Erosión y tectónica

Interacciones entre erosión y tectónica y sus implicaciones

La interacción entre la erosión y la tectónica ha sido un tema de debate desde principios de la década de 1990. Si bien los efectos tectónicos en los procesos de superficie como la erosión se han reconocido desde hace mucho tiempo (por ejemplo, la formación de ríos como resultado del levantamiento tectónico ), lo opuesto (los efectos erosivos en la actividad tectónica) solo se ha abordado recientemente. ^[1] Las preguntas principales en torno a este tema son qué tipos de interacciones existen entre la erosión y la tectónica y cuáles son las implicaciones de estas interacciones. Si bien esto todavía es un tema de debate, una cosa está clara: el paisaje de la Tierra es producto de dos factores: la tectónica , que puede crear topografía y mantener el relieve a través del levantamiento de la superficie y las rocas, y el clima , que media los procesos erosivos que desgastan las áreas de tierras altas con el tiempo. ^[2] La interacción de estos procesos puede formar, modificar o destruir características geomórficas en la superficie de la Tierra .

Procesos tectónicos

El término tectónica se refiere al estudio de la estructura de la superficie de la Tierra y las formas en que cambia con el tiempo. Los procesos tectónicos ocurren típicamente en los límites de las placas que son de uno de tres tipos: límites convergentes , límites divergentes o límites de transformación . ^[3] Estos procesos forman y modifican la topografía de la superficie de la Tierra, aumentando efectivamente el relieve a través de los mecanismos de elevación isostática , engrosamiento de la corteza y deformación en forma de fallas y plegamientos . El aumento de las elevaciones, en relación con los niveles de base regionales, conduce a gradientes más pronunciados del canal del río y un aumento de la precipitación localizada orográficamente, lo que en última instancia resulta en tasas de erosión drásticamente mayores. La topografía y el relieve general de un área determinada determinan la velocidad a la que fluirá la escorrentía superficial , lo que en última instancia determina el poder erosivo potencial de la escorrentía. Las pendientes más largas y pronunciadas son más propensas a mayores tasas de erosión durante períodos de fuertes lluvias que las áreas más cortas y de pendiente gradual. Por lo tanto, las grandes cadenas montañosas y otras áreas de alto relieve, formadas a través de levantamientos tectónicos tendrán tasas de erosión significativamente más altas. ^[4] Además, la tectónica puede influir directamente en las tasas de erosión en una escala de tiempo corta, como es claro en el caso de los terremotos , que pueden provocar deslizamientos de tierra y debilitar la roca circundante a través de perturbaciones sísmicas.

Si bien el levantamiento tectónico en cualquier caso conducirá a alguna forma de aumento de la elevación, y por lo tanto a mayores tasas de erosión, el enfoque principal se establece en el levantamiento isostático, ya que proporciona una conexión fundamental entre las causas y los efectos de las interacciones tectónicas-erosivas.

Elevación isostática

Comprender el principio de isostasia es un elemento clave para entender las interacciones y retroalimentaciones compartidas entre la erosión y la tectónica. El principio de isostasia establece que cuando es libre de moverse verticalmente, la litosfera flota a un nivel apropiado en la astenosfera de modo que la presión a una profundidad de compensación en la astenosfera muy por debajo de la base de la litosfera es la misma. ^[3] La elevación isostática es a la vez causa y efecto de la erosión. Cuando se produce una deformación en forma de engrosamiento de la corteza, se induce una respuesta isostática que hace que la corteza engrosada se hunda y la corteza más delgada circundante se eleve. La elevación superficial resultante conduce a elevaciones mejoradas, lo que a su vez induce erosión. ^[5] Alternativamente, cuando una gran cantidad de material se erosiona lejos de la superficie de la Tierra, se produce una elevación para mantener el equilibrio isostático. Debido a la isostasia, las altas tasas de erosión en áreas horizontales significativas pueden absorber eficazmente material de la corteza inferior y/o el manto superior . Este proceso se conoce como rebote isostático y es análogo a la respuesta de la Tierra tras la eliminación de grandes capas de hielo glacial. ^[6]

El levantamiento isostático y la erosión correspondiente son responsables de la formación de características geológicas a escala regional, así como de estructuras localizadas. Dos ejemplos de ello son:

Escudos continentales : áreas generalmente grandes de bajo relieve (<100 m) en la corteza terrestre dondese exponen rocas ígneas cristalinas precámbricas y metamórficas de alto grado^{. [3]} Los escudos se consideran áreas tectónicamente estables en comparación con la actividad que ocurre en sus márgenes y los límites entre las placas, pero su formación requirió grandes cantidades de actividad tectónica y erosión. Los escudos, junto con las plataformas estables, son los componentes tectónicos básicos de los continentes, por lo tanto, comprender su desarrollo es fundamental para comprender el desarrollo de otras características de la superficie de la Tierra. Inicialmente, un cinturón montañoso se forma en un margen de placa convergente. La transformación de un cinturón montañoso en un escudo depende principalmente de dos factores: (1) la erosión del cinturón montañoso por el agua corriente y (2) el ajuste isostático resultante de la eliminación de la roca superficial debido a la erosión. Este proceso de erosión seguido de ajuste isostático continúa hasta que el sistema está en equilibrio isostático. En este punto, la erosión a gran escala ya no puede ocurrir porque la superficie se ha erosionado hasta casi el nivel del mar y la elevación cesa debido al estado de equilibrio del sistema.^[3]^[7]

Anticlinales fluviales : estructuras geológicas formadas por el levantamiento concentrado de la roca subyacente a áreas confinadas de alta erosión ( es decir , ríos). El rebote isostático resultante de la rápida eliminación de la roca suprayacente, a través de la erosión, hace que las áreas debilitadas de la roca de la corteza se levanten desde el vértice del río. Para que se produzca el desarrollo de estas estructuras, la tasa de erosión del río debe superar tanto la tasa de erosión promedio del área como la tasa de levantamiento del orógeno. Los dos factores que influyen en el desarrollo de estas estructuras son la fuerza de la corriente del río asociado y la rigidez flexural de la corteza en el área. La combinación de una mayor fuerza de la corriente con una menor rigidez flexural da como resultado la progresión del sistema de un anticlinal transversal a un anticlinal fluvial.^[8]

Flujo de canal

El flujo en canal describe el proceso a través del cual el material viscoso y caliente de la corteza fluye horizontalmente entre la corteza superior y el manto litosférico, y finalmente es empujado hacia la superficie. Este modelo tiene como objetivo explicar las características comunes a las zonas interiores metamórficas de algunos orógenos de colisión , en particular el sistema de la meseta del Himalaya y el Tíbet . En las áreas montañosas con fuertes lluvias (por lo tanto, altas tasas de erosión) se formarán ríos que inciden profundamente. A medida que estos ríos desgastan la superficie de la Tierra, ocurren dos cosas: (1) se reduce la presión sobre las rocas subyacentes, lo que las debilita y (2) el material subyacente se acerca a la superficie. Esta reducción de la resistencia de la corteza, junto con la exhumación erosiva , permite la desviación del flujo del canal subyacente hacia la superficie de la Tierra. ^[9]^[10]

Procesos erosivos

Un arco natural producido por la erosión de rocas meteorizadas de forma diferencial en Jebel Kharaz ( Jordania )

El término erosión se refiere al grupo de procesos naturales, que incluyen la meteorización , la disolución, la abrasión, la corrosión y el transporte, mediante los cuales el material se desgasta de la superficie de la Tierra para ser transportado y depositado en otros lugares.

Erosión diferencial : erosión que se produce a un ritmo irregular o variable, causada por las diferencias en la resistencia y dureza de los materiales de la superficie; las rocas más blandas y débiles se desgastan rápidamente, mientras que las rocas más duras y resistentes permanecen para formar crestas, colinas o montañas. La erosión diferencial, junto con el entorno tectónico, son dos de los controles más importantes de la evolución de los paisajes continentales en la Tierra. ^[7]

La retroalimentación de la erosión sobre la tectónica se da por el transporte de masa superficial o cercana a la superficie (roca, tierra, arena, regolito , etc.) a una nueva ubicación. ^[1] Esta redistribución de material puede tener efectos profundos en el estado de las tensiones gravitacionales en el área, dependiendo de la magnitud de la masa transportada. Debido a que los procesos tectónicos dependen en gran medida del estado actual de las tensiones gravitacionales, la redistribución del material de la superficie puede conducir a la actividad tectónica. ^[1] Si bien la erosión en todas sus formas, por definición, desgasta el material de la superficie de la Tierra, el proceso de pérdida de masa como producto de la incisión fluvial profunda tiene las mayores implicaciones tectónicas.

Desperdicio masivo

Conos de talud producidos por erosión en masa, costa norte de Isfjord , Svalbard , Noruega .

El desgaste en masa es el proceso geomorfológico por el cual el material de la superficie se mueve pendiente abajo, generalmente como una masa, en gran parte bajo la fuerza de la gravedad ^[11]. A medida que los ríos fluyen por montañas con pendientes pronunciadas, se produce una profunda incisión en el canal a medida que el flujo del río desgasta la roca subyacente. La gran incisión del canal disminuye progresivamente la cantidad de fuerza gravitacional necesaria para que se produzca un evento de falla de pendiente, lo que finalmente da como resultado un desgaste en masa. ^[1] La eliminación de grandes cantidades de masa superficial de esta manera inducirá una respuesta isostática que dará como resultado una elevación hasta que se alcance el equilibrio.

Efectos sobre la evolución estructural

Estudios recientes han demostrado que los procesos erosivos y tectónicos tienen un efecto en la evolución estructural de algunas características geológicas, en particular las cuñas orogénicas. Modelos de caja de arena de gran utilidad, en los que capas horizontales de arena se presionan lentamente contra un tope, han demostrado que las geometrías, estructuras y cinemáticas de la formación de cuñas orogénicas con y sin erosión y sedimentación son significativamente diferentes. ^[12]^[13] Los modelos numéricos también muestran que la evolución de los orógenos, su estructura tectónica final y el desarrollo potencial de una alta meseta, son todos sensibles al clima a largo plazo sobre las montañas, por ejemplo, la concentración de precipitación en un lado del orógeno debido al levantamiento orográfico bajo una dirección de viento dominante. ^[14]

Véase también

Referencias

^ abcd Willett, Sean D.; Hovius, Niels; Brandon, Mark T.; et al., eds. (2006). "Tectónica, clima y evolución del paisaje". Sociedad Geológica de América . 398 .
^ Whittaker, Alexander C. (2012). "¿Cómo registran los paisajes la tectónica y el clima?". Lithosphere . 4 (2): 160–164. Bibcode :2012Lsphe...4..160W. doi : 10.1130/RF.L003.1 .
^ abcd van der Pluijm, Ben A.; Marshak, Stephan (2004). Estructura de la Tierra: una introducción a la geología estructural y la tectónica (2.ª ed.). Nueva York: Norton. ISBN 978-0-393-92467-1.
^ Perrow, Martin R.; Anthony J., Davy, eds. (2008). "Principios de restauración". Manual de restauración ecológica . Vol. 1 (versión impresa digitalmente. ed.). Cambridge, Mass.: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-04983-2.
^ Brown, Michael; Rushmer, Tracy, eds. (2006). Evolución y diferenciación de la corteza continental (versión impresa digitalmente con correcciones ed.). Cambridge [ua]: Cambridge Univ. Press. pp. 74–92. ISBN 978-0521782371.
^ "Sección transversal de elevación y erosión isostática".
^ ab Hamblin, W. Kenneth; Christiansen, Eric H. (2004). Los sistemas dinámicos de la Tierra (10. ed.). Upper Saddle River, NJ [ua]: Pearson, Prentice Hall. ISBN 978-0131420663.
^ Montgomery, David R.; Stolar, Drew B. (1 de diciembre de 2006). "Reconsideración de los anticlinales fluviales del Himalaya". Geomorfología . 82 (1–2): 4–15. Código Bibliográfico :2006Geomo..82....4M. doi :10.1016/j.geomorph.2005.08.021.
^ Godin, L.; Grujic, D.; Law, RD; Searle, MP (1 de enero de 2006). "Flujo en canal, extrusión dúctil y exhumación en zonas de colisión continental: una introducción". Sociedad Geológica de Londres, Publicaciones Especiales . 268 (1): 1–23. Bibcode :2006GSLSP.268....1G. CiteSeerX 10.1.1.493.4667 . doi :10.1144/GSL.SP.2006.268.01.01. S2CID 56520730.
^ "Sección transversal simple del modelo de flujo cortical".
^ Monroe, James S.; Wicander., Reed (2006). La Tierra cambiante: exploración de la geología y la evolución (4.ª ed.). Australia: Thomson Brooks/Cole. ISBN 978-0-495-01020-3.
^ Malavieille, Jacques (enero de 2010). "Impacto de la erosión, la sedimentación y el patrimonio estructural en la estructura y la cinemática de las cuñas orogénicas: modelos analógicos y estudios de casos" (PDF) . GSA Today . 20 (1): 4–10. doi :10.1130/GSATG48A.1.
^ Crecimiento y erosión de una cuña orogénica en YouTube
^ Garcia-Castellanos, D., 2007. El papel del clima en la formación de las altas mesetas. Perspectivas a partir de experimentos numéricos. Earth Planet. Sci. Lett. 257, 372–390, doi:10.1016/j.epsl.2007.02.039 [1]

[TCLE-1] Willett, Sean D.; Hovius, Niels; Brandon, Mark T.; et al., eds. (2006). "Tectónica, clima y evolución del paisaje". Sociedad Geológica de América . 398 .

[2] Whittaker, Alexander C. (2012). "¿Cómo registran los paisajes la tectónica y el clima?". Lithosphere . 4 (2): 160–164. Bibcode :2012Lsphe...4..160W. doi : 10.1130/RF.L003.1 .

[VM-3] van der Pluijm, Ben A.; Marshak, Stephan (2004). Estructura de la Tierra: una introducción a la geología estructural y la tectónica (2.ª ed.). Nueva York: Norton. ISBN 978-0-393-92467-1.

[4] Perrow, Martin R.; Anthony J., Davy, eds. (2008). "Principios de restauración". Manual de restauración ecológica . Vol. 1 (versión impresa digitalmente. ed.). Cambridge, Mass.: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-04983-2.

[5] Brown, Michael; Rushmer, Tracy, eds. (2006). Evolución y diferenciación de la corteza continental (versión impresa digitalmente con correcciones ed.). Cambridge [ua]: Cambridge Univ. Press. pp. 74–92. ISBN 978-0521782371.

[6] "Sección transversal de elevación y erosión isostática".

[EDS-7] Hamblin, W. Kenneth; Christiansen, Eric H. (2004). Los sistemas dinámicos de la Tierra (10. ed.). Upper Saddle River, NJ [ua]: Pearson, Prentice Hall. ISBN 978-0131420663.

[mont-8] Montgomery, David R.; Stolar, Drew B. (1 de diciembre de 2006). "Reconsideración de los anticlinales fluviales del Himalaya". Geomorfología . 82 (1–2): 4–15. Código Bibliográfico :2006Geomo..82....4M. doi :10.1016/j.geomorph.2005.08.021.

[9] Godin, L.; Grujic, D.; Law, RD; Searle, MP (1 de enero de 2006). "Flujo en canal, extrusión dúctil y exhumación en zonas de colisión continental: una introducción". Sociedad Geológica de Londres, Publicaciones Especiales . 268 (1): 1–23. Bibcode :2006GSLSP.268....1G. CiteSeerX 10.1.1.493.4667 . doi :10.1144/GSL.SP.2006.268.01.01. S2CID 56520730.

[10] "Sección transversal simple del modelo de flujo cortical".

[11] Monroe, James S.; Wicander., Reed (2006). La Tierra cambiante: exploración de la geología y la evolución (4.ª ed.). Australia: Thomson Brooks/Cole. ISBN 978-0-495-01020-3.

[12] Malavieille, Jacques (enero de 2010). "Impacto de la erosión, la sedimentación y el patrimonio estructural en la estructura y la cinemática de las cuñas orogénicas: modelos analógicos y estudios de casos" (PDF) . GSA Today . 20 (1): 4–10. doi :10.1130/GSATG48A.1.

[13] Crecimiento y erosión de una cuña orogénica en YouTube

[14] Garcia-Castellanos, D., 2007. El papel del clima en la formación de las altas mesetas. Perspectivas a partir de experimentos numéricos. Earth Planet. Sci. Lett. 257, 372–390, doi:10.1016/j.epsl.2007.02.039 [1]