2.5.1: Cambios geológicos del nivel del mar
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Los cambios eustáticos del nivel del mar se definen comúnmente como movimientos verticales absolutos del nivel medio del mar (el geoide oceánico 2) causados por:
- Cambios en el volumen del agua del océano a través de:
- Cambios en la cantidad de agua como resultado de glaciaciones y desglaciaciones, es decir, el avance y retroceso de capas de hielo y glaciares (glacio-eustasia);
- Cambios en la expansión del agua (los llamados cambios estéricos debidos a cambios de temperatura o salinidad);
- Cambio en la evolución de las cuencas oceánicas a través del proceso muy bajo de divergencia de placas tectónicas (tectono-eustasia), sedimentación marina o hidroisostasia (ver más abajo);
- Cambios en la distribución del agua debido a cambios en el campo gravitacional de la tierra y por lo tanto en la forma del geoide oceánico (eustasia geoidal).
De los ítems enumerados, la causa más importante de variaciones a largo plazo en el nivel del mar eustático son los cambios en la cantidad de agua oceánica debido a glaciaciones y desglaciaciones. Esto ha sucedido a menudo durante la historia de la tierra bajo la influencia del cambio de temperatura global, y sigue sucediendo. En el Cuaternario, los climas interglaciales y glaciales alternaron en las latitudes más altas del hemisferio norte. Durante los períodos fríos el desarrollo de enormes capas de hielo y glaciares resultó en un importante descenso del nivel del océano (más de 100 m) y grandes partes de la plataforma continental se convirtieron en tierra seca o pantano costero. El derretimiento de las capas de hielo durante los períodos más cálidos resultó en la restauración del nivel del océano.
También se debe explicar el último ítem con balas. Durante mucho tiempo se cree que los cambios eustáticos son mundiales y simultáneos. Por esa razón, el aumento eustático del nivel del mar también se llamó aumento global del nivel del mar. Solo se descubrió a principios de la década de 1970 que el geoide oceánico no es uniforme y constante. Tiene relieve y se deforma constantemente bajo la influencia de cambios gravitacionales y rotacionales como resultado, entre otros, de la formación y derretimiento de capas de hielo. La forma cambiante del geoide influye en la distribución mundial del agua y, por lo tanto, en los niveles eustáticos del mar. Esto explicó por qué los cambios eustáticos del nivel del mar durante los últimos 6000 años, según informaron varios autores antes de tomar en cuenta este efecto, fueron bastante divergentes.
Los cambios eustáticos del nivel del mar resultan en deformaciones de la corteza terrestre, lo que se conoce como deformación isostática (elevación o hundimiento). La elevación isostática o hundimiento de la superficie terrestre puede tomar dos formas:
- Glacio-isostasia es la carga y descarga por hielo. Se relaciona con el hecho de que el peso de la capa de hielo deprime la tierra subyacente. Cuando el hielo se derrite, las áreas terrestres previamente cubiertas por hielo (por encima de aproximadamente 40°N) se elevan lentamente. Las áreas adyacentes que nunca estuvieron cubiertas de hielo tienden a hundirse. Esto se conoce como rebote isostático y hundimiento.
- La hidro-isostasia es la carga y descarga por el agua del océano. Se refiere al hecho de que el agua derretida crea una carga adicional en el fondo oceánico. Para alcanzar el equilibrio isostático, el fondo oceánico se deprime lentamente en respuesta a los cambios del nivel del mar. Simultáneamente, los continentes se flexionan hacia arriba en sus márgenes. Esta 'apalancamiento continental' de los continentes puede ser restaurada cuando el agua se vuelve a amarrar en capas de hielo continentales.
El hundimiento isostático y el rebote de la litosfera no solo impactan los niveles relativos del mar, sino también el nivel absoluto del mar a través de cambios en el volumen de las cuencas oceánicas.
Como resultado tanto de la eustasia geoidal como de la isostasía, la distribución mundial del cambio del nivel del mar es espacialmente no uniforme. Clark et al. (1978) fueron de los primeros en modelar la deformación espacialmente no uniforme del geoide y la superficie terrestre en los últimos 6000 años como resultado de las respuestas isostáticas viscoelásticas a las cargas de agua y hielo. Distinguieron diversas regiones geográficas en función de las diferencias en las curvas del Nivel Relativo del Mar (RSL) en respuesta al retroceso de las capas de hielo del hemisferio norte.
La Figura 2.18 muestra los resultados de las predicciones de modelos más recientes de la tasa actual de cambio del nivel del mar en todo el mundo en respuesta a la desglaciación temprana del Holoceno (Mitrovica & Milne, 2002). El cambio del nivel del mar según lo predicho por Mitrovica y Milne (2002) se debe a ajustes isostáticos a los cambios en el hielo y la carga oceánica (incluidas las interacciones con el campo gravitacional de la tierra) asumiendo que la desglaciación del Holoceno se completó hace 5000 años. Por lo tanto, los patrones reflejan los continuos ajustes del nivel del mar durante un tiempo en el que no se agrega agua de deshielo a los océanos. Las zonas rojas saturadas son áreas previamente glaciadas que experimentan un rebote continuo debido a la descarga glacial y, por lo tanto, la caída de RSL. Las zonas azules saturadas experimentan aumento de RSL debido al hundimiento isostático. Observe además la caída del nivel del mar en cuencas ecuatoriales. El apalancamiento continental es evidente en las delgadas bandas de elevación del nivel del mar en alta mar y caída del nivel del mar en tierra a lo largo de las costas en el campo lejano de las capas de hielo del Pleistoceno tardío; debido a la carga de agua adicional solo en las regiones oceánicas, los continentes se flexionan hacia arriba en sus márgenes y hacia abajo en alta mar. Lo anterior también implica que las curvas del nivel del mar diferirán entre las islas oceánicas y los márgenes continentales.
Los procesos subyacentes al cambio espacial no uniforme del nivel del mar se ilustran con más detalle en la Fig. 2.19 (ver también Tamisiea et al., 2003). El panel de la derecha muestra claramente que puede haber una caída del nivel del mar en las proximidades de una capa de hielo derretida (o derretimiento) o glaciar (cf. las áreas rojas saturadas en la Fig. 2.18). Esta no uniformidad espacial tiene implicaciones también para el cambio futuro del nivel del mar en respuesta al cambio climático proyectado. Si, por ejemplo, la capa de hielo de Groenlandia se derritiera significativamente en los próximos siglos, el cambio del nivel del mar alrededor de los Países Bajos, por ejemplo, bien podría ser cero.
Además de los efectos eustáticos e isostáticos, existen otros factores que influyen local y regionalmente en los cambios relativos del nivel del mar, por ejemplo:
- El hundimiento regional puede ocurrir debido a la compactación de sedimentos y la extracción de fluidos subterráneos como las aguas subterráneas, el petróleo y el gas natural;
- La actividad tectónica puede provocar movimientos ascendentes o descendentes de la costa. Las zonas con importantes movimientos tectónicos son, por ejemplo, las zonas sísmicas en el Pacífico occidental y suroeste y en el Mediterráneo. En estas zonas las costas pueden ser elevadas, sumergidas o inclinadas por estos movimientos (repentinos) terrestres. Además, la mayoría de los deltas se sitúan en cuencas sedimentarias que se hunden lentamente (hundimiento tectónico entre 2 y 10 cm por siglo).
Todos los factores que contribuyen a los cambios relativos del nivel del mar percibidos localmente se resumen en la Fig. 2.20.
Resumiendo, las curvas de aumento relativo del nivel del mar versus tiempo pueden mostrar grandes variaciones locales y regionales. Esto es especialmente cierto durante la segunda mitad del Holoceno, los últimos dicen 6000 años, cuando las capas de hielo terrestres ya casi habían desaparecido.
En la Fig. 2.21 se dan indicaciones de cambios en el nivel del mar del Holoceno para una serie de áreas relativamente estables, es decir, sin hundimientos o elevaciones importantes (aunque en los Países Bajos el fondo está disminuyendo lentamente).
Durante el siglo XX, la tasa promedio de aumento global del nivel del mar fue de 1.5\(mm/yr\) a 2.0\(mm/yr\). Las mediciones satelitales tomadas durante la primera década del siglo XXI indicaron que la tasa de aumento del nivel del mar había subido a 3.1 mm/año. Al parecer, las tasas actuales de incremento se encuentran en el orden de magnitud de milímetros por año, lo que es significativamente mayor que las tasas registradas en los últimos miles de años (ver Fig. 2.21). Estas tasas aceleradas de aumento del nivel del mar han sido interpretadas como evidencia de que el calentamiento atmosférico desde la revolución industrial ha llevado a la expansión térmica de los océanos, el derretimiento de glaciares de montaña y capas de hielo (Gornitz y Lebedeff, 1987) y la pérdida de hielo de las capas de hielo de Groenlandia y la Antártida Occidental.
2. El geoide es una superficie de igual atracción gravitacional y es aproximadamente igual a la superficie media del nivel del mar (si se ignoran los efectos dinámicos).