Locos por la Geología

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Ya la situación de México en el aspecto sísmico ha sido tema muchas veces en el blog, y también las generalidades sobre los terremotos han sido explicitadas. Si bien más adelante seguiré dando infomación cada vez más fina sobre ambos temas, hoy vale la pena rever lo que ya he comentado sobre ambos tópicos.

¿Qué sucedió en las proximidades de Acapulco?

Para ello, les dejo algunos links que les permitirán navegar con comodidad por esas conversaciones en el blog.

Pero hoy debo comenzar por señalar los detalles generales del evento acontecido entre ayer y hoy.

El acontecimiento fue un sismo de Magnitud 7.1, con epicentro 11 km al SW de Acapulco, a las 20:47:46, hora local, del día 7de septiembre de 2021. Las coordenadas del sitio son Latitud 16.78° N y Longitud 99.93° W, con profundidad del hipocentro de aproximadamente 10 km.

No se reportaron demasiados daños materiales, si bien hubo numerosas réplicas, y debe lamentarse al menos la pérdida de una vida humana.

Con respecto a los posts que les recomiendo leer son los que están bajo las etiquetas México, y sismos , a los que pueden llegar siguiendo los links que les incluyo.

La imagen que iustra el post es de Clarín.

Hoy completaremos el tema que nos ha ocupado durante tres semanas consecutivas.

En la primera parte contesté las siguientes preguntas:

¿Qué movimientos de gran extensión areal explica la isostasia?

¿Qué se entiende por isostasia?

¿Cómo se reconoció la ocurrencia de este proceso?

En la semana siguiente retomé respondiendo las siguientes preguntas:

¿Qué teorías surgieron inicialmente para explicar el déficit de densidad que se estableció empíricamente?

¿Cuál de estas teorías sobrevive, y cómo se la puede explicar de manera sencilla?

¿Qué modificación se introdujo más tarde?

Y hoy, en el tercer post se verán los siguientes tópicos:

¿Puede demostrarse la teoría de Airy mediante cálculos reales?

Por cierto que sí, y para eso les he puesto el gráfico que ilustra este post. Sólo tienen que analizarlo. Fíjense que las montañas más altas tienen raíces más profundas que las zonas planas, tal como veníamos diciendo en los otros dos posts anteriores. Pero vayamos por partes.

Primero recordemos que la corteza es menos densa que el manto y tiene una zona límite  dentro del intervalo entre 40 y 70 Km de profundidad. En esa zona, la densidad promedio de los materiales ronda los 2,8 g/cm3, tal como se ve en el dibujo. Por debajo, la densidad aumenta a valores próximos a 3,3. Según les expliqué en la parte 1 de este tema, el lunes pasado, la masa que interviene en la fórmula de la atracción gravitacional es el producto del volumen por la densidad. También en el dibujo se ve cómo, al afectar distintos volúmenes por las respectivas densidades, según cuán profundamente ocurra el cambio entre materiales corticales y mantélicos, todas las diversas columnas (que representan distintos relieves) alcanzan el mismo valor a una profundidad próxima a los 100 km. Eso es lo que se entiende como compensación isostática y es el concepto central de todo el fenómeno.

¿Cómo pueden sintetizarse los conceptos básicos de la isostasia?

Esta pregunta vale como síntesis de todo lo ya explicado, pero la incluyo por la importancia del tema para ir abordando los temas más sustantivos del actual paradigma geológico.

Isostasia es al fin, la condición de equilibro gravitacional que presenta la parte superficial de la Tierra, en función de diferencias de masa de sus diversos relieves. Se manifiesta a través de  movimientos verticales (epirogénicos).

En una comparación algo grosera, podría decirse que la corteza «flota» sobre el manto como un iceberg en el océano, o como un taco de madera en un balde con agua. Esto es posible porque el manto es más denso que la corteza, y esta última se hunde en él, en un porcentaje variable, que aumenta cuanto más alto es el relieve superficial.

En una profundidad aproximada a los 100 km, las masas se compensan, de modo que se alcanza un equilibrio, que dados los permanentes cambios propios de la dinámica geológica, tanto endógena como exógena, se va ajustando permanentemente, a través de movimientos que pasan desapercibidos en el corto plazo pero tienen importantes efectos en tiempos geológicos.

¿Qué consecuencias tiene la isostasia en la estructura general y la dinámica de la Tierra?

En primer lugar, en lo que hace a la estructura interna de la Tierra, explica que el límite entre corteza y manto no sea asimilable a un plano simple, sino que se parece más a una imagen especular del relieve superficial, yendo hacia abajo en las zonas montañosas y hacia arriba en las áreas bajas.

En cuanto a los procesos, ya les he dicho varias veces que el equilibrio isostático es dinámico, de modo que si el relieve superficial disminuye su masa por efectos tales como la erosión, la raíz profunda asciende para compensar el déficit de masa. Esto se llama alivio isostático, y tiende a restablecer el equilibrio.

Esto explica por qué pese a la intensa erosión que sufren las zonas elevadas, no desaparecen como tales, puesto que al ir desgastándose, van también ascendiendo por isostasia. Por supuesto hay algún grado de rebajamiento porque la erosión normalmente procede con mucha más velocidad que el alivio isostático.

A la inversa, cuando alguna masa se suma a un área baja, la isostasia hace descender el conjunto. Esto sucede ya sea por el avance de los hielos sumando grandes pesos, (el retroceso glaciario produce el efecto contrario, obviamente) o por apilamiento de materiales sedimentarios procedentes  de la erosión de las áreas elevada adyacentes.

Un ejemplo muy claro es el progresivo ascenso de la península escandinava, ante la retirada de la última glaciación.

También puede romperse el equilibrio isostático por movimientos tectónicos, como un plegamiento que acumula gran cantidad de materiales en una región específica.

Los ascensos y descensos isostáticos explican otros muchos procesos que iremos viendo en otros posts, pero éstos son los ejemplos clásicos que deben tener bien claros desde ahora mismo.

Si este post les ha gustado como para llevarlo a su blog, o a la red social, por favor, mencionen la fuente porque esta página está registrada con IBSN 04-10-1952-01.
Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

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El gráfico que ilustra el post es del libro «The evolving earth» de Sawkinns, Chas, Darby y Rapp.

Hoy continuamos con un tema tan sustancial para la comprensión cabal de toda la Tectónica Global o de Placas, que lo he dividido en tres partes que nos ocuparán por tres semanas consecutivas.

En  el primer post de esta serie, contesté ya las preguntas más básicas, a saber:

¿Qué movimientos de gran extensión areal explica la isostasia?

¿Qué se entiende por isostasia?

¿Cómo se reconoció la ocurrencia de este proceso?

En esta segunda parte retomamos, respondiendo a nuevas preguntas:

¿Qué teorías surgieron inicialmente para explicar el déficit de densidad que se estableció empíricamente?

La explicación general fue casi inmediata, hay menos densidad de la calculada, y por eso la fuerza resultante desvía la plomada según un ángulo menor del esperado, pero ¿dónde está la deficiencia de densidad? Eso es lo que distintos autores interpretaron de diferente manera, surgiendo así las dos grandes teorías que en un  primer momento compitieron entre sí: la de Pratt y la de Airy, que están representadas en el esquema que ilustra el post.

J. H. Pratt estimó que si las montañas tenían una influencia gravitacional deficitaria, podía deberse a que tuvieran un núcleo central hueco, o bien a que simplemente su densidad era menor que la de las áreas planas. Asumió así un modelo en el que había variaciones laterales de densidad, proporcionales a la altura de las masas involucradas, tal como se ve en la porción señalada con la letra A en el dibujo. Allí se ve que cuanto más alto es el relieve, menor densidad le atribuía Pratt.

En el lado B se observa la teoría de Airy. Según su hipótesis, hasta la profundidad teórica de equilibrio, aproximadamente situada a unos 100 km de profundidad, las masas montañosas, de material cortical menos denso, «flotan» en el manto, de alguna manera medianamente semejante a como lo harían trozos de madera de distinto espesor sumergidos en agua. Los más gruesos se hunden más y los más finos se hunden menos.

Mutatis mutandi, es decir cambiando lo que hay que cambiar, su conclusión fue que la corteza poco densa debería ser más gruesa, o internarse más profundamente debajo de las montañas que debajo de las regiones bajas adyacentes.

Usemos un ejemplo algo burdo pero que dejará bien en claro el fenómeno. Supongamos que vamos de compras al supermercado, y apilamos 10 productos de distintos precios, simulando las montañas. El volumen equivale al número de productos, mientras que sus precios representarán en el ejemplo, la densidad de esas masas montañosas.

Primero veamos por qué cambia la suma total a pagar (que sería la masa, ya que es el volumen por la densidad). Supongamos 10 productos que apilamos así:

6  de  1$ ——- 6$

3 de  2$——–6$

1 de  3$——–3$

Suma total= 15$,  equivalente en el ejemplo a la masa que ejerce atracción sobre la plomada.

Ahora conservemos el volumen (cantidad de productos= 10) pero cambiemos su densidad (precio) y ¿qué pasa?

7  de  1$ ——- 7$

2 de  2$——–4$

1 de  3$——–3$

Suma total =14$ Seguimos teniendo diez productos, pero su masa ha cambiado porque la densidad es lo diferente. Tenemos más materiales menos densos (o produtos más baratos) que antes, y la masa al ser menor, desviará menos a la plomada. Okey, explicamos por qué una montaña parece menos densa de lo esperado.  En los hechos tiene más volumen de menor densidad (7 productos contra 6 de antes) que en la idea teórica previa. Pero ¿qué pasa si comparamos masas de distinto volumen?

Probemos con menos productos, lo que dará una pila menor. Ya no podemos poner menos de un producto de la mayor densidad (3$) de modo que cambiaremos el resto.

5  de  1$ ——- 5$

2 de  2$——–4$

1 de  3$——–3$

Suma total= 12$. Se cumple el déficit de densidad, pero a través del mecanismo de tener un apilamiento poco denso bastante menor que la otra masa montañosa.

En otras palabras, las montañas más altas «hunden sus raíces poco densas más profundamente en el material más denso subyacente». Si volvemos  al ejemplo de los productos, la montaña más baja, de sólo 8 productos, en un apilamiento de apenas 5, encuentra antes el material más denso que está abajo. El apilamiento de 10 productos (montaña de más volumen), requiere una parva de 7 para alcanzar ese cambio. Ésas son sus raíces más profundas.

¿Se entendió?

¿Cuál de estas teorías sobrevive, y cómo se la puede explicar de manera sencilla?

Obviamente la de Airy, según la cual, los relieves más altos tienen una prolongación en profundidad, de más espesor que los relieves bajos. Es muy semejante a una balanza de platillos, en la que si hay más material, el platillo se hunde más; y se hunde menos si hay menos material en él. Es el principio de la isostasia: los relieves elevados generan una suerte de hundimiento en el material subyacente, mientras que en los más bajos ese efecto se atenúa. Ya veremos la semana próxima las consecuencias geológicas de este proceso.

¿Qué modificación se introdujo más tarde?

Hacia los años 50 del siglo pasado,Vening Meinesz desarrolló su modelo de isostasia regional o flexión litosférica, a partir de estudios realizados en los Himalayas. En ellos demostró que la raíz cortical era aún menor que lo que predecía la teoría de Airy. Según su modelo, la litosfera actúa en su conjunto como una placa elástica que distribuye las cargas topográficas sobre una región muy extensa, más que sobre las columnas individuales representadas por cada montaña. La modificación es válida, pero no afecta los principios básicos que permanecen como tales.

En el tercer post se verán los siguientes tópicos:

¿Puede demostrarse la teoría de Airy mediante cálculos reales?

¿Cómo pueden sintetizarse los conceptos básicos de la isostasia?

¿Qué consecuencias tiene la isostasia en la estructura general y la dinámica de la Tierra?

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

P.S.: La imagen que ilustra el post es de este sitio.

Esquema teórico, en el que no se ha respetado escala alguna. Imaginen si no, ¡qué pedazo de plomada deberían haber transportado esos estudiosos!

Hoy comenzaremos a tratar un tema que es sustancial para la comprensión cabal de toda la Tectónica Global o de Placas, como también se la conoce. Por eso iremos pasito a paso, y lo veremos en tres partes, a subir en tres semanas consecutivas.

Hoy contestaré las primeras y más básicas preguntas, a saber:

¿Qué movimientos de gran extensión areal explica la isostasia?

En un post no muy lejano les expliqué que la arquitectura terrestre responde en gran medida a porcesos de enorme extensión areal que pueden agruparse esencialmente en dos grupos bien diferenciados- aunque en ese post les expliqué otros dos grupos más, de menor relevancia- a los que se conoce como orogénicos y epirogénicos. Pues bien, la isostasia es la principal responsable de estos últimos, que tienen una dirección de desplazamiento radial respecto al esferoide terrestre. Les recomiendo repasar ese post.

¿Qué se entiende por isostasia?

La palabra isostasia procede de dos vocables griegos: Isos,  que significa igual, y  stásis, que indica paralización o inmovilidad, lo que nos lleva a reconstruir el significado como «permanecer igual», remitiéndonos a una condición de equilibrio.

En una primera aproximación, que se irá ajustando a medida que comprendamos todos los fundamentos del proceso, puede decirse que la isostasia es la tendencia de todas las grandes masas de la corteza terrestre, y de parte del manto superior a alcanzar una posición de equilibrio gravitacional dinámico, fluctuante y autoregulado, respecto a las masas circundantes. Por supuesto, los ajustes se producen a lo largo de cientos, miles o millones de años. No debemos pensarlos como respuestas inmediatas, sino muy graduales.

¿Cómo se reconoció la ocurrencia de este proceso?

Hacia 1735, Pierre Bouguer realizó una expedición científica a los Andes de Perú, y realizó mediciones en las que observó que la desviación que respecto a la vertical inducía sobre una plomada la masa montañosa, era bastante menor que la esperada. El fenómeno llamó su atención como para relatarlo en sus memorias de viaje, y fue nuevamente observado por  Sir George Everest un siglo más tarde en 1840.

En ese momento, se buscó una explicación científica y para ello se aplicó la ley de la gravedad, pues ya era sabido que la plomada sería atraída por la masa montañosa. Lo que debía explicarse era por qué el cálculo teórico de la atracción esperada- manifestada en el ángulo de desviación de la plomada que pueden ver en el dibujo- era hasta tres veces mayor que el  resultante del ángulo de desviación real medido en el campo.

Considerando que ya los métodos de cubicación, afinados en la minería, permitían un cálculo bastante aproximado del volumen del cuerpo montañoso involucrado, bastaba con analizar la fórmula básica de la atracción gravitatoria, para buscar por dónde se introducía el error en el resultado obtenido. En un post anterior les he explicado el tema de la ley de la gravedad en detalle, pero recordemos que la expresión matemática de la Fuerza de atracción gravitacional es:

F= G m.m’/ r2

Donde:

F= fuerza de atracción de la Gravedad.
G= es un valor constante y conocido.
m y m’= son las dos masas involucradas en este fenómeno de atracción. En nuestro caso, la plomada y el monte aledaño.
r = es la distancia que separa a las masas en cuestión, perfectamente medida en el experimento.

Obviamente, el ángulo medido responde directamente a la fuerza de atracción ejercida, en este caso por la masa montañosa, es decir que el resultado inesperado se debe a alguna medición también errónea de los elementos de la fórmula. Pero sucede que todos son valores perfectamente conocidos. En efecto, G es constante; la masa de la plomada es fácilmente determinada, y la distancia desde la ladera, sólo puede incluir errores muy pequeños, a menos que uno sea muy nabo.

Pero… y ahí está¡ el quid de la cuestión, la masa de la montaña se calcula a partir de su volumen que es medido por métodos tradicionales. Y sabemos que:

Densidad= masa /volumen.

o lo que es lo mismo,

masa (m) = volumen por densidad. ¡et voilá!

Si no somos tontos, sabemos calcular el volumen, de modo que el único error que puede explicar por qué la montaña atrae menos de lo esperado a la plomada, es porque su masa es más pequeña de lo calculado, y ¿por culpa de quién? Pues de la densidad que es menos de la que se había considerado en el esquema teórico original.

En otras palabras, el misterio ahora a explicar es de dónde sale ese déficit de densidad. ¿Les va gustando esta novelita de suspenso?

Pues entonces, si quieren conocer el desenlace, recuerden que hasta aquí será¡ el tema de hoy, y retomaremos en la semana próxima respondiendo las siguientes preguntas:

¿Qué teorías surgieron inicialmente para explicar el déficit de densidad que se estableció empíricamente?

¿Cuál de estas teorías sobrevive, y cómo se la puede explicar de manera sencilla?

¿Qué modificación se introdujo más tarde?

En el tercer post se verán los siguientes tópicos:

¿Puede demostrarse la teoría de Airy mediante cálculos reales?

¿Cómo pueden sintetizarse los conceptos básicos de la isostasia?

¿Qué consecuencias tiene la isostasia en la estructura general y la dinámica de la Tierra?

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

No hace tanto tiempo, les hablé de los factores que inciden en la evolución de un suelo, dividiéndolos en activos y pasivos. Entre los activos les mencioné el clima. Hoy hablaremos de él.

¿Qué es el clima y qué elementos lo componen?

Sobre esos dos temas hay ya sendos posts que deben ir a leer antes de internarse en éste de hoy. Para eso les he insertado los links en la pregunta misma.

¿Cómo incide el clima en la formación y evolución del suelo?

Como iremos viendo en todos los factores, según vayamos hablando de ellos, cuando analizamos las consecuencias de los cambios en alguno en particular, estamos haciendo una simplificación bastante importante, porque el suelo es un sistema complejo, y como tal, todos los constituyentes van reaccionando sincrónicamente o como consecuencia posterior, a cualquier modificación de los demás. El tejido real es mucho más intrincado que lo que esquematizamos en su estudio.

Hecha esa salvedad, puede decirse que hay dos instancias diferentes en la injerencia climática sobre la evolución del suelo: una es directa, y la otra indirecta. En cualquiera de ellas sigue siendo un factor activo.

El efecto directo se relaciona esencialmente con el agua, que es el vehículo que transporta los elementos que reaccionarán entre sí, o se acomodarán en el espacio para generar finalmente las características químicas, físicas y biológicas que definen un suelo y su estado de evolución.

El efecto indirecto se manifiesta porque es decisivo en el desarrollo de la vegetación, otro de los factores de suma importancia y que veremos en detalle en otro post.

Es tal la importancia del clima, que llegó a establecerse una correlación a nivel mundial entre tipos de suelos y clima, que constituyó la base de los antiguos sistemas de clasificación de suelos. El hecho de que esos sistemas están en desuso sólo tiene que ver con que el conocimiento ha revalorizado otros factores, pero en ningún caso en la desestimación de la influencia climática. Efectivamente, hoy se sabe que las variaciones microclimáticas, que se manifiestan en pocos cientos de metros o kilómetros, generalmente en respuesta a otros factores, como el relieve, la biota y el material parental, implican el desarrollo de suelos con características muy distintas.

¿Cuáles son los elementos del clima más activos en la evolución del suelo?

En primer lugar las precipitaciones, porque son las que proveen el agua, que ya señalé más arriba que es el vector organizador de los elementos del suelo, y es también un agente geológico de primera línea, tal como expliqué en este post.

Básicamente, es el elemento que moviliza y pone en contacto entre sí los reactantes que definirán acciones químicas en el suelo; pero además, superficialmente es un agente erosivo por excelencia, y el estado de degradación o no de un suelo dependerá¡ de las condiciones de su escurrimiento, la velocidad de su desplazamiento, el modo de impacto de la lluvia, y la distribución de las precipitaciones en el tiempo.

Todo eso es definitorio para la evolución pedológica, como lo es el efecto indirecto que sobre la vegetación ejercen las condiciones del almacenamiento de agua en el perfil.

Por último conviene recordar que la humedad del perfil participa en la regulación de la temperatura que a su vez rige el desarrollo de la biota y modifica la velocidad de los procesos químicos.

¿Qué otros elementos del clima tienen efectos modificadores sobre el suelo?

Como acabo de adelantar, la temperatura incide en la macro y micro flora y fauna que tiene por hábitat el suelo; y define las velocidades de las reacciones químicas, además de restringir o favorecer los efectos de las heladas temporarias o de la formación del permafrost o capa permanentemente congelada.

La luz, provista por la radiación solar, es utilizada en la fotosíntesis de las plantas y contribuye a generar materia vegetal que es en sí misma otro factor y que en algún momento se transforma posteriormente en humus incorporado al suelo.

El viento, tiene influencia en la circulación atmosférica que a su vez define regímenes de lluvia, y participa en la regulación de la temperatura. Por otro lado, actúa como un agente erosivo, que elimina partículas de los horizontes superiores, que pueden llegar a ser completamente barridos a lo largo del tiempo. Además de todo eso, produce un efecto de desecamiento superficial, con pérdida de humedad del suelo, lo que incide en la biota; pero a veces los restos de la propia destrucción de la cubierta vegetal pueden terminar incorporándose como materia orgánica en el horizonte superior.

¿Qué resultados de la influencia climática son los más notables?

Como ya he dicho más arriba, el sistema es complejo y las generalizaciones resultan peligrosas, no obstante puede considerarse que en los ambientes en donde la temperatura es alta y la precipitación es baja, el desarrollo del suelo es mínimo, y los procesos de calcificación son dominantes, dando lugar a suelos alcalinos.

Cuando la temperatura y la precipitación son altas, se generan suelos profundos y de carácter ácido, cuyos procesos principales son la rubefacción, la lixiviación y la laterización.

En climas con temperaturas bajas y precipitaciones escasas, el desarrollo pedológico es mínimo y, eventualmente, puede formarse hielo. Los suelos tienen más características geogénicas, heredadas del material parental, que pedogénicas derivadas de los procesos de formación de suelos.

Si en cambio, la temperatura es baja y alta la precipitación, los suelos suelen estar bien desarrollados, con carácter ácido y  con procesos dominantes de podsolización y lixiviación.

Respecto a los contenidos de materia orgánica, en general los suelos tropicales contienen más carbono orgánico y nitrógeno total que los suelos templados, que a su vez tienen mayor proporción de constituyentes orgánicos que el piso forestal. Esto se debe a que las velocidades anuales de descomposición aumentan con la temperatura.

Respecto a la velocidad de producción de arcillas, es baja en ambientes secos- fríos, húmedos- fríos  y secos- cálidos, y aumenta con un incremento de la humedad y temperatura, hasta alcanzar la máxima en los ambientes húmedos- cálidos. Respecto a la mineralogía de esas arcillas, también varía con el clima aunque está fuertemente influenciada por otro factor: el material parental.

¿Cómo se tiene esto en cuenta en la taxonomía de suelos?

La taxonomía de suelos de los Estados Unidos se desarrolló a partir de 1975 y culminó con el Soil Taxonomy. A Basic System of Soil Classification for Making and Interpreting Soil Surveys, que se actualiza permanentemente. En ella, los regímenes de humedad y temperatura son determinantes para clasificar los suelos, especialmente a niveles superiores.

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