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Denudación

La denudación es el proceso geológico en el que el agua en movimiento, el hielo, el viento y las olas erosionan la superficie de la Tierra, lo que lleva a una reducción en la elevación y el relieve de las formas del terreno y los paisajes. Aunque los términos erosión y denudación se usan indistintamente, la erosión es el transporte de suelo y rocas de un lugar a otro, [1] y la denudación es la suma de procesos, incluida la erosión, que resultan en el descenso de la superficie de la Tierra. [2] Los procesos endógenos como los volcanes , los terremotos y el levantamiento tectónico pueden exponer la corteza continental a los procesos exógenos de meteorización , erosión y desgaste masivo . Los efectos de la denudación se han registrado durante milenios, pero la mecánica detrás de ella se ha debatido durante los últimos 200 años [ ¿cuándo? ] y solo se ha comenzado a comprender en las últimas décadas. [3] [ ¿cuándo? ]

Descripción

La denudación incorpora los procesos mecánicos, biológicos y químicos de erosión, meteorización y pérdida de masa. La denudación puede implicar la eliminación tanto de partículas sólidas como de material disuelto. Estos incluyen subprocesos de criofractura, meteorización por insolación, apagado , meteorización por sal, bioturbación e impactos antropogénicos . [4]

Los factores que afectan la denudación incluyen:

Teorías históricas

Charles Lyell, autor de Principios de Geología, quien estableció dentro de la comunidad científica el concepto de denudación y aquella idea de que la superficie de la Tierra se va formando mediante procesos graduales.

Los efectos de la denudación se han escrito desde la antigüedad, aunque los términos "denudación" y "erosión" se han utilizado indistintamente durante la mayor parte de la historia. [3] En la Era de la Ilustración , los académicos comenzaron a tratar de comprender cómo se producían la denudación y la erosión sin explicaciones míticas o bíblicas. A lo largo del siglo XVIII, los científicos teorizaron que los valles se forman por arroyos que los atraviesan, no por inundaciones u otros cataclismos. [9] En 1785, el médico escocés James Hutton propuso una historia de la Tierra basada en procesos observables durante una cantidad ilimitada de tiempo, [10] lo que marcó un cambio de suposiciones basadas en la fe a razonamientos basados ​​en la lógica y la observación. En 1802, John Playfair , un amigo de Hutton, publicó un artículo que aclaraba las ideas de Hutton, explicando el proceso básico del agua que desgasta la superficie de la Tierra y describiendo la erosión y la meteorización química. [11] Entre 1830 y 1833, Charles Lyell publicó tres volúmenes de Principios de geología , que describe la conformación de la superficie de la Tierra mediante procesos en curso, y que respaldó y estableció la denudación gradual en la comunidad científica más amplia. [12]

WM Davis, el hombre que propuso el ciclo de penetración.

A medida que la denudación se hizo más conocida, comenzaron a surgir preguntas sobre cómo se produce la denudación y cuál es el resultado. Hutton y Playfair sugirieron que, con el tiempo, un paisaje acabaría por desgastarse hasta quedar en planos erosivos al nivel del mar o cerca de él, lo que dio a la teoría el nombre de "planación". [9] Charles Lyell propuso que las plantaciones marinas, los océanos y los antiguos mares poco profundos eran la principal fuerza impulsora de la denudación. Si bien es sorprendente dados los siglos de observación de la erosión fluvial y pluvial, esto es más comprensible dado que la geomorfología temprana se desarrolló en gran medida en Gran Bretaña, donde los efectos de la erosión costera son más evidentes y juegan un papel más importante en los procesos geomorfológicos. [9] Había más evidencia en contra de la plantación marina que a favor. En la década de 1860, la plantación marina había caído en desgracia en gran medida, una medida liderada por Andrew Ramsay , un ex defensor de la plantación marina que reconoció que la lluvia y los ríos juegan un papel más importante en la denudación. En América del Norte, a mediados del siglo XIX, se realizaron avances en la identificación de la erosión fluvial, pluvial y glacial. El trabajo que se estaba realizando en los Apalaches y el Oeste americano sirvió de base para que William Morris Davis planteara la hipótesis de la peneplanación, a pesar de que, si bien la peneplanación era compatible en los Apalaches, no funcionaba tan bien en el más activo Oeste americano. La peneplanación era un ciclo en el que se producen paisajes jóvenes por elevación y denudación hasta el nivel del mar, que es el nivel base. El proceso se reiniciaba cuando el paisaje antiguo se elevaba de nuevo o cuando se bajaba el nivel base, lo que producía un paisaje nuevo y joven. [13]

La publicación del ciclo de erosión de Davis hizo que muchos geólogos comenzaran a buscar evidencia de planificaciones en todo el mundo. Insatisfecho con el ciclo de Davis debido a la evidencia del oeste de los Estados Unidos, Grove Karl Gilbert sugirió que el desgaste de las laderas daría forma a los paisajes en pediplanicies , [14] y WJ McGee llamó a estos paisajes pedimentos. Esto más tarde le dio al concepto el nombre de pediplanación cuando LC King lo aplicó a escala global. [15] El predominio del ciclo de Davis dio lugar a varias teorías para explicar la planificación, como la eolación y la planificación glaciar, aunque solo la planificación por grabado sobrevivió al tiempo y al escrutinio porque se basaba en observaciones y mediciones realizadas en diferentes climas alrededor del mundo y también explicaba las irregularidades en los paisajes. [16] La mayoría de estos conceptos fracasaron, en parte porque Joseph Jukes, un geólogo y profesor popular, separó la denudación y el levantamiento en una publicación de 1862 que tuvo un impacto duradero en la geomorfología. [17] Estos conceptos también fracasaron porque los ciclos, en particular el de Davis, eran generalizaciones y se basaban en observaciones amplias del paisaje en lugar de mediciones detalladas; muchos de los conceptos se desarrollaron con base en procesos locales o específicos, no regionales, y asumían largos períodos de estabilidad continental. [9]

Algunos científicos se opusieron al ciclo davisiano; uno de ellos fue Grove Karl Gilbert , quien, basándose en mediciones a lo largo del tiempo, se dio cuenta de que la denudación no es lineal; comenzó a desarrollar teorías basadas en dinámica de fluidos y conceptos de equilibrio. Otro fue Walther Penck , quien ideó una teoría más compleja según la cual la denudación y el levantamiento ocurrieron al mismo tiempo, y que la formación del paisaje se basa en la relación entre las tasas de denudación y levantamiento. Su teoría propuso que la geomorfología se basa en procesos endógenos y exógenos. [18] La teoría de Penck, aunque finalmente fue ignorada, volvió a la denudación y el levantamiento ocurriendo simultáneamente y dependiendo de la movilidad continental, a pesar de que Penck rechazó la deriva continental . Los modelos davisiano y penckiano fueron muy debatidos durante algunas décadas hasta que el de Penck fue ignorado y el apoyo al de Davis disminuyó después de su muerte a medida que se hicieron más críticas. Un crítico fue John Leighly , quien afirmó que los geólogos no sabían cómo se desarrollaban los accidentes geográficos, por lo que la teoría de Davis se construyó sobre una base inestable. [19]

Entre 1945 y 1965, la investigación en geomorfología experimentó un cambio, pasando de un trabajo fundamentalmente deductivo a diseños experimentales detallados que utilizaban tecnologías y técnicas mejoradas, aunque esto condujo a una investigación sobre los detalles de las teorías establecidas, en lugar de investigar nuevas teorías. Durante las décadas de 1950 y 1960, a medida que se hicieron mejoras en la geología y la geofísica oceánicas , se hizo más evidente que la teoría de Wegener sobre la deriva continental era correcta y que existe un movimiento constante de partes (las placas ) de la superficie de la Tierra. También se hicieron mejoras en la geomorfología para cuantificar las formas de las pendientes y las redes de drenaje, y para encontrar relaciones entre la forma y el proceso, y la magnitud y frecuencia de los procesos geomórficos. [9] El golpe final a la penillanura llegó en 1964 cuando un equipo dirigido por Luna Leopold publicó Fluvial Processes in Geomorphology (Procesos fluviales en geomorfología) , que vincula las formas del relieve con procesos de escorrentía de precipitación-infiltración mensurables y concluyó que no existen penillanuras en grandes áreas en los tiempos modernos, y que cualquier penillanura histórica tendría que demostrarse que existe, en lugar de inferirse de la geología moderna. También afirmaron que los pedimentos podrían formarse en todos los tipos de rocas y regiones, aunque a través de diferentes procesos. [20] A través de estos hallazgos y mejoras en la geofísica, el estudio de la denudación pasó de la planicie a estudiar qué relaciones afectan a la denudación (incluidos el levantamiento, la isostasia, la litología y la vegetación) y medir las tasas de denudación en todo el mundo. [9]

Medición

La denudación se mide en pulgadas o centímetros por cada 1000 años. [21] Esta tasa se considera una estimación y a menudo supone una erosión uniforme, entre otras cosas, para simplificar los cálculos. Las suposiciones realizadas a menudo solo son válidas para los paisajes que se estudian. Las mediciones de denudación en áreas grandes se realizan promediando las tasas de subdivisiones. A menudo, no se realizan ajustes por el impacto humano, lo que hace que las mediciones se inflen. [22] [ ambiguo ] Los cálculos han sugerido que la pérdida de suelo de hasta 0,5 metros (20 pulgadas) causada por la actividad humana cambiará las tasas de denudación calculadas anteriormente en menos del 30%. [23]

Las tasas de denudación suelen ser mucho más bajas que las tasas de elevación y las tasas de orogenia promedio pueden ser ocho veces la denudación promedio máxima. [24] Las únicas áreas en las que podría haber tasas iguales de denudación y elevación son los márgenes de placa activos con un período extendido de deformación continua. [25]

La denudación se mide en mediciones a escala de cuenca y puede utilizar otras mediciones de erosión, que generalmente se dividen en métodos de datación y de estudio. Las técnicas para medir la erosión y la denudación incluyen la medición de la carga fluvial, la exposición cosmogénica y la datación de enterramientos, el seguimiento de la erosión, las mediciones topográficas, el estudio de la deposición en embalses, el mapeo de deslizamientos de tierra, la huella química, la termocronología y el análisis de registros sedimentarios en áreas de deposición. [26] La forma más común de medir la denudación es a partir de mediciones de carga fluvial tomadas en estaciones de medición . [21] La carga suspendida , la carga del lecho y la carga disuelta se incluyen en las mediciones. El peso de la carga se convierte a unidades volumétricas y el volumen de la carga se divide por el área de la cuenca hidrográfica por encima de la estación de medición. [21] Un problema con este método de medición es la alta variación anual en la erosión fluvial, que puede ser de hasta un factor de cinco entre años sucesivos. [27] Una ecuación importante para la denudación es la ley de potencia de la corriente: , donde E es la tasa de erosión, K es la constante de erosionabilidad, A es el área de drenaje, S es el gradiente del canal y m y n son funciones que generalmente se dan de antemano o se asumen en función de la ubicación. [8] La mayoría de las mediciones de denudación se basan en mediciones de carga de la corriente y análisis del sedimento o la química del agua.

Una técnica más reciente es el análisis de isótopos cosmogénicos , que se utiliza junto con las mediciones de carga de corrientes y el análisis de sedimentos. Esta técnica mide la intensidad de la meteorización química calculando la alteración química en proporciones moleculares. [23] La investigación preliminar sobre el uso de isótopos cosmogénicos para medir la meteorización se realizó estudiando la meteorización del feldespato y el vidrio volcánico , que contienen la mayor parte del material que se encuentra en la corteza superior de la Tierra. Los isótopos más comunes utilizados son 26 Al y 10 Be; sin embargo, 10 Be se utiliza con más frecuencia en estos análisis. 10 Be se utiliza debido a su abundancia y, si bien no es estable, su vida media de 1,39 millones de años es relativamente estable en comparación con la escala de mil o millones de años en la que se mide la denudación. 26 Al se utiliza debido a la baja presencia de Al en el cuarzo, lo que lo hace fácil de separar, y porque no hay riesgo de contaminación del 10 Be atmosférico. [28] Esta técnica se desarrolló porque los estudios previos de la tasa de denudación asumieron tasas constantes de erosión, aunque dicha uniformidad es difícil de verificar en el campo y puede no ser válida para muchos paisajes; su uso para ayudar a medir la denudación y fechar geológicamente los eventos fue importante. [29] En promedio, la concentración de isótopos cosmogénicos no perturbados en el sedimento que sale de una cuenca particular está inversamente relacionada con la tasa a la que esa cuenca se está erosionando. En una cuenca que se erosiona rápidamente, la mayoría de las rocas estarán expuestas a solo una pequeña cantidad de rayos cósmicos antes de la erosión y el transporte fuera de la cuenca; como resultado, la concentración de isótopos será baja. En una cuenca que se erosiona lentamente, la exposición integrada a los rayos cósmicos es mucho mayor y la concentración de isótopos será mucho más alta. [23] Medir los reservorios isotópicos en la mayoría de las áreas es difícil con esta técnica, por lo que se supone una erosión uniforme. También hay variación en las mediciones de un año a otro, que puede ser tan alta como un factor de tres. [30]

Los problemas en la medición de la denudación incluyen tanto la tecnología utilizada como el medio ambiente. [26] Los deslizamientos de tierra pueden interferir con las mediciones de denudación en regiones montañosas, especialmente en el Himalaya . [31] Los dos problemas principales con los métodos de datación son las incertidumbres en las mediciones, tanto con el equipo utilizado como con las suposiciones hechas durante la medición; y la relación entre las edades medidas y las historias de los marcadores. [26] Esto se relaciona con el problema de hacer suposiciones basadas en las mediciones que se están haciendo y el área que se está midiendo. Factores ambientales como la temperatura, la presión atmosférica, la humedad, la elevación, el viento, la velocidad de la luz a elevaciones más altas si se utilizan láseres o mediciones de tiempo de vuelo, la deriva del instrumento, [26] la erosión química y para los isótopos cosmogénicos, el clima y la cobertura de nieve o glaciares. [31] Al estudiar la denudación, se debe considerar el efecto Stadler, que establece que las mediciones durante períodos de tiempo cortos muestran tasas de acumulación más altas que las mediciones durante períodos de tiempo más largos. [32] En un estudio de James Gilully, los datos presentados sugirieron que la tasa de denudación se ha mantenido aproximadamente igual a lo largo de la era Cenozoica según la evidencia geológica; [33] sin embargo, dadas las estimaciones de las tasas de denudación en el momento del estudio de Gilully y la elevación de los Estados Unidos, se necesitarían entre 11 y 12 millones de años para erosionar América del Norte; [27] mucho antes de los 66 millones de años del Cenozoico. [34]

La investigación sobre la denudación se realiza principalmente en cuencas fluviales y en regiones montañosas como el Himalaya porque son regiones geológicamente muy activas, [35] lo que permite la investigación entre el levantamiento y la denudación. También hay investigaciones sobre los efectos de la denudación en el karst porque solo alrededor del 30% de la erosión química del agua ocurre en la superficie. [36] La denudación tiene un gran impacto en el karst y la evolución del paisaje porque los cambios más rápidos en los paisajes ocurren cuando hay cambios en las estructuras subterráneas. [36] Otras investigaciones incluyen los efectos en las tasas de denudación; esta investigación estudia principalmente cómo el clima [37] y la vegetación [38] impactan en la denudación. También se están realizando investigaciones para encontrar la relación entre la denudación y la isostasia ; cuanto más denudación ocurre, más ligera se vuelve la corteza en un área, lo que permite el levantamiento. [39] El trabajo está tratando principalmente de determinar una relación entre la denudación y el levantamiento para que se puedan hacer mejores estimaciones sobre los cambios en el paisaje. En 2016 y 2019, se llevaron a cabo investigaciones que intentaron aplicar tasas de denudación para mejorar la ley de potencia de la corriente para que pueda usarse de manera más efectiva. [40] [41]

Ejemplos

A) Volcán Villarrica , Chile , un volcán sin efectos de erosión y denudación
B) Volcán Chachahén, Provincia de Mendoza , Argentina , un volcán con fuertes efectos de erosión pero sin denudación
C) Lago Cardiel , Provincia de Santa Cruz , Argentina, un área volcánica con fuertes efectos de denudación, exponiendo un cuerpo de roca subvolcánica. [42]

La denudación expone estructuras subvolcánicas profundas en la superficie actual del área donde alguna vez hubo actividad volcánica. Las estructuras subvolcánicas, como los tapones y diques volcánicos, quedan expuestas por la denudación.

Otros ejemplos incluyen:

Referencias

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