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Denudación

La denudación es el proceso geológico en el que el agua, el hielo, el viento y las olas erosionan la superficie terrestre, lo que provoca una reducción de la elevación y el reli...

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La denudación es el proceso geológico en el que el agua, el hielo, el viento y las olas erosionan la superficie terrestre, lo que provoca una reducción de la elevación y el relieve de las formas del relieve 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 terrestre. [ 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 remoción en masa . Los efectos de la denudación se han registrado durante milenios, pero la mecánica que la explica ha sido objeto de debate durante los últimos 200 años y solo ha comenzado a comprenderse en las últimas décadas. [ 3 ]

Descripción

La denudación abarca los procesos mecánicos, biológicos y químicos de erosión, meteorización y remoción en masa. Puede implicar la eliminación tanto de partículas sólidas como de material disuelto. Estos procesos incluyen subprocesos como la criofractura , la meteorización por insolación, la disgregación , la meteorización salina , la bioturbación y los impactos antropogénicos . [ 4 ]

Entre los factores que afectan a la denudación se incluyen:

  • Actividad antropogénica (humana), incluyendo la agricultura, la construcción de represas, la minería y la deforestación; [ 5 ]
  • Biosfera, a través de animales, plantas y microorganismos que contribuyen a la meteorización química y física ; [ 6 ]
  • El clima, más directamente a través de la meteorización química de la lluvia, pero también porque el clima determina qué tipo de meteorización ocurre; [ 7 ]
  • Litología o tipo de roca;
  • Topografía de la superficie y cambios en la topografía de la superficie, como movimientos de masa y erosión; [ 8 ] y
  • La actividad tectónica, como la deformación, el cambio de las rocas debido a la tensión principalmente de las fuerzas tectónicas, [ 8 ] y la orogenia , el proceso que forma las montañas.

Teorías históricas

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

Los efectos de la denudación se han descrito desde la antigüedad, aunque los términos «denudación» y «erosión» se han usado indistintamente durante la mayor parte de la historia. [ 3 ] En la Ilustración , los eruditos comenzaron a intentar comprender cómo ocurrían 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 el paso de arroyos, 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 un tiempo ilimitado, [ 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 , amigo de Hutton, publicó un artículo que aclaraba las ideas de Hutton, explicando el proceso básico del agua que desgasta la superficie terrestre y describiendo la erosión y la meteorización química. [ 11 ] Entre 1830 y 1833, Charles Lyell publicó tres volúmenes de Principios de Geología , que describen la formación de la superficie de la Tierra por procesos continuos, y que respaldaron y establecieron la denudación gradual en la comunidad científica en general. [ 12 ]

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

A medida que la denudación se fue incorporando a la conciencia colectiva, comenzaron a surgir preguntas sobre cómo ocurre y cuáles son sus resultados. Hutton y Playfair sugirieron que, con el tiempo, un paisaje se desgastaría hasta convertirse en planos de erosión al nivel del mar o cerca de él, lo que dio nombre a la teoría: "aplanamiento". [ 9 ] Charles Lyell propuso que el aplanamiento marino, los océanos y los antiguos mares poco profundos eran la principal fuerza impulsora de la denudación. Si bien esto resulta sorprendente dados los siglos de observación de la erosión fluvial y pluvial, 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 desempeñan un papel más importante en los procesos geomórficos. [ 9 ] Había más evidencia en contra del aplanamiento marino que a favor. Para la década de 1860, el aplanamiento marino había caído en desuso, un cambio liderado por Andrew Ramsay , un antiguo defensor del aplanamiento marino que reconoció que la lluvia y los ríos desempeñan un papel más importante en la denudación. En Norteamérica, a mediados del siglo XIX, se lograron avances en la identificación de la erosión fluvial, pluvial y glacial. El trabajo realizado en los Apalaches y el oeste americano sirvió de base para que William Morris Davis planteara la hipótesis de la peneplanización, a pesar de que, si bien esta era compatible con los Apalaches, no funcionaba tan bien en el oeste americano, una región más activa. La peneplanización era un ciclo en el que se producían paisajes jóvenes mediante el levantamiento del terreno y su posterior erosión hasta el nivel del mar, que constituye el nivel base. El proceso se reiniciaba cuando el antiguo paisaje volvía a elevarse o cuando el nivel base descendía, generando así un nuevo paisaje joven. [ 13 ]

La publicación del ciclo davisiano de erosión provocó que muchos geólogos comenzaran a buscar evidencia de planación en todo el mundo. Insatisfecho con el ciclo de Davis debido a la evidencia del oeste de Estados Unidos, Grove Karl Gilbert sugirió que el desgaste retrógrado de las pendientes daría forma a los paisajes en pediplanices , [ 14 ] y WJ McGee denominó a estos paisajes pedimentos. Esto más tarde dio al concepto el nombre de pediplanación cuando LC King lo aplicó a escala global. [ 15 ] El predominio del ciclo davisiano dio lugar a varias teorías para explicar la planación, como la eolación y la planación glacial, aunque solo la etchplanación sobrevivió al tiempo y al escrutinio porque se basaba en observaciones y mediciones realizadas en diferentes climas alrededor del mundo y también explicaba 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 a partir de procesos locales o específicos, no de procesos 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 percató de que la denudación no es lineal; comenzó a desarrollar teorías basadas en la dinámica de fluidos y conceptos de equilibrio. Otro fue Walther Penck , quien ideó una teoría más compleja que postulaba que la denudación y el levantamiento ocurrían simultáneamente, y que la formación del paisaje se basa en la relación entre las tasas de denudación y levantamiento. Su teoría proponía que la geomorfología se basa en procesos endógenos y exógenos. [ 18 ] La teoría de Penck, aunque finalmente fue ignorada, retomó la idea de que la denudación y el levantamiento ocurrían simultáneamente y dependían de la movilidad continental, a pesar de que Penck rechazaba la deriva continental . Los modelos davisiano y penckiano fueron objeto de intensos debates durante algunas décadas hasta que el de Penck fue ignorado y el apoyo al de Davis disminuyó tras su muerte a medida que surgían más críticas. Uno de los críticos fue John Leighly , quien afirmó que los geólogos desconocían cómo se desarrollaban las formas del relieve, por lo que la teoría de Davis se basaba en fundamentos endebles. [ 19 ]

Entre 1945 y 1965, la investigación en geomorfología experimentó un cambio, pasando de un enfoque mayoritariamente deductivo a diseños experimentales detallados que empleaban tecnologías y técnicas mejoradas. Sin embargo, esto condujo a la investigación de detalles de teorías ya establecidas, en lugar de la formulación de nuevas teorías. Durante las décadas de 1950 y 1960, gracias a los avances en geología oceánica y geofísica , se hizo más evidente la veracidad de la teoría de Wegener sobre la deriva continental y el movimiento constante de partes (las placas ) de la superficie terrestre. También se produjeron avances en geomorfología para cuantificar las formas de las pendientes y las redes de drenaje, así como para encontrar relaciones entre la forma y el proceso, y la magnitud y frecuencia de los procesos geomórficos. [ 9 ] El golpe final a la peneplanación llegó en 1964 cuando un equipo liderado por Luna Leopold publicó Procesos fluviales en geomorfología , que vincula las formas del relieve con procesos medibles de precipitación-infiltración-escorrentía y concluyó que no existen peneplanidades en grandes áreas en tiempos modernos, y que cualquier peneplanidad histórica tendría que ser probada, en lugar de inferida a partir de la geología moderna. También afirmaron que los pedimentos podrían formarse en todos los tipos de roca 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 planación al estudio de qué relaciones afectan a la denudación —incluyendo el levantamiento, la isostasia, la litología y la vegetación— y a la medición de las tasas de denudación en todo el mundo. [ 9 ]

Medición

La denudación se mide en términos del desgaste de la superficie terrestre 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 suelen ser válidas únicamente para los paisajes estudiados. Las mediciones de denudación en grandes áreas se realizan promediando las tasas de subdivisiones. Con frecuencia, no se realizan ajustes por el impacto humano, lo que provoca que las mediciones se inflen. [ 22 ] Los cálculos han sugerido que la pérdida de suelo de hasta 0,5 metros (20 pulgadas) causada por la actividad humana modificará las tasas de denudación calculadas previamente en menos del 30 %. [ 23 ] 

Las tasas de denudación suelen ser mucho menores que las tasas de elevación, y las tasas promedio de orogenia pueden ser hasta ocho veces mayores que la denudación promedio máxima. [ 24 ] Las únicas áreas donde podrían existir tasas iguales de denudación y elevación son los márgenes de placas activas con un período prolongado 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 prospección. Las técnicas para medir la erosión y la denudación incluyen la medición de la carga de la corriente, la datación por exposición cosmogénica y enterramiento, el seguimiento de la erosión, las mediciones topográficas, la prospección 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 de la corriente tomadas en estaciones de aforo . [ 21 ] La carga en suspensión , la carga de fondo 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 aguas arriba de la estación de aforo. [ 21 ] Un problema con este método de medición es la alta variación anual en la erosión fluvial, que puede ser hasta un factor de cinco entre años sucesivos. [ 27 ] Una ecuación importante para la denudación es la ley de potencia de la corriente:mi=KAmetroSnorte{\displaystyle E=KA^{m}S^{n}}donde E es la tasa de erosión, K es la constante de erosionabilidad, A es el área de drenaje, S es la pendiente 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 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 mediciones de carga de corrientes y 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, aunque no es estable, su vida media de 1,39 millones de años es relativamente estable en comparación con la escala de miles 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 hace que sea fácil de separar, y porque no hay riesgo de contaminación por 10 Be atmosférico. [ 28 ] Esta técnica se desarrolló porque los estudios previos sobre la tasa de denudación asumían tasas de erosión constantes, aunque dicha uniformidad es difícil de verificar en el campo y puede ser inválida para muchos paisajes; su uso para ayudar a medir la denudación y datar geológicamente los eventos era 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 de rápida erosión, la mayor parte de la roca estará expuesta 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 de lenta erosión, la exposición integrada a los rayos cósmicos es mucho mayor y la concentración de isótopos será mucho mayor. [ 23 ] Medir los reservorios isotópicos en la mayoría de las áreas es difícil con esta técnica, por lo que se asume una erosión uniforme. También hay variación en las mediciones de un año a otro, que puede ser hasta un factor de tres. [ 30 ]

Los problemas en la medición de la denudación incluyen tanto la tecnología utilizada como el entorno. [ 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 hacen 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 mayores elevaciones 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 en períodos de tiempo cortos muestran tasas de acumulación más altas que las mediciones en 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 11-12 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, ya que estas son regiones geológicamente muy activas, [ 35 ] lo que permite investigar la relación entre el levantamiento y la denudación. También se investigan los efectos de la denudación en el karst porque solo alrededor del 30% de la meteorización 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 la denudación. También se está investigando 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 se centra principalmente en determinar una relación entre la denudación y el levantamiento para poder realizar mejores estimaciones de los cambios en el paisaje. En 2016 y 2019, se llevó a cabo una investigación que intentó aplicar las tasas de denudación para mejorar la ley de potencia de los arroyos y así poder utilizarla de forma más eficaz. [ 40 ] [ 41 ]

Ejemplos

A) Volcán Villarrica , Chile , un volcán sin efectos de erosión ni 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, que expone un cuerpo rocoso subvolcánico. [ 42 ]

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

Otros ejemplos incluyen:

Referencias

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