En geología, del fracaso pueden surgir grandes cosas. La falla del Medio Continente se formó hace unos 1100 millones de años y se extiende justo en el centro de Estados Unidos, a la altura de los Grandes Lagos. La falla no se rompió por completo y, de haberlo logrado, habría destrozado Norteamérica. Bajo la inmensa presión del retroceso de las placas tectónicas, la litosfera debilitada creó una cuenca en la corteza que finalmente fue rellenada por el Lago Superior, y también expuso una franja de 3000 km de rocas ígneas y sedimentarias profundamente enterradas.
por Jorge Salazar, Universidad de Texas en Austin
Aunque durante mucho tiempo fue un misterio, los detalles de la falla de rift se están aclarando gracias a las simulaciones de supercomputadoras asignadas por ACCESS a la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF) en el sistema Stampede3 del Centro de Computación Avanzada de Texas (TACC) , realizadas por un par de científicos de la Universidad de Memphis. Sus hallazgos podrían ayudar a comprender la falla de rift en otras partes del mundo, con aplicaciones en energía geotérmica renovable, minerales de tierras raras y más.
«Nuestro principal hallazgo es que podemos comprender la pérdida de fuerza impulsora en los sistemas de rift en función de tres parámetros: cuánto se reduce la fuerza impulsora, con qué velocidad se reduce y qué tan madura está la grieta cuando comienza a perderla», afirmó Kuruvitage Chameera Silva, estudiante de doctorado de la Universidad de Memphis. Silva copublicó un estudio en Scientific Reports con su asesor, Eunseo Choi, quien dirige el Grupo de Investigación en Geodinámica del Centro de Investigación e Información Sísmica.
«Al ejecutar numerosos modelos numéricos mientras variamos esos tres parámetros, pudimos determinar con exactitud cuándo la extensión continental continúa hasta su completa ruptura y cuándo falla», añadió Choi.
«El programa ACCESS de la NSF desempeña un papel fundamental para que los recursos de supercomputación estén ampliamente disponibles para investigadores de todo Estados Unidos», afirmó Silva. «Estas asignaciones de supercomputadoras me proporcionaron, como estudiante de investigación, los recursos informáticos de alto rendimiento necesarios para realizar las simulaciones de rifting continental de alta resolución, fundamentales para este estudio, un trabajo que habría sido imposible con máquinas locales».
Supercomputación de las grietas continentales
Los científicos utilizaron la supercomputadora Stampede3 del TACC para simular lo que ocurre cuando una placa tectónica se separa de sus lados. En lugar de prescribir una velocidad fija, aplicaron condiciones de contorno de fuerza más realistas que evolucionan a lo largo de los millones de años modelados. También emplearon recursos de computación de alto rendimiento (HPC) de la Infraestructura Computacional para Geodinámica de la Universidad de Memphis.
Los modelos numéricos se realizaron utilizando el código geodinámico ASPECT que tuvo en cuenta tanto las fuerzas impulsoras de la tracción que estira la zona de rift y el gradiente de energía gravitacional, como las fuerzas de resistencia del enfriamiento litosférico, la resistencia del rift y el arrastre del manto.
«Este es el primer estudio que implementó con éxito los modelos de extensión continental impulsados por límites de fuerza en el código ASPECT», dijo Silva.
Los desarrolladores de ASPECT ayudaron al equipo a simular los entornos tectónicos tensionales, donde cada modelo 2D requería 128 núcleos o aproximadamente tres nodos para ejecutarse durante dos días y obtener un tiempo de simulación de 20 millones de años. El manuscrito publicado contiene 23 modelos.
«La supercomputadora Stampede3 demostró ser una plataforma excelente para este trabajo, y ASPECT cuenta con una arquitectura bien probada. La instalación fue sencilla y el sistema ofreció un excelente rendimiento en paralelo con tiempos de espera razonables», afirmó Silva. «Esto me permitió ejecutar conjuntos de modelos, barridos de parámetros y análisis reológicos complejos de forma eficiente, acelerando considerablemente el ritmo de la investigación».
Más allá de la potencia de procesamiento, la iniciativa NSF ACCESS también ayudó a Silva a desarrollar habilidades esenciales de HPC, como la escritura de scripts SLURM, la gestión de cargas de trabajo paralelas y la optimización de simulaciones a gran escala. «La documentación clara y el soporte al usuario me permitieron centrarme en los objetivos científicos en lugar de en los obstáculos técnicos», añadió.
Debajo de la superficie
A medida que una placa tectónica se estira, se vuelve más delgada y débil. Si la fuerza impulsora no es suficiente para estirar la litosfera, esta se enfría y se engrosa. Que una grieta siga expandiéndose, dividiendo finalmente un continente, o se detenga a mitad de la formación de un valle principal depende de la competencia entre las fuerzas que se debilitan y las que se fortalecen. El destino de la grieta está determinado por la rapidez con la que la placa se debilita en comparación con la fuerza con la que sigue separándose.
Una reducción significativa de la fuerza impulsora detiene el rifting y no produce ruptura continental. Con una pequeña reducción, el rifting se ve poco afectado, procediendo a la ruptura continental. Sin embargo, una sorpresa en los resultados del estudio fue que, cuando la fuerza impulsora disminuye muy lentamente, tendrá tiempo suficiente para madurar el rift, promoviendo la ruptura continental. Además, cuanto más madura se vuelve un rift, más débil se vuelve. Por lo tanto, es más probable que un rift continental complete su ruptura si comienza a perder la fuerza impulsora en una etapa suficientemente tardía del desplazamiento.
Esta nueva investigación ayuda a la comunidad científica en general al conectar la dinámica de las profundidades terrestres con la evolución superficial de forma cuantitativa y comprobable. Muestra cómo los cambios en el estrés, el calor y la estructura litosférica dan lugar a los diversos comportamientos de las rifts que observamos en todo el mundo, desde rifts que han formado océanos con éxito hasta rifts fallidos de larga duración.
«Las supercomputadoras nos permiten ‘ver’ procesos dentro de la Tierra que nunca podríamos observar directamente, en las profundidades del subsuelo y a lo largo de millones de años», afirmó Silva. «Al recrearlos en simulaciones de alta resolución, podemos probar ideas, explorar escenarios hipotéticos y comprender mejor los peligros naturales y la evolución de los continentes».
Detalles de la publicación
Kuruvitage Chameera Chathuranga Silva et al., Las fallas continentales que pierden fuerzas impulsoras aún pueden completar su ruptura, Scientific Reports (2025). DOI: 10.1038/s41598-025-19691-3
