Denudación

Denudación es el proceso geológico en el que el agua en movimiento, el hielo, el viento y las olas erosionan la superficie de la Tierra, lo que lleva a una reducción de la elevación y del relieve de las formas terrestres 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, y la denudación es la suma de procesos, incluida la erosión, que resultan en el descenso de la superficie de la Tierra. Los procesos endógenos como los volcanes, los terremotos y el levantamiento tectónico pueden exponer la corteza continental a procesos exógenos de meteorización, erosión y desgaste masivo. Los efectos de la denudación se han registrado durante milenios, pero los mecanismos detrás de ella han sido debatidos durante los últimos 200 años y sólo han comenzado a comprenderse en las últimas décadas.

Descripción

La denudación incorpora los procesos mecánicos, biológicos y químicos de erosión, erosión y destrucción masiva. La denudación puede implicar la eliminación tanto de partículas sólidas como de material disuelto. Estos incluyen subprocesos de criofractura, erosión por insolación, apagado, erosión por sal, bioturbación e impactos antropogénicos.

Los factores que afectan la denudación incluyen:

• Actividad antropógena (humana), incluida la agricultura, el adelgazamiento, la minería y la deforestación;
• La biosfera, a través de animales, plantas y microorganismos que contribuyen al clima químico y físico;
• El clima, más directamente a través del clima químico de la lluvia, pero también porque el clima dicta qué tipo de clima ocurre;
• Litología o tipo de roca;
• Topografía superficial y cambios en la topografía superficial, como la pérdida de masa y la erosión; y
• Actividad tectónica, como la deformación, el cambio de rocas debido al estrés principalmente de fuerzas tectónicas, y la orogenia, el proceso que forma montañas.

Teorías históricas

Se ha escrito sobre los efectos de la denudación desde la antigüedad, aunque los términos "denudación" y "erosión" se han utilizado indistintamente a lo largo de la mayor parte de la historia. En el Siglo de las Luces, los eruditos comenzaron a intentar comprender cómo se producía 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 arroyos que los atraviesan, no por inundaciones u otros cataclismos. En 1785, el médico escocés James Hutton propuso una historia de la Tierra basada en procesos observables durante un período de tiempo ilimitado, lo que marcó un cambio de suposiciones basadas en la fe a razonamientos basados en la lógica y la observación. En 1802, John Playfair, un amigo de Hutton, publicó un artículo aclarando las ideas de Hutton, explicando el proceso básico del desgaste del agua en la superficie de la Tierra y describiendo la erosión y la meteorización química. Entre 1830 y 1833, Charles Lyell publicó tres volúmenes de Principios de Geología, que describen la configuración de la superficie de la Tierra mediante procesos en curso y que respaldaron y establecieron la denudación gradual en la comunidad científica en general.

A medida que la denudación llegó a la conciencia más amplia, comenzaron a surgir preguntas sobre cómo se produce la denudación y cuál es el resultado. Hutton y Playfair sugirieron que, con el tiempo, un paisaje eventualmente se desgastaría hasta convertirse en planos de erosión al nivel del mar o cerca de él, lo que dio a la teoría el nombre de "planificación". Charles Lyell propuso que las plantaciones marinas, los océanos y los antiguos mares poco profundos fueran la principal fuerza impulsora detrás de la denudación. Si bien es sorprendente dados los siglos de observación de la erosión fluvial y pluvial, esto 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. Había más pruebas contra la plantación marina que a favor. En la década de 1860, la plantación marina había caído en gran medida en desgracia, una medida liderada por Andrew Ramsay, un antiguo defensor de la plantación marina que reconoció que la lluvia y los ríos desempeñan un papel más importante en la denudación. En América del Norte, a mediados del siglo XIX, se lograron avances en la identificación de la erosión fluvial, pluvial y glacial. El trabajo que se estaba realizando en los Apalaches y el oeste americano que formó la base para que William Morris Davis planteara la hipótesis de la peneplanación, a pesar de que, si bien la peneplanación era compatible en los Apalaches, no funcionó tan bien en el oeste americano más activo. La penetración fue un ciclo en el que los paisajes jóvenes se producen mediante elevación y despojo hasta el nivel del mar, que es el nivel base. El proceso se reiniciaría cuando el antiguo paisaje se elevara nuevamente o cuando se bajara el nivel base, produciendo un paisaje nuevo y joven.

La publicación del ciclo davisiano de erosión hizo que muchos geólogos comenzaran a buscar evidencia de plantaciones en todo el mundo. Insatisfecho con el ciclo de Davis debido a la evidencia del oeste de los Estados Unidos, Grove Karl Gilbert sugirió que el desgaste de las pendientes daría forma a los paisajes en pediplains, y W.J. McGee nombró a estos paisajes frontones. Esto más tarde le dio al concepto el nombre de pediplanación cuando L.C. King lo aplicó a escala global. El predominio del ciclo davisiano dio lugar a varias teorías para explicar la planificación, como la eolación y la planificación glacial, aunque sólo la planificación sobrevivió al tiempo y al escrutinio porque se basó en observaciones y mediciones realizadas en diferentes climas alrededor del mundo y también explicó las irregularidades en paisajes. La mayoría de estos conceptos fracasaron, en parte porque Joseph Jukes, un popular geólogo y profesor, separó la denudación y el levantamiento en una publicación de 1862 que tuvo un impacto duradero en la geomorfología. Estos conceptos también fracasaron porque los ciclos, el de Davis en particular, eran generalizaciones y se basaban en observaciones amplias del paisaje en lugar de mediciones detalladas; muchos de los conceptos se desarrollaron con base en procesos locales o específicos, no regionales, y asumieron largos períodos de estabilidad continental.

Algunos científicos se opusieron al ciclo davisiano; uno fue Grove Karl Gilbert, quien, basándose en mediciones a lo largo del tiempo, se dio cuenta 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 de que la denudación y la elevación ocurrieron al mismo tiempo, y que la formación del paisaje se basa en la relación entre las tasas de denudación y elevación. Su teoría propuesta es la geomorfología, se basa en procesos endógenos y exógenos. La teoría de Penck, aunque finalmente fue ignorada, volvió a afirmar que la denudación y el levantamiento ocurren simultáneamente y dependen de la movilidad continental, aunque Penck rechazó 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 después de su muerte a medida que se hicieron más críticas. Un crítico fue John Leighly, quien afirmó que los geólogos no sabían cómo se desarrollaron las formas del relieve, por lo que la teoría de Davis se basó en una base inestable.

De 1945 a 1965, un cambio en la investigación geomorfológica vio un cambio del trabajo principalmente deductivo a diseños experimentales detallados que utilizaban tecnologías y técnicas mejoradas, aunque esto llevó a investigar detalles de teorías establecidas, en lugar de investigar nuevas teorías. Durante las décadas de 1950 y 1960, a medida que se hicieron mejoras en la geología y la geofísica de los océanos, quedó más claro que la teoría de Wegener sobre la deriva continental era correcta y que hay un movimiento constante de partes (las placas) de la superficie de la Tierra. También se realizaron mejoras en geomorfología para cuantificar las formas de las pendientes y las redes de drenaje, y para encontrar relaciones entre la forma y el proceso, y la magnitud y frecuencia de los procesos geomórficos. El golpe final a la peneplanación se produjo en 1964, cuando un equipo dirigido por Luna Leopold publicó Fluvial Processes in Geomorphology, que vincula las formas del relieve con procesos mensurables de precipitación-infiltración y escorrentía y concluyó que no existen penillanuras en grandes áreas en los tiempos modernos. y habría que demostrar la existencia de cualquier penillanura histórica, en lugar de inferirla de la geología moderna. También afirmaron que los frontones podrían formarse en todos los tipos de rocas y regiones, aunque mediante diferentes procesos. A través de estos hallazgos y mejoras en geofísica, el estudio de la denudación pasó de la planificación a estudiar qué relaciones afectan la denudación (incluidos el levantamiento, la isostasia, la litología y la vegetación) y a medir las tasas de denudación en todo el mundo.

Medición

La denudación se mide en el desgaste de la superficie de la Tierra en pulgadas o centímetros cada 1000 años. Esta tasa pretende ser una estimación y, a menudo, supone una erosión uniforme, entre otras cosas, para simplificar los cálculos. Las suposiciones que se hacen a menudo sólo son válidas para los paisajes que se estudian. Las mediciones de denudación en grandes áreas se realizan promediando las tasas de subdivisiones. A menudo no se realizan ajustes para el impacto humano, lo que provoca que las medidas estén infladas. Los cálculos han sugerido que la pérdida de suelo de hasta 0,5 metros (20 pulgadas) causada por la actividad humana cambiará las tasas de denudación calculadas previamente en menos del 30%.

Las tasas de denudación suelen ser mucho más bajas que las tasas de levantamiento y las tasas de orogenia promedio pueden ser ocho veces la denudación promedio máxima. Las únicas áreas en las que podría haber tasas iguales de denudación y levantamiento son los márgenes de placas activas con un período prolongado de deformación continua.

La denegación se mide en mediciones a escala de captación y puede utilizar otras mediciones de erosión, que generalmente se dividen en métodos de datación y encuesta. Las técnicas para medir la erosión y la denudación incluyen medición de carga de corriente, exposición cosmógena y citas enterradas, seguimiento de la erosión, mediciones topográficas, reconocimiento de la deposición en depósitos, mapeo de deslizamientos, huella química, termocronología y análisis de registros sedimentarios en zonas de deposición. La forma más común de medir la denudación es desde mediciones de carga de corriente tomadas en estaciones de control. La carga suspendida, la carga de la cama y la carga disuelta se incluyen en mediciones. El peso de la carga se convierte en unidades volumétricas y el volumen de carga se divide por el área de la cuenca superior a la estación de servicio. 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. Una ecuación importante para la denudación es la ley de poder de la corriente: E=KAmSn{displaystyle E=KA^{m}S^{n}, donde E es la tasa de erosión, K es la constante de erodibilidad, A es área de drenaje, S es gradiente de canal, y m y n son funciones que generalmente se dan de antemano o asumido basado en la ubicación. 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. La investigación preliminar sobre el uso de isótopos cosmogénicos para medir la erosión se realizó mediante el estudio de la erosión 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 ²⁶Al y ¹⁰Be; sin embargo, ¹⁰Be se utiliza con más frecuencia en estos análisis. ¹⁰Be se utiliza debido a su abundancia y, si bien 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. El ²⁶Al se utiliza debido a la baja presencia de Al en el cuarzo, lo que facilita su separación, y porque no hay riesgo de contaminación del ¹⁰Be atmosférico. Esta técnica se desarrolló porque estudios previos sobre la tasa de denudación asumieron tasas constantes de erosión a pesar de que dicha uniformidad es difícil de verificar en el campo y puede no ser válida para muchos paisajes; su uso para ayudar a medir la denudación y fechar geológicamente eventos fue importante. En promedio, la concentración de isótopos cosmogénicos no perturbados en los sedimentos que salen de una cuenca particular está inversamente relacionada con la velocidad a la que esa cuenca se está erosionando. En una cuenca que se erosiona rápidamente, la mayor parte de las rocas quedarán expuestas sólo a 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 que se erosiona lentamente, la exposición a los rayos cósmicos integrados es mucho mayor y la concentración de isótopos será mucho mayor. Con esta técnica es difícil medir reservorios isotópicos en la mayoría de las áreas, por lo que se supone una erosión uniforme. También hay variaciones en las mediciones de un año a otro, que pueden llegar a ser de un factor de tres.

Los problemas al medir la denudación incluyen tanto la tecnología utilizada como el medio ambiente. Los deslizamientos de tierra pueden interferir con las mediciones de denudación en las regiones montañosas, especialmente en el Himalaya. Los dos principales problemas 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. Esto se relaciona con el problema de hacer suposiciones basadas en las mediciones que se realizan y el área que se mide. Factores ambientales como temperatura, presión atmosférica, humedad, elevación, viento, la velocidad de la luz en elevaciones más altas si se utilizan láseres o mediciones de tiempo de vuelo, deriva de instrumentos, erosión química y para isótopos cosmogénicos, clima y cobertura de nieve o glaciares. 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. En un estudio de James Gilully, los datos presentados sugirieron que la tasa de denudación se mantuvo aproximadamente igual durante la era Cenozoica según la evidencia geológica; sin embargo, dadas las estimaciones de las tasas de denudación en el momento del estudio de Gilully y las tasas de denudación de los Estados Unidos. elevación, se necesitarían entre 11 y 12 millones de años para erosionar América del Norte; mucho antes de los 66 millones de años del Cenozoico.

La investigación sobre la denudación se realiza principalmente en cuencas fluviales y en regiones montañosas como el Himalaya porque son regiones geológicamente muy activas, lo que permite la investigación entre el levantamiento y la denudación. También hay investigaciones sobre los efectos de la denudación en el karst porque sólo alrededor del 30% de la erosión química del agua ocurre en la superficie. 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. Otras investigaciones incluyen efectos sobre las tasas de denudación; Esta investigación estudia principalmente cómo el clima y la vegetación impactan la denudación. También se están realizando investigaciones para encontrar la relación entre denudación e isostasia; cuanto más denudación se produce, más clara se vuelve la corteza en un área, lo que permite su elevación. El trabajo intenta principalmente determinar una relación entre la denudación y el levantamiento para poder hacer mejores estimaciones sobre los cambios en el paisaje. En 2016 y 2019, se llevaron a cabo investigaciones que intentaron aplicar tasas de denudación para mejorar la ley de energía de la corriente para que pueda usarse de manera más efectiva.

Ejemplos

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

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  Un camino de montaña en Ladakh que muestra signos de desperdicio de masa y erosión que resultan en la exposición de rocas.
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  Imágenes satelitales que muestran la extrema erosión en el Estuario de Betsiboka en Madagascar debido a la deforestación, lo que resulta en una rápida denudación y una de las costas más rápidas.
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  Cliffs of a coastline in Portugal that have denuded due to erosion and weathering primarily from water and salt.

Otros ejemplos incluyen:

• Terremotos que causan deslizamientos de tierra;
• Haloclasty, the build-up of salt in cracks in rocks leading to erosion and weathering;
• Hielo acumulando las grietas de las rocas; y
• Los microorganismos que contribuyen al clima mediante la respiración celular.