Erosión y actividad tectónica

La interacción entre la erosión y la actividad tectónica ha sido un tema de debate desde principios de la década de 1990. Si bien los efectos tectónicos en los procesos superficiales, como la erosión, se han reconocido durante mucho tiempo (por ejemplo, la formación de ríos como resultado del levantamiento tectónico), lo contrario (los efectos de la erosión en la actividad tectónica) solo se ha abordado recientemente. Las preguntas principales que rodean este tema son qué tipos de interacciones existen entre la erosión y la tectónica y cuáles son las implicaciones de estas interacciones. Si bien esto sigue siendo un tema de debate, una cosa está clara, el paisaje de la Tierra es producto de dos factores: la tectónica, que puede crear topografía y mantener el relieve a través del levantamiento de la superficie y las rocas, y el clima, que media los procesos de erosión que desgastan zonas altas a lo largo del tiempo.La interacción de estos procesos puede formar, modificar o destruir características geomórficas en la superficie de la Tierra.

Procesos tectónicos

El término tectónica se refiere al estudio de la estructura de la superficie de la Tierra y las formas en que cambia con el tiempo. Los procesos tectónicos ocurren típicamente en los límites de las placas, que son de tres tipos: límites convergentes, límites divergentes o límites de transformación.Estos procesos forman y modifican la topografía de la superficie de la Tierra, aumentando efectivamente el relieve a través de los mecanismos de levantamiento isostático, engrosamiento de la corteza y deformación en forma de fallas y plegamientos. El aumento de las elevaciones, en relación con los niveles base regionales, conduce a gradientes de canal de río más pronunciados y un aumento en la precipitación localizada orográficamente, lo que en última instancia resulta en un aumento drástico de las tasas de erosión. La topografía y el relieve general de un área dada determina la velocidad a la que fluirá la escorrentía superficial y, en última instancia, determina el poder erosivo potencial de la escorrentía. Las pendientes más largas y empinadas son más propensas a mayores tasas de erosión durante los períodos de fuertes lluvias que las áreas más cortas y con pendientes graduales. Así, grandes cadenas montañosas, y otras áreas de alto relieve,Además, la tectónica puede influir directamente en las tasas de erosión a corto plazo, como queda claro en el caso de los terremotos, que pueden desencadenar deslizamientos de tierra y debilitar la roca circundante a través de perturbaciones sísmicas.

Si bien el levantamiento tectónico en cualquier caso conducirá a alguna forma de aumento de la elevación, por lo tanto, a mayores tasas de erosión, se establece un enfoque principal en el levantamiento isostático, ya que proporciona una conexión fundamental entre las causas y los efectos de las interacciones tectónicas-erosionales.

Elevación isostática

Comprender el principio de isostasia es un elemento clave para comprender las interacciones y retroalimentaciones compartidas entre la erosión y la tectónica. El principio de isostasia establece que cuando se mueve libremente verticalmente, la litosfera flota a un nivel apropiado en la astenosfera de modo que la presión a una profundidad de compensación en la astenosfera muy por debajo de la base de la litosfera es la misma. El levantamiento isostático es tanto una causa como un efecto de la erosión. Cuando se produce una deformación en forma de engrosamiento de la corteza, se induce una respuesta isostática que hace que la corteza engrosada se hunda y que la corteza más delgada circundante se eleve. El levantamiento de la superficie resultante conduce a elevaciones mejoradas, lo que a su vez induce la erosión.Alternativamente, cuando se erosiona una gran cantidad de material de la superficie de la Tierra, se produce un levantamiento para mantener el equilibrio isostático. Debido a la isostasia, las altas tasas de erosión sobre áreas horizontales significativas pueden absorber material de la corteza inferior y/o el manto superior. Este proceso se conoce como rebote isostático y es análogo a la respuesta de la Tierra tras la eliminación de grandes capas de hielo glacial.

El levantamiento isostático y la erosión correspondiente son responsables de la formación de características geológicas a escala regional, así como de estructuras localizadas. Dos de estos ejemplos incluyen:

• Escudos continentales - Generalmente grandes áreas de bajo relieve (<100 m) en la corteza terrestre donde se exponen rocas ígneas cristalinas precámbricas y metamórficas de alto grado.Los escudos se consideran áreas tectónicamente estables en comparación con la actividad que ocurre en sus márgenes y los límites entre placas, pero su formación requirió grandes cantidades de actividad tectónica y erosión. Los escudos, junto con las plataformas estables, son los componentes tectónicos básicos de los continentes, por lo que comprender su desarrollo es fundamental para comprender el desarrollo de otras características de la superficie de la Tierra. Inicialmente, se forma un cinturón montañoso en un margen de placa convergente. La transformación de un cinturón montañoso en un escudo depende principalmente de dos factores: (1) la erosión del cinturón montañoso por el agua corriente y (2) el ajuste isostático resultante de la eliminación de la roca superficial debido a la erosión. Este proceso de erosión seguido de ajuste isostático continúa hasta que el sistema alcanza el equilibrio isostático.
• Anticlinales fluviales: estructuras geológicas formadas a través del levantamiento concentrado de roca subyacente a áreas confinadas de alta erosión (es decir, ríos). El rebote isostático resultante de la rápida eliminación de la roca suprayacente, a través de la erosión, hace que las áreas debilitadas de la roca de la corteza se eleven desde el vértice del río. Para que ocurra el desarrollo de estas estructuras, la tasa de erosión del río debe exceder tanto la tasa de erosión promedio del área como la tasa de elevación del orógeno. Los dos factores que influyen en el desarrollo de estas estructuras son el poder de la corriente del río asociado y la rigidez a la flexión de la corteza en el área. La combinación del aumento de la potencia de la corriente con la disminución de la rigidez a la flexión da como resultado la progresión del sistema de un anticlinal transversal a un anticlinal de río.

Flujo de canal

El flujo de canal describe el proceso a través del cual el material de la corteza viscoso y caliente fluye horizontalmente entre la corteza superior y el manto litosférico, y finalmente es empujado hacia la superficie. Este modelo tiene como objetivo explicar las características comunes a las zonas interiores metamórficas de algunos orógenos de colisión, más notablemente el sistema de la meseta Himalaya-Tibetano. En áreas montañosas con fuertes lluvias (por lo tanto, altas tasas de erosión) se formarán ríos con profundas incisiones. A medida que estos ríos desgastan la superficie de la Tierra ocurren dos cosas: (1) se reduce la presión sobre las rocas subyacentes haciéndolas efectivamente más débiles y (2) el material subyacente se mueve más cerca de la superficie. Esta reducción de la fuerza de la corteza, junto con la exhumación por erosión, permite el desvío del flujo del canal subyacente hacia la superficie de la Tierra.

Procesos de erosión

El término erosión se refiere al grupo de procesos naturales, incluidos la meteorización, la disolución, la abrasión, la corrosión y el transporte, mediante los cuales el material se desgasta de la superficie de la Tierra para ser transportado y depositado en otros lugares.

• Erosión diferencial - Erosión que ocurre a tasas irregulares o variables, causada por las diferencias en la resistencia y dureza de los materiales superficiales; las rocas más blandas y débiles se desgastan rápidamente, mientras que las rocas más duras y resistentes permanecen para formar crestas, colinas o montañas. La erosión diferencial, junto con el entorno tectónico, son dos de los controles más importantes sobre la evolución de los paisajes continentales en la Tierra.

La retroalimentación de la erosión sobre la tectónica está dada por el transporte de masa superficial o cercana a la superficie (roca, suelo, arena, regolito, etc.) a una nueva ubicación. Esta redistribución de material puede tener efectos profundos en el estado de las tensiones gravitatorias en el área, dependiendo de la magnitud de la masa transportada. Debido a que los procesos tectónicos dependen en gran medida del estado actual de las tensiones gravitatorias, la redistribución del material de la superficie puede provocar actividad tectónica. Mientras que la erosión en todas sus formas, por definición, desgasta el material de la superficie de la Tierra, el proceso de pérdida de masa como producto de una profunda incisión fluvial tiene las mayores implicaciones tectónicas.

Emaciación masiva

El desgaste masivo es el proceso geomórfico por el cual el material de la superficie se mueve cuesta abajo típicamente como una masa, en gran parte bajo la fuerza de la gravedad. A medida que los ríos fluyen por montañas con pendientes pronunciadas, se produce una incisión profunda en el canal a medida que el flujo del río desgasta la roca subyacente. La gran incisión del canal disminuye progresivamente la cantidad de fuerza gravitacional necesaria para que ocurra un evento de falla de talud, lo que eventualmente resulta en una pérdida de masa. La eliminación de grandes cantidades de masa superficial de esta manera inducirá una respuesta isostática que dará como resultado un levantamiento hasta que se alcance el equilibrio.

Efectos sobre la evolución estructural

Estudios recientes han demostrado que los procesos erosivos y tectónicos tienen un efecto sobre la evolución estructural de algunas características geológicas, más notablemente las cuñas orogénicas. Los modelos de caja de arena de gran utilidad, en los que las capas horizontales de arena se presionan lentamente contra un tope, han demostrado que las geometrías, estructuras y cinemáticas de la formación de cuñas orogénicas con y sin erosión y sedimentación son significativamente diferentes. Los modelos numéricos también muestran que la evolución de los orógenos, su estructura tectónica final y el desarrollo potencial de un altiplano, todos son sensibles al clima a largo plazo sobre las montañas, por ejemplo, la concentración de precipitación en un lado del orógeno debido al levantamiento orográfico bajo una dirección de viento dominante.