Warren B. Hamilton (13 de mayo de 1925 - 26 de octubre de 2018) fue un geólogo estadounidense [1] conocido por integrar la geología y la geofísica observadas en síntesis a escala planetaria que describen la evolución dinámica y petrológica de la corteza y el manto de la Tierra. Su carrera principal (1952-1995) fue como científico investigador en el Servicio Geológico de Estados Unidos (USGS) en las ramas geológica y geofísica. Después de jubilarse, se convirtió en Científico Superior Distinguido en el Departamento de Geofísica de la Escuela de Minas de Colorado (CSM). Fue miembro de la Academia Nacional de Ciencias y poseedor de la Medalla Penrose , el máximo honor de la Sociedad Geológica de América (GSA). Hamilton sirvió en la Marina de los EE. UU. de 1943 a 1946, completó una licenciatura en la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) en un programa de entrenamiento de la Marina en 1945 y fue oficial comisionado en el portaaviones USS Tarawa . Después de regresar a la vida civil, obtuvo una maestría en geología de la Universidad del Sur de California en 1949 y un doctorado en geología de la UCLA en 1951. Se casó con Alicita V. Koenig (1926-2015) en 1947. Hamilton murió en octubre de 2018 a la edad de 93 años; hasta las últimas semanas estuvo trabajando en una nueva investigación. [2] Su artículo final, "Hacia una historia geodinámica libre de mitos de la Tierra y sus vecinos", se publicó póstumamente (2019) en Earth-Science Reviews . [3] En 2022, la Sociedad Geológica de América publicó un volumen editado en su honor, con 33 artículos: In the Footsteps of Warren B. Hamilton: New Ideas in Earth Science . [4] El primer capítulo [5] de este libro describe cómo se escribió el último artículo de Hamilton; el segundo aplica el modelo de cambio científico de Thomas Kuhn para interpretar la carrera de Hamilton.
Después de un año, 1951-1952, enseñando en la Universidad de Oklahoma, Hamilton comenzó su carrera principal como científico investigador en el USGS en Denver (1952-1995). Los primeros proyectos incluyeron trabajo de campo y de laboratorio en el batolito de Sierra Nevada , el batolito de Idaho y lo que más tarde se conocería como terrenos acrecionados al oeste de este, rocas metamórficas del este de Tennessee, un importante terremoto de extensión de la corteza en Montana y una deformación extrema de los estratos cratónicos en el sureste de California.
Hamilton dirigió un grupo de campo de dos hombres en la Antártida (octubre de 1958-enero de 1959) para el Año Geofísico Internacional , y lanzó una nueva comprensión de la Antártida. Fue el primero en aplicar el nombre de Montañas Transantárticas (dos años más tarde, formalizado como Montañas Transantárticas ) a esa cordillera de 3.500 km. [6] Hamilton reconoció que un gran sector de esta cordillera contenía rocas graníticas distintivas como el cinturón orogénico de Adelaida en el sur de Australia . Los fósiles asociados de diversas edades en la Antártida, Australia y el extremo sur de África vincularon aún más estos continentes y respaldaron las explicaciones entonces radicales de la deriva continental . Antes de viajar a la Antártida, Hamilton era lo que más tarde describió como un "vagabundo encubierto", consciente de que la geología del hemisferio sur proporcionaba evidencia poderosa a favor de la deriva continental . [7] Regresó a la Antártida para el trabajo de campo en 1963 y 1964 en otras partes de las Montañas Transantárticas, incluidas aquellas que alguna vez fueron continuas con otras áreas australianas. También investigó sobre el terreno evidencias de deriva en Australia y Sudáfrica, integrando su trabajo con el de otros investigadores para mostrar cómo la Antártida y otros continentes de Gondwana se habían distanciado.
La movilidad continental también fue importante para la investigación de Hamilton en el oeste de América del Norte en la década de 1960, en una época en la que los movimientos laterales eran rechazados por la mayoría de los geocientíficos del hemisferio norte. Reconoció que Baja California se había separado de México, abriendo el Golfo de California, como componentes del sistema de la Falla de San Andrés . Estudió la petrología y los entornos móviles de varias provincias volcánicas, y las variaciones en los complejos magmáticos en relación con sus profundidades de formación. Fue el primero en reconocer que tanto los fondos oceánicos como los arcos de islas estaban incorporados en complejos orogénicos continentales (aunque el mecanismo no estaba claro en ese momento) y podían discriminarse petrológicamente, y que la región de la Cuenca y la Cordillera había duplicado su ancho por la extensión de la corteza. El historiador de la geociencia Henry Frankel caracterizó a Hamilton como "el movilista norteamericano más activo que desarrolló sus ideas independientemente de los avances contemporáneos en paleomagnetismo y oceanografía". [8]
A finales de los años 1960, los geofísicos que trabajaban con nuevas tecnologías de prospección magnética marina y sismología sísmica demostraron el funcionamiento de la expansión del fondo marino , idearon explicaciones con los nuevos conceptos de la tectónica de placas y demostraron que los fondos oceánicos y los continentes móviles formaban conjuntamente placas tectónicas . Hamilton fue un pionero en demostrar cómo la geología terrestre también había evolucionado mediante interacciones de placas, como las que ahora están activas, para las que se generó evidencia submarina recientemente. Publicó en 1969 y 1970 síntesis de la evolución de California y de gran parte de la Unión Soviética, controladas por placas tectónicas convergentes. "Allanó nuevos caminos para que la comunidad de estructura y tectónica integrara los conceptos de tectónica de placas y la geología terrestre". [9]
En 1969, Hamilton fue invitado a realizar un análisis de la tectónica de placas de Indonesia y las regiones circundantes, financiado por el Departamento de Estado de los EE. UU., para ayudar a la exploración petrolera que se estaba intensificando allí. Esta gran región es la parte más compleja de la Tierra, en la que todavía intervienen pequeños océanos entre placas que interactúan de manera compleja, de modo que se pueden descifrar muchas historias móviles separadas. Integró la geología terrestre con la geofísica marina, la mayor parte de la cual no se había estudiado anteriormente. Las publicaciones resultantes incluyen mapas murales, muchos artículos y una gran monografía. [10] Este trabajo contenía una nueva comprensión de las interacciones de las placas convergentes, con observaciones que mostraban que los límites de las placas cambian de forma y se mueven en relación con la mayoría de las demás. Las bisagras retroceden hacia las placas oceánicas en subducción que se hunden de costado, no por sus inclinaciones. Estas placas que se hunden, y no las células de convección del manto ascendentes de la imagen convencional, controlan los movimientos de las placas superficiales. Los arcos avanzan uno hacia el otro sobre las losas que se hunden y chocan; la nueva subducción se abre paso fuera de los nuevos agregados. La litosfera oceánica se engrosa con el tiempo alejándose de los centros de expansión porque se enfría desde la parte superior, volviéndose más densa que el material más caliente que se encuentra debajo de ella y, por lo tanto, capaz de hundirse (el proceso de subducción). Las placas oceánicas son impulsadas por su masa y sus límites basales, comúnmente inclinados, hacia las salidas de subducción de la superficie. William Dickinson informó que esta "magnífica monografía sobre la tectónica de Indonesia incluye el primer mapa tectónico regional que representa la totalidad de una región orogénica clásica en el marco de la tectónica de placas". [11] Keith Howard lo describió como "un estándar de comparación para innumerables estudios más recientes de cinturones de subducción en todo el mundo". [12]
El resto de los trabajos de Hamilton, entre los años 1970 y principios de los 1990, también se orientaron a comprender la evolución de la corteza continental. Se concentró en la geología y la geofísica de la corteza que definen los productos de los últimos 540 millones de años de historia de la Tierra (el eón Fanerozoico ), durante los cuales la tectónica de placas había producido conjuntos geológicos de placas convergentes como los que se forman hoy. Viajó extensamente para estudiar complejos rocosos de diversos tipos, edades y profundidades de formación, incluidos dos que expusieron la discontinuidad de Mohorovičić entre las rocas de la corteza y el manto de los arcos magmáticos. Aceptó cinco cátedras visitantes y también impartió numerosos cursos breves y conferencias por invitación en todo el mundo.
El énfasis de Hamilton en la evidencia empírica lo mantuvo en desacuerdo con las explicaciones convencionales. Aunque muchos geocientíficos adoptaron puntos de vista movilistas a medida que se documentaba la expansión del fondo marino, la mayoría lo hicieron con el supuesto de que las placas son pasajeros pasivos en sistemas de convección impulsados por el calentamiento del fondo. Esta especulación todavía domina la geodinámica teórica. Hamilton sostuvo que esta visión es incompatible con la información sobre las interacciones reales entre placas y con muchas otras evidencias provenientes de la física y la geociencia.
En 1996, Hamilton se trasladó al Departamento de Geofísica de la Escuela de Minas de Colorado, donde continuó con sus investigaciones y también con la docencia. Trabajó en la integración multidisciplinaria de datos sobre la geofísica de toda la Tierra y la evolución del manto, entendiendo la cinemática de la tectónica de placas, interpretando los profundos contrastes entre los conjuntos de rocas y las relaciones producidas por la tectónica de placas del Fanerozoico y las de los primeros cuatro mil millones de años de historia de la Tierra, e integrando esos conocimientos con nuevas interpretaciones de la evolución de los planetas terrestres. Estos amplios temas se abordaron en paralelo, como se puede ver en la lista de sus publicaciones. Los temas principales se actualizaron y resumieron en un artículo de 2015.
Las explicaciones ampliamente aceptadas para la dinámica y la evolución interna de la Tierra y sus vecinos todavía se basan en especulaciones de los años 1970 y 1980. [13] Estas suponen una lenta separación neta de la corteza continental de los mantos que todavía están en su mayor parte sin fraccionar y que están experimentando vigorosamente una convección de las mismas maneras impulsadas por el fondo, y sin embargo producen diferentes efectos superficiales y superficiales en cada planeta.
Hamilton desarrolló interpretaciones radicalmente nuevas al reevaluar las bases de esas suposiciones convencionales de forma independiente para la Tierra, Venus, Marte y la Luna de la Tierra. En su opinión, estas suposiciones son contrarias tanto al conocimiento empírico como a los principios físicos, incluida la Segunda Ley de la Termodinámica . La evidencia independiente para cada planeta indica un crecimiento de cada uno hasta alcanzar esencialmente su tamaño completo, con un manto y una corteza máfica separados magmáticamente, no más tarde de unos 4.500 millones de años (hace). Sin embargo, la fuente de calor para la fusión sincrónica con la acreción sigue sin estar clara. El uranio , el torio y el potasio 40 , sugeridos en el artículo de Hamilton de 2015, eran inadecuados para la tarea. Sin embargo, todos esos elementos se reparten selectivamente en fundidos, por lo que se concentraron en las protocortezas y sus derivados, en los que los radioisótopos aumentaron las temperaturas superficiales al tiempo que producían mantos inferiores no convectivos. [14]
Las hipótesis convencionales sobre la tectónica de placas difieren en los detalles, pero desde la década de 1980 la mayoría ha asumido que la Tierra ha operado en un modo tectónico de placas, con una convección en forma de penacho en todo el manto impulsada por un núcleo eternamente caliente, durante al menos 300 millones de años, y que esta convección ha mantenido el manto agitado y en su mayor parte sin fraccionar. Una minoría de geocientíficos, incluido Hamilton, sostiene en cambio que la mayoría de los componentes y predicciones de dicha convección han sido refutados, y ninguno confirmado de manera sólida. Su explicación alternativa implica movimientos de las placas impulsados por el enfriamiento y hundimiento de arriba hacia abajo, con volcanes en el medio de la placa, como las islas hawaianas, que reflejan la debilidad de la corteza (como una grieta que se propaga) que disminuye la presión sobre la astenosfera ya en temperaturas de fusión o cerca de ellas, en lugar de penachos de material caliente que se elevan desde las profundidades del manto.
El modelo de Hamilton integra el comportamiento de las placas con la geofísica multidisciplinaria, y tiene la circulación 3-D de la tectónica de placas confinada completamente al manto superior , por encima de la profunda discontinuidad sísmica a una profundidad de aproximadamente 660 km. Las placas en subducción se hunden subverticalmente (no se inyectan en ranuras inclinadas) y sus bisagras migran hacia la litosfera oceánica entrante. Las placas que se hunden se depositan planas sobre el impenetrable "660", son superadas por el manto superior y las placas superiores tiradas hacia las placas en retirada, y llenan los posibles huecos de expansión (por ejemplo, las cuencas de trasarco del Océano Atlántico y el Pacífico ) detrás de las placas superiores. En sus lados orientados hacia el océano, las placas que se hunden lateralmente empujan todo el manto superior, por encima de la "660" y debajo de las placas oceánicas entrantes, nuevamente debajo de esas placas, forzando una rápida expansión en sus océanos (por ejemplo, el Pacífico que se expande rápidamente) incluso cuando esos océanos se estrechan entre sistemas de subducción que avanzan y placas superpuestas.
La literatura dominante sobre la geología precámbrica de la Tierra (los eones Arcaico (hace 4,0-2,5 años) y Proterozoico (hace 2,5-0,54 años)) ha estado dominada desde los años 1980 por el concepto de que los procesos tectónicos de placas y de "plumas", como los que se piensa que están operando ahora, estaban entonces activos, y que la estructura térmica y la geodinámica de la Tierra han variado relativamente poco a través del tiempo. [15]
Sin embargo, Hamilton no vio, ni en los relatos publicados por otros ni en su propio trabajo de campo multicontinental, rocas o conjuntos más antiguos que el Proterozoico tardío que se asemejen a los productos de la tectónica de placas más reciente. Faltan pruebas geológicas de una tectónica de placas anterior. La mayoría de las rocas volcánicas y graníticas del Arcaico son sorprendentemente diferentes en composición y ocurrencias de las del Fanerozoico (hace entre 0,54 y 0,000 años), incluso aquellas que tienen los mismos nombres litológicos generales. Esta falta se reconoce tácitamente por la dependencia de las asignaciones convencionales de especímenes de roca individuales a entornos tectónicos de placas sobre la base de similitudes entre las proporciones de unos pocos elementos traza y las de rocas modernas seleccionadas de composiciones, conjuntos y ocurrencias bastante diferentes. Tanto las relaciones de campo como las composiciones químicas de las lavas máficas del Arcaico muestran que surgieron a través y sobre rocas graníticas continentales más antiguas, y no formaron una corteza oceánica como se postula en las interpretaciones de las placas. [16] Sólo se ha encontrado evidencia clara de tectónica de placas en rocas de menos de 650 millones de años.
Las rocas del manto superior de antes de 4,50 por año, las rocas dominantes que ahora se conservan debajo de los cratones del Arcaico, no son de manto parcialmente fraccionado como predicen las interpretaciones convencionales, sino que son diferenciaciones extremadamente refractarias, desprovistas de la mayoría de los materiales de silicato que podrían haber contribuido a las fusiones parciales de rocas de la corteza continental u oceánica. Estas rocas del manto fraccionado temprano estaban originalmente cubiertas directamente por una gruesa corteza máfica que contenía los posibles componentes de la corteza posteriores, incluida una gran proporción de los principales elementos productores de calor de la Tierra. Alrededor de 4,0 por año, la Tierra recibió, a través de un aluvión de bólidos helados formados inicialmente en la parte exterior del cinturón de asteroides, los componentes volátiles que evolucionaron en sus océanos y atmósfera. El ciclo descendente de volátiles permitió que comenzara la fusión parcial hidratada de la protocorteza, formando una distintiva corteza granítica no tectónica de placas sobre la protocorteza residual. Los conjuntos geológicos bastante diferentes de los eones Arcaico y Proterozoico se explican en términos de una fusión parcial radiogénica variable de la protocorteza, después de que comenzó la hidratación, para formar fundidos graníticos y volcánicos que surgieron de ella, y de una delaminación y hundimiento de la protocorteza residual, densificada por la pérdida de sus componentes más ligeros, que inició un proceso largo y continuo de enriquecimiento del manto superior y que en última instancia permitió la tectónica de placas.
El artículo de Hamilton de 2015 resumió los datos que indican que Venus y Marte, como la Tierra, tenían cortezas, mantos y núcleos fraccionados muy temprano, pero, a diferencia de la Tierra, ambos conservan en sus superficies una antigua historia de bombardeo de bólidos como la de la Luna. Casi todos los observadores de Marte reconocen esto. También lo hicieron los primeros observadores de imágenes de radar de Venus, [17] pero casi todos los intérpretes posteriores de ese planeta, a diferencia de Hamilton, han atribuido la mayoría de los miles de grandes cuencas y cráteres circulares con bordes a columnas de manto jóvenes. [18] Hamilton enfatizó que la correlación directa de los campos de gravedad con la topografía requiere que la mayor parte de la topografía marciana y venusiana esté sostenida por mantos superiores fríos y fuertes, y es incompatible con los mantos calientes y activos que popularmente se asumen. (La correlación muy diferente en la Tierra muestra que la topografía de dimensiones similares aquí flota isostáticamente sobre un manto verdaderamente caliente y débil.) Los supuestos volcanes venusianos y marcianos, incluido el Monte Olimpo , no se parecen a los volcanes endógenos de la Tierra, y en cambio son aproximadamente circulares, y comúnmente de lados suaves, productos de vastas masas de derretimientos que se extienden a partir de eventos únicos. Parecen ser construcciones de derretimiento por impacto, en su mayoría más antiguas que 3,9 por analogía lunar. La Tierra registra una historia similar de derretimiento por impacto en sus circones del eón Hádico, hace 4,5-4,0 por. [19]
Tanto Venus como Marte muestran en su geología superficial la adquisición de enormes volúmenes de agua entregados por bólidos al final de sus historias de bombardeos importantes, es decir, hace unos 4.000 años, aproximadamente al mismo tiempo que la Tierra se hidrató. Sin embargo, a diferencia de la Tierra, las protocortezas de Venus y Marte se habían enfriado mucho antes hasta la inactividad, por lo que no comparten nada de la historia dinámica y magmática de la Tierra más joven que unos 4.500 años. La mayoría de los observadores reconocen evidencia de océanos marcianos pasados y de una erosión acuosa severa, aunque se debate el origen y el momento del agua. Se reconocieron sedimentos oceánicos venusianos no deformados en imágenes ópticas de las vastas llanuras de las tierras bajas del módulo de aterrizaje soviético, [20] y Hamilton notó mucha más evidencia de océanos y de erosión acuosa profunda en imágenes de radar posteriores. El trabajo venusiano convencional desde 1990 rechaza dicha evidencia por ser incompatible con la suposición de que la superficie venusiana está formada por columnas jóvenes, todavía extremadamente activas; y por los productos de estas columnas, incluidos vastos campos de lavas no terrestres sin fuentes visibles. [ cita requerida ]
La composición de la Tierra y la Luna es tan similar que deben haber surgido del mismo cuerpo. La explicación más común es que la Luna se formó a partir de material que se liberó de una colisión temprana con un cuerpo del tamaño de Marte. En su artículo de 2015, Hamilton defiende en cambio la formación lunar mediante la opción generalmente desfavorecida de la fisión, que se desprendió de una Tierra joven, todavía parcialmente fundida y que giraba rápidamente, cuando alcanzó su tamaño completo. Se supone comúnmente que el fraccionamiento lento de un océano de magma formó las tierras altas lunares, pero la geocronología y los problemas petrológicos con esa explicación llevaron a Hamilton a sugerir que también en este caso el fraccionamiento de todo el planeta se completó alrededor de 4,5 años después, y que el magmatismo superficial posterior se debió a la fusión por impacto.
La posibilidad de que el agua y otros elementos volátiles llegaran a la Luna en forma de bólidos de alrededor de 4,0 mm concuerda con los datos disponibles sobre el contenido de elementos volátiles en rocas ígneas [21], pero no se ha especificado en la literatura química. Por lo tanto, la Tierra, la Luna, Marte y Venus pueden haber sido todos receptores de un bombardeo de bólidos helados, formados originalmente en la mitad exterior del cinturón de asteroides, aproximadamente en esta época, lo que hizo posible la vida en la Tierra. Esta inferencia es coherente con los conceptos actuales sobre la formación de asteroides y la disrupción y pérdida de la mayoría de ellos, en respuesta a las migraciones de, en particular, Júpiter, aunque estos conceptos tienen pocas restricciones en cuanto a la cronología.
