de impacto de 120 Km (ver Ernstson, K., Claudin, F., Schüssler, U. & Hradil, K. (2002): The mid-Tertiary Azuara and Rubielos de la Cérida paired impact structures (Spain). - Treb. Mus. Geol. Barcelona, 11, 5-65 - Resumen: por favor clique!; y Ernstson, K., Schüssler, U., Claudin, F. & Ernstson, T. (2003): An Impact Crater Chain in Northern Spain. - Meteorite, 9/3, 35-39 -, por favor clique!), y las prominentes fracturas de espalación recientemente observadas en eyectas (en el eyecta de la Fm. Pelarda) procedentes de esta cadena de cráteres.

La espalación se produce cuando un pulso compresivo de choque afecta la superficie libre o límite de un material con reducida impedancia (= el producto de la densidad y la velocidad del sonido), donde se refleja como un pulso de rarefacción. Los esfuerzos tensionales reflejados llevan a la separación de un fragmento o una serie de fragmentos.

Efectos de espalación prominentes han sido documentados en los conglomerados chocados del Buntsandstein expuestos alrededor de las estructuras de impacto de Azuara/Rubielos de la Cérida. Detalles sobre estos rasgos geológicos de espalación han sido descritos en Ernstson, K., Rampino, M.R., and Hiltl, M. (2001): Cratered cobbles in Triassic Buntsandstein conglomerates in northeastern Spain: An indicator of shock deformation in the vicinity of large impacts. Geology, 29, 11-14., y pueden hallarse en http://estructuras-de-impacto.impact-structures.com/spain/shocked.htm .

Imágen A. Fracturas abiertas de espalación
subparalelas presentes en un canto chocado
de cuarcita procedente de los conglomerados
del Buntsandstein.

Image B. Spallation crater in a shocked
quartzite cobble from Buntsandstein
conglomerates.

Images D

Images E

Images D, E. Concave spallation fracture surfaces in quartzite boulders from the Pelarda Fm. ejecta.

Las imágenes A y B muestran rasgos típicos de espalación debida a choque presentes en cantos cuarcíticos del Buntsandstein: fracturas abiertas de espalación subparalelas (imagen A) y una superficie cóncava de fractura formando un cráter después del desprendimiento de un fragmento de morfología lenticular (imagen B). Esta fractura de espalación cóncava cerca de una superficie de reflexión esférica es predicha por la teoría (difícilmente explicable por cualquier otro proceso geológico) y puede ser producida experimentalmente como se puede apreciar en la imagen C.

Los experimentos de choque fueron realizados en el Instituto Fraunhofer para Dinámicas de alta velocidad (Ernst-Mach-Institut) de Freiburg, Alemania. Como objetivos se usaron 2 esferas de cuarzo (de cristal de roca) en contacto, que a su vez se hallaban inmersas en una matriz de resina sintética. Los disparos fueron realizados a velocidades que oscilaban entre 25 y 115 m/s, correspondiendo a unas presiones de impacto iniciales comprendidas entre 0.55 y 2.5 GPa (entre 5.5 y 25 Kbar). Las esferas fueron posteriormente cortadas por la mitad (imágen C, correspondiente al disparo 3), realizándose secciones delgadas. Los resultados del proceso fueron publicados en un artículo de Ernstson, Rampino y Hilt (ver arriba). Aquí, puede apreciarse que la muestra correspondiente al disparo 3 (de baja velocidad de impacto) – que se muestra en la imagen C – exhibe una clara fractura de espalación en la parte derecha de la esfera (que por otra parte esta “intocada”).

En el artículo de Ernstson/Rampino/Hilt publicado por Geology (ver arriba), se destacaba la importancia de tales conglomerados autóctonos deformados por choque como criterio de características de impacto en una zona.

Aquí, comentamos las recientes observaciones de fracturas prominentes de espalación halladas en bloques cuarcíticos del eyecta de impacto de las estructuras de impacto de Azuara/Rubielos de la Cérida (Fm. Pelarda). La imagen D muestra un bloque típicamente deformado que exhibe una superficie cóncava de fractura de espalación que es el “imagen reflejada” de la superficie convexa (dibujada como una línea blanca discontinua en la imagen D) del gran fragmento desprendido ( y ahora perdido). Una fractura de espalación similar puede apreciarse en la imagen E.

Los bloques cuarcíticos (la mayoría de cuarcitas de Bámbola Cámbricas y de cuarcitas armoricanas del Ordovícico) formaban parte de la zona superior (mayoritariamente constituida por sedimentos molásicos) del objetivo puramente sedimentario y, en el impacto, experimentaron un choque entre moderado y fuerte antes de la fase de excavación y eyección. El choque esta documentado por la presencia de múltiples conjuntos de PDFs en los bloques de cuarcita (ver, p.e., los sólidos análisis realizados por la Dra Ann Therriault, en: Ernstson, K., Claudin, F., Schüssler, U. & Hradil, K. (2002): The mid-Tertiary Azuara and Rubielos de la Cérida paired impact structures (Spain). - Treb. Mus. Geol. Barcelona, 11, 5-65 - Resumen clicar por favor!, y en http://www.estructuras-de-impacto.impact-structures.com/spain/impact/shockeffects.htm). Asumimos que las fracturas de espalación en los grandes bloques de cuarcita se originaron en el inicio del proceso de choque, aunque una formación por colisión entre bloques de cuarcita durante la excavación y la eyección también debiera tenerse en cuenta.