Resumen (Feb. 01, 2006): Dos nuevos estudios realizados por una investigadora de la Universidad de Rochester muestran que las cordilleras montañosas alcanzaron su altura máxima en apenas dos millones de años, varias veces más rápidamente que lo que siempre han supuesto los geólogos. Cada uno de los hallazgos provino de dos métodos pioneros de medición de las elevaciones de antiguas montañas, y los resultados son altamente concordantes.





Basado en un informe de la Universidad de Rochester

Carmala Garzione, profesora asistente de ciencias terrestres y ambientales. Crédito: University of Rochester

Dos nuevos estudios realizados por una investigadora de la Universidad de Rochester muestran que las cordilleras montañosas alcanzaron su altura máxima en apenas dos millones de años, varias veces más rápidamente que lo que siempre han supuesto los geólogos. Cada uno de los hallazgos provino de dos métodos pioneros de medición de las elevaciones de antiguas montañas, y los resultados son altamente concordantes.

Los artículos sobre la investigación, que aparecen en Science and Earth y en Planetary Science Letters, significan que los científicos deberán re-evaluar los procesos tectónicos que forman mesetas de alta elevación, tales como las del Tíbet y la de los Andes centrales.

'Estos resultados realmente modifican el paradigma de comprensión sobre cómo crecen los cinturones montañosos', dice Carmala Garzione, profesora asistente de ciencias terrestres y ambientales y co-autora de ambos artículos. 'Siempre habíamos asumido que el plegado y las fallas en la corteza superior producían las montañas de alta elevación. Ahora tenemos datos de elevaciones de antiguas montañas que muestran que hay algo más que es responsable por el elevamiento de las montañas'.

Garzione tomó una nueva aproximación hacia la paleoaltimetría, la complicada ciencia de medir la altura de las montañas del pasado distante. A medida que las montañas se elevan, el clima las erosiona, complicando la estimación de cuán altas podrían haber sido en un momento dado. Hasta la investigación de Garzione, los geólogos estimaban la elevación superficial examinando los fósiles de hojas para determinar la altura en la que habían vivido las plantas, o calculando la fecha en que ciertos minerales comenzaron a moverse rápidamente hacia la superficie. Desafortunadamente, las características de las plantas pueden cambiar radicalmente a lo largo de millones de años, y los cambios climáticos pueden causar erosión, poniendo un significativo signo de interrogación en la ecuación.

En cambio, Garzione se enfocó en los productos de esa erosión. A medida que las montañas son desgastadas, sus sedimentos son transportados hacia abajo por la pendiente y se acumulan en la base de la cordillera montañosa en formación. A medida que la cordillera se eleva, experimenta diferentes condiciones atmosféricas simplemente a causa de su cambio de altitud. Estos cambios atmosféricos, tales como la temperatura y la cantidad y composición de la lluvia, quedan registrados en los minerales que aparecen cerca de la superficie a diferentes altitudes en los costados de las montañas. Garzione redactó su disertación doctoral sobre la posibilidad de recuperar esa información atmosférica en sedimentos antiguos, fecharla, y formar un registro del historial de elevación de un cinturón montañoso.

El trabajo reciente de Garzione se concentró en el altiplano boliviano, una gran cuenca de elevación en las montañas de los Andes, en América del Sur. Allí, tomo muestras de rocas sedimentarias que se habían acumulado hace entre 12 y 5 millones de años, por la erosión de las cordilleras que la rodean. Un tipo de mineral, el carbonato, se precipita a partir del agua superficial, de modo que la composición del carbonato es un buen indicador de la composición de la lluvia.

Las lagunas Verde y Blanca, vistas desde la cima del Licanbur. Crédito: Marko Riikonen

La composición del agua de lluvia cambia con la altitud. Más del 99 por ciento del oxígeno en el agua está compuesto por oxígeno-16 y menos del 1 por ciento por oxígeno-18. A medida que el vapor se eleva a altitudes mayores en forma de nubes, el oxígeno-18 es eliminado de la forma con la lluvia, dejando a la nube más y más carente de ese isótopo. Este cambio se fija en los minerales que se forman en la superficie a causa de la lluvia. En Bolivia, estos minerales se acumularon en cuencas sedimentarias a lo largo de millones de años, para convertirse en estratos rocosos de los cuales Garzione tomó sus muestras.

El segundo método observó el mismo sedimento boliviano, pero se enfocó en la temperatura en la cual se crearon los carbonatos de formación superficial. Una vez más, la atmósfera jugó un papel principal, ya que la temperatura del aire disminuye con la altitud, lo que significa que se habría preservado un registro de la altitud original de las rocas basado en la temperatura. Garzione, junto a Prosejit Ghosh y a John M. Eiler del Instituto de Tecnología de California, empleó una técnica desarrollada en Caltech que utiliza las abundancias del oxígeno-18 y del carbono-13 que están enlazados.

Con temperaturas altas, tales como las del clima cálido en las elevaciones bajas de los Andes, los átomos individuales vibrarán vigorosamente y sus enlaces con otros átomos se romperán más fácilmente. Como los enlaces de los isótopos pesados son más fuertes, con temperaturas menores y con frecuencias vibratorias menores, es más probable que se rompan los enlaces de los isótopos ligeros. Utilizando el método de medición de Caltech, Garzione y el equipo de Caltech calcularon la temperatura en la que se habían formado los carbonatos, desde el cálido clima de la jungla amazónica hasta los frígidos picos de los Andes.

Ambos estudios arrojaron los mismos resultados: hace entre 10 millones y 7 millones de años, los Andes saltaron hacia arriba.

'Cuando mostré por primera vez estos datos a otras personas, tuvieron dificultades en creer que las montañas pudieran aparecer tan rápidamente', dice Garzione. 'Con datos de apoyo provenientes de la nueva técnica de paleotemperatura, tenemos más confianza en el historial de elevación y podemos determinar los procesos que causaron la elevación de las montañas'.

Si los Andes crecieron a la dramática velocidad de un kilómetro por millón de años, como sugieren los estudios, los científicos pueden ahora asignar un muy específico (y muy controversial) proceso para su elevación.

Ramas diferentes de ondas sísmicas generadas por un terremoto pasan a través de partes diferentes de la Tierra profunda (A). Los sismogramas de dos terremotos separados por 10 años parecen similares (B), lo que indica que los terremotos debieron ser casi idénticos. Pero un examen detallado muestra que la parte de la onda sísmica que pasó a través del núcleo interior (PKP(DF)) viajó más rápidamente en 2003 que en 1993 (C). Crédito por la imagen: Zhang, Song, et al

'Desburbujear' puede no sonar como una palabra muy científica, pero es el término dato a una raíz densa debajo de la corteza terrestre – una burbuja – que se vuelve inestable y comienza a fluir hacia abajo dentro del manto terrestre, bajo la fuerza de su propia masa, hasta que se desprende. Cuando chocas dos placas tectónicas, tales como la oceánica de Nazca en el Pacífico sudoriental contra la continental de Sud América, comúnmente la placa continental comienza a doblarse. Flotando sobre un manto líquido, las placas presionan una contra la otra y el doblez crea la primera elevación de una cadena montañosa.

Debajo de la corteza, sin embargo, hay también una especie de doblez en marcha en la porción sólida del manto superior. Esta densa raíz del manto se adhiere a la parte inferior de la corteza, creciendo al mismo paso que las florecientes montañas de más arriba. Esta densa raíz actúa como un ancla, haciendo bajar con su peso a toda la cordillera e impidiéndole que se eleve, en forma muy parecida a una plomada de pesca mantiene al corcho bajo el agua. En el caso de los Andes, se elevaron hasta una altura de un kilómetro antes de que la raíz del manto debajo de ellas se desconectara y se hundiera en el manto líquido. El efecto fue como si se cortara la línea de pesca hasta la plomada, las montañas 'saltaron' de pronto por encima de la corteza que las rodeaba, y en menos de tres millones de años, habían aumentado su altura desde un kilómetro hasta aproximadamente cuatro.

Este proceso había sido propuesto desde principios de la década de 1980, pero nunca se había mantenido frente a un escrutinio porque estas técnicas para estimar la elevación superficial solamente han sido desarrolladas recientemente.

'Mayormente, la gente ha ignorado el rol del la litosfera del manto porque resulta difícil hacer observaciones de 50 a 200 kilómetros de profundidad dentro de la Tierra, y en cambio podemos ver fácilmente la deformación en la superficie', dice Garzione. 'Algunos geólogos han supuesto que la litosfera del manto se ve separada en forma continua y pareja durante la formación de las montañas. Nuestros datos proponen que el manto sencillamente se acumula allá abajo hasta algún momento crítico en que se vuelve inestable y se suelta'.

Los científicos pueden utilizar los terremotos para medir cómo se mueven las ondas sísmicas a través de la Tierra, transformando un sismo en una especie de cámara ultrasónica de escala planetaria. Utilizando este método, los geólogos creen que podría haber burbujas significativas de litosfera del manto hundiéndose debajo de las montañas de Sierra Nevada, aunque podrían transcurrir todavía varios millones de años antes de su desprendimiento.