3.14: Isostasia

Isostasia

La isostasia es el estado de equilibrio, o equilibrio, que secciones de la litosfera terrestre (ya sea la corteza continental u oceánica) se piensa que finalmente logran cuando las fuerzas verticales sobre ellas permanecen sin cambios. En los primeros días de la “geología moderna” se mapearon las variaciones en las elevaciones en la tierra (topografía) y la profundidad de los océanos (batimetría) en todo el mundo. Las investigaciones llevan a la hipótesis de la isostasia, de que los continentes flotaban sobre un manto más fluido, de la manera en que los bloques de madera o los icebergs flotan en el agua. Con bloques de madera o hielo, cuanto más gruesos eran, más altos se elevaban por encima del agua (Figura 3.20). Esto lleva a la creencia de que la corteza debajo de los continentes, especialmente debajo de las cordilleras, es más gruesa y menos densa que la corteza debajo de las cuencas oceánicas. Por ejemplo, la corteza debajo de las montañas del Himalaya debe ser mucho más gruesa que la corteza debajo del continente indio, y mucho más gruesa que la corteza debajo del Océano Índico (Figura 3.21). El equilibrio isostático es el estado de equilibrio que las secciones de la litosfera de la Tierra (ya sea la corteza continental u oceánica) se piensa que finalmente logran cuando las fuerzas verticales sobre ellas permanecen sin cambios. La litosfera flota sobre la astenosfera semilíquida a continuación (ver Figura 3.19).

Ejemplos geológicos de isostasia

Un iceberg que flota en el océano es una ilustración perfecta de la isostasia (Figura 3.22). En la superficie oceánica de la Tierra, el hielo sólido de los glaciares de agua dulce es aproximadamente 10.7% menos denso que el agua de mar fría; como resultado, el hielo flota. La cantidad de hielo que se eleva sobre la superficie del océano está en equilibrio con el hielo flotante debajo de la superficie. A medida que los icebergs se derriten, la cantidad de hielo sobre la superficie se ajusta al volumen flotante debajo de la superficie. La proporción de la cantidad de hielo por encima y por debajo de la superficie sigue siendo la misma que el hielo se derrite.

Figura 3.22. Iceberg mostrando isostasia. El hielo debajo de la superficie está en equilibrio con el hielo flotante debajo de la superficie. A medida que el hielo se derrite, el iceberg flota cada vez más bajo en el agua.

La isostasia determina la elevación de la superficie terrestre en los continentes y la profundidad de las cuencas oceánicas. El grosor y densidad de la litosfera determina cómo las altas montañas se elevan sobre la superficie en los continentes y en el fondo oceánico. Además, el grosor y densidad de la litosfera determina la profundidad de las cuencas oceánicas.

La isostasia también provoca el movimiento vertical de la corteza. Por ejemplo, si se carga una sección de litosfera, como por el hielo de un glaciar continental, desplomará lentamente a una nueva posición de equilibrio. Cuando el glaciar continental se derrite, la remoción del peso permite repuntar lentamente al equilibrio isostático. Partes del norte de América del Norte y Europa que estuvieron cubiertas por glaciares continentales durante la última edad de hielo ahora están aumentando lentamente y eventualmente regresando al equilibrio isostático (esta acción se llama rebote glacial) (Figura 3.21).

La corteza siempre se está reajustando a fuerzas cambiantes desde abajo y arriba. Si una sección de la litosfera se reduce en masa, como por erosión, se elevará lentamente a una nueva posición de equilibrio. Los aumentos en el flujo de calor del manto hacen que las rocas de la corteza se calienten, se expandan y suban. La vieja corteza oceánica se vuelve fría y se encoge, y con su composición máfica se vuelve más densa y se hunde de nuevo en el manto.

Fig-23. El rebote isostático causado por el derretimiento de los glaciares continentales revela el comportamiento fluido de la astenosfera.

La isostasia y la edad y evolución de las masas continentales

Se plantearon muchas hipótesis para tratar de explicar la evolución de los paisajes —la isostasia fue una de ellas. Las hipótesis tempranas se centraron en lo que era fácilmente observable. Los continentes de todo el mundo compartieron una variedad de grandes características fisiográficas: cadenas montañosas, llanuras costeras, regiones de meseta y tierras bajas del interior. Algunas de estas regiones de tierras bajas están sustentadas por lo que parecían ser rocas antiguas que alguna vez fueron el núcleo de las cadenas montañosas en el pasado distante. Estas regiones se ubicaron cerca del centro de la mayoría de los continentes y se han dado a conocer como escudos (como el Escudo Canadiense de América del Norte, ver Figura 3.24). En la mayoría de los casos, estos escudos están rodeados por cinturones de cadenas montañosas que estaban compuestas por rocas que parecían más jóvenes que las regiones blindadas. Además, algunas de estas cadenas montañosas parecían mucho más jóvenes que otras cadenas montañosas. Esto lleva a la conclusión de que los paisajes podrían clasificarse como jóvenes, maduros o de vejez, asumiendo que todas las cadenas montañosas se forman aproximadamente de la misma manera, y que las cordilleras juveniles, como el Himalaya o las Montañas Rocosas eventualmente erosionan de manera (cada vez más maduras con edad, como los Montes Apalaches). Finalmente, casi todas las características elevadas (montañas, colinas) se erosionan por completo, produciendo paisajes de “vejez”, similares a lo que se ve en las regiones de escudo (ver Figura 3.24). La erosión del material de la región continental aporta masa a las regiones sumergidas a lo largo de los márgenes continentales. En muchas regiones a lo largo de los márgenes continentales el peso de los sedimentos adicionales los están entubando para hundirse (como cerca de la desembocadura de los ríos, como la costa del Golfo cerca del delta del río Mississippi).

Figura 3.24. La isostasia y la hipótesis de paisajes evolucionando a través de etapas juveniles, maduras y de vejez. La evolución de un paisaje a lo largo del tiempo implica elevación, erosión e isostasia.

El supuesto es que a medida que los materiales se erosionan, la corteza se reajusta para mantener un equilibrio isostático. A medida que se retira el material se eleva la corteza. Con el tiempo, el material que alguna vez estuvo profundo dentro de las cadenas montañosas finalmente queda expuesto en la superficie por la erosión. Con el tiempo, la suposición era que los ajustes isostáticos eventualmente cesarían, y las montañas se erosionarían por completo hasta convertirse en una llanura plana y eventualmente se hundirían debajo de las olas. Desafortunadamente, hubo demasiados casos en los que las hipótesis de ajuste isostático no coincidieron con todos los hechos observables. No todas las antiguas regiones blindadas eran llanuras bajas (como se ilustra con la región escandinava de Europa y gran parte de África). Además, algunas regiones, como la meseta de Colorado, tenían características que encajaban en las tres categorías, juvenil, madura y vejez, todas al mismo tiempo. Además, ¡había muy poco para explicar cómo se formaron cadenas montañosas y continentes en primer lugar! ¿Por qué algunas cadenas montañosas tienen volcanes y otras no? ¿Qué explicaría la composición y distribución de las cadenas montañosas volcánicas alrededor del mundo, y qué en el mundo podría explicar qué cadenas de volcanes como el archipiélago hawaiano estaban haciendo en medio del Océano Pacífico? Estas preguntas (y más) finalmente se resolvieron con el desarrollo de la Teoría Tectónica de Placas.