En geología , la denudación involucra los procesos que causan el desgaste de la superficie de la Tierra por el movimiento del agua, el hielo, el viento y las olas , lo que lleva a una reducción en la elevación y en el relieve de las formas terrestres y de los paisajes. Aunque los términos se han usado indistintamente, erosión es el transporte de suelo y rocas de un lugar a otro, [1] y denudación es la suma de procesos que resultan en la disminución de la superficie de la Tierra, incluida la erosión. [2] Procesos endógenos como volcanes , terremotos y levantamiento y exposición tectónicacorteza continental a los procesos exógenos de meteorización , erosión y desgaste masivo . Los efectos de la denudación se han registrado durante milenios, sin embargo, la mecánica detrás de ella se ha debatido durante los últimos 200 años y solo ha comenzado a entenderse en las últimas décadas. [3]
Procesos
La denudación incorpora los procesos mecánicos, biológicos y químicos de erosión, meteorización y desgaste masivo. La denudación puede implicar la eliminación tanto de partículas sólidas como de material disuelto. Estos incluyen subprocesos de criofractura, erosión por insolación, apagamiento , erosión por sal, bioturbación e impactos antropogénicos . [4]
Los factores que afectan la denudación incluyen:
- Actividad antropogénica (humana) que incluye agricultura, represas, minería y deforestación. [5]
- Biosfera a través de animales, plantas y microorganismos que contribuyen a la meteorización química y física . [6]
- El clima, aunque es más directamente a través de la meteorización química de la lluvia, el clima también dicta qué tipo de meteorización ocurre. [7]
- La litología , o el tipo de roca, juega un papel importante en la denudación.
- Topografía de la superficie y cambios en la topografía de la superficie, como la erosión y el desgaste masivo. [8]
- La actividad tectónica como la deformación, el cambio de rocas debido a la tensión principalmente de las fuerzas tectónicas, [8] y la orogenia , los procesos que forman las montañas.
Tarifas
La denudación se mide por tasas, que son una estimación del desgaste de la superficie de la Tierra en pulgadas o centímetros cada 1000 años. [9] El resultado es a menudo una estimación, ya que hay que hacer suposiciones, es decir, asumir una erosión uniforme, ya que medir con precisión la denudación en grandes áreas es muy difícil. Las mediciones de la denudación realizadas en áreas grandes se realizan dividiendo el área en secciones más pequeñas y luego agregando los promedios de las secciones para crear una tasa promedio para el área. Se hacen muchas suposiciones, especialmente con las mediciones de denudación más antiguas, debido a que es difícil hacer las mediciones necesarias de antemano, y la mayoría de estas suposiciones solo son válidas para el paisaje donde se tomaron las mediciones. En la mayoría de los casos, no se realizan ajustes por impacto humano, lo que provoca que las medidas se inflen. [10] Se han realizado cálculos que sugieren que la pérdida de suelo de hasta 0,5 m debido a la actividad humana cambiará las tasas de denudación calculadas en menos del 30%. [11]
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. [12] Las únicas áreas en las que podría haber tasas iguales de denudación y levantamiento son los márgenes de las placas activas con un período prolongado de deformación continua. [13]
La denudación se mide en medidas a escala de captación y puede utilizar otras medidas de erosión que generalmente se dividen en métodos de datación y de prospección. Existen varias técnicas para medir la erosión y la denudación, incluida la medición de la carga de los arroyos, la exposición cosmogénica y la datación de los enterramientos, el seguimiento de la erosión, las mediciones topográficas, el levantamiento de la deposición en los embalses, el mapeo de deslizamientos de tierra, la toma de huellas químicas, la termocronología y el análisis de registros sedimentarios en áreas de deposición. [14] Existen numerosas formas de medir la denudación, y la forma más común de medir la denudación es a partir de las mediciones de la carga de la corriente tomadas en las estaciones de aforo . La carga suspendida , la carga del lecho y la carga disuelta se incluyen en las mediciones. El peso de la carga se convierte a unidades volumétricas y el volumen de carga se divide por el área de la cuenca hidrográfica sobre la estación de medición. [9] Esta ha sido la forma más común de medir la denudación, aunque un problema es que hay mucha variación en la erosión fluvial de un año a otro y puede haber diferencias de hasta un factor de cinco entre años sucesivos. [15] Una ecuación importante para la denudación es la ley de potencia de la corriente:, donde E es la tasa de erosión, K es la constante de erosionabilidad, A es el área de drenaje, S es el gradiente del canal y myn son funciones que generalmente se dan de antemano o se asumen según 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 desarrollada más recientemente es el análisis de isótopos cosmogénicos, que se utiliza junto con mediciones de carga de arroyos y análisis de sedimentos. Mide la intensidad de la meteorización química calculando la alteración química en proporciones moleculares. [11] Las primeras investigaciones preliminares sobre el uso de isótopos cosmogénicos para medir la meteorización se realizaron mediante el estudio de la meteorización del feldespato y el vidrio volcánico, ya que contienen la mayoría del material que se encuentra en la corteza superior. Los isótopos utilizados con mayor frecuencia son 26 Al y 10 Be, sin embargo, el 10 Be se utiliza con más frecuencia en estos análisis. El 10 Be se usa debido a su abundancia y, aunque no es estable, su vida media es de 1,39 millones de años, que es relativamente estable en comparación con la escala de mil o millones de años en la que se mide la denudación. 26 Al se usa debido a la baja presencia de Al en el cuarzo, lo que facilita su separación y no existe riesgo de contaminación del 10 Be atmosférico . [16] Esta técnica se desarrolló porque los estudios previos de tasa de denudación han supuesto tasas constantes de erosión, aunque dicha uniformidad es difícil de verificar en el campo y puede no ser válida para muchos paisajes, y su uso para ayudar a medir la denudación y la fecha geológica de eventos fue Reconocido. [17] En promedio, la concentración de isótopos cosmogénicos producidos in situ en el sedimento que sale de una cuenca en particular está inversamente relacionada con la velocidad a la que esa cuenca se está erosionando. Esto significa que en una cuenca que se erosiona rápidamente, la mayoría de las rocas estarán expuestas 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 que se erosiona lentamente, la exposición integrada a los rayos cósmicos es mucho mayor y, en consecuencia, la concentración de isótopos será mucho mayor. [11] Un problema común con esta técnica es que es casi imposible medir los reservorios isotópicos en la mayoría de las áreas, por lo que se asume una erosión uniforme. También hay variaciones en las mediciones de un año a otro, que pueden llegar a ser un factor de tres. [18]
Hay varios problemas y cosas a tener en cuenta al medir la denudación además de los ya mencionados, incluidos factores tanto con la tecnología como con factores del medio ambiente. [14] Si bien el desgaste masivo es parte de la denudación, la mayoría de las investigaciones intentan obtener una tasa promedio de denudación durante un período de tiempo, por lo que los deslizamientos de tierra pueden interferir con las mediciones de la denudación en regiones montañosas, especialmente en el Himalaya. [19] Hay dos preocupaciones principales con los métodos de datación, una son las incertidumbres con las mediciones en sí mismas, tanto con el equipo como con las suposiciones hechas durante la medición. El otro son los errores de la relación entre las edades medidas y las historias de los marcadores. [14] Esto se relaciona con un problema con la mayoría de las mediciones de denudación, que como se mencionó anteriormente, es que hay suposiciones que deben hacerse basadas en qué mediciones y en qué área se están tomando las mediciones. También hay factores ambientales para considerar tales 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, [14] erosión química y para isótopos cosmogénicos clima y cobertura de nieve o glaciares. [19] Algo más a considerar al estudiar la denudación es el efecto Stadler, que establece que las mediciones durante períodos de tiempo más cortos muestran tasas de acumulación más altas, y las mediciones durante períodos de tiempo más largos muestran tasas de acumulación más bajas. [20] Un ejemplo de esto es un estudio de James Gilully que presentó datos que sugerían que la tasa de denudación se ha mantenido aproximadamente igual a lo largo de la Era Cenozoica según la evidencia geológica, [21] sin embargo, dadas las estimaciones de las tasas de denudación en ese momento y el A la elevación de Estados Unidos se necesitarían entre 11 y 12 millones de años para erosionar América del Norte, [15] mucho antes de los 66 millones de años del Cenozoico. [22]
La investigación se está realizando sobre la denudación principalmente en cuencas fluviales y en regiones montañosas como el Himalaya debido a que es una región geológicamente muy activa, [23] lo que permite la investigación entre levantamiento y denudación. También hay investigaciones sobre los efectos de la denudación en el karst, ya que solo alrededor del 30% de la meteorización química del agua ocurre en la superficie. [24] Otra razón es el gran papel que juega la denudación en el karst y la evolución del paisaje, ya que los cambios más rápidos en los paisajes ocurren cuando hay cambios en las estructuras subterráneas. [24] Otra investigación incluye lo que afecta las tasas de denudación, y esta investigación está principalmente estudiando cómo el clima [25] y la vegetación [26] impactan en la denudación. También se han realizado investigaciones para encontrar la relación entre la denudación y la isostasia, ya que cuanto más denudación ocurre, más clara se vuelve la corteza en un área, lo que permite el levantamiento. [27] El trabajo trata principalmente de determinar una relación entre la denudación y el levantamiento, por lo que se pueden hacer mejores estimaciones en el futuro sobre los cambios en el paisaje. En años más recientes [28] se han realizado investigaciones que intentan aplicar tasas de denudación para mejorar la ley de potencia de la corriente de modo que se pueda utilizar de forma más eficaz. [29]
Procesos propuestos
Los efectos de la denudación se han escrito y observado desde la antigüedad, aunque los términos denudación y erosión se han utilizado indistintamente a lo largo de la mayor parte de la historia. [3] No fue hasta la Ilustración que los eruditos comenzaron a tratar de comprender cómo ocurría la erosión y la denudación sin explicaciones míticas o bíblicas. A lo largo del siglo XVIII, los científicos comenzaron a teorizar que los valles están formados por arroyos que los atraviesan, no por inundaciones u otros cataclismos. [30] En 1785, un médico escocés llamado James Hutton propuso una historia de la Tierra basada en procesos observables durante una cantidad ilimitada de tiempo, [31] que marcó un cambio de suposiciones basadas en la fe al razonamiento basado en la lógica y la observación. En 1802, John Playfair , un amigo de Hutton, publicó un artículo aclarando las ideas de Hutton y explicó el proceso básico de cómo el agua desgasta la superficie y describió la erosión y la meteorización química. [32] Entre 1830 y 1833, Charles Lyell publicó tres volúmenes de Principios de geología que describían cómo la tierra es moldeada por procesos en curso y que respaldaban y establecían la denudación gradual en la comunidad científica más amplia. [33]
A medida que la denudación llegó a la conciencia más amplia, comenzaron a surgir preguntas sobre cómo ocurrió la denudación y cuál fue el resultado. En cuanto a cuál fue la respuesta a cuál fue el resultado de la denudación, Hutton y Playfair sugirieron que durante un período de tiempo el paisaje eventualmente se desgastaría a planos erosivos en o cerca del nivel del mar, lo que le dio a la teoría el nombre de planificación. [30] Charles Lyell propuso que la planificación marina, o los océanos y los antiguos mares poco profundos, eran 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 desempeña un papel más importante en los procesos geomórficos. [30] Hubo alguna evidencia que apoyó la planificación marina, sin embargo, hubo mucha más evidencia en su contra. En la década de 1860, la planificación marina había caído en desgracia en gran medida, liderada por Andrew Ramsay , un ex defensor de la planificación marina, que reconoció que la lluvia y los ríos juegan un papel más importante en la denudación. En América del Norte, a mediados del siglo XIX, se realizaron avances en la identificación de la erosión fluvial, pluvial y glacial. El trabajo que se está realizando en los Apalaches y el oeste estadounidense que formó la base para que WM Davis planteara la hipótesis de la penetración, a pesar de que, si bien la penetración era compatible en los Apalaches, no funcionó tan bien en el oeste estadounidense más activo. La penetración fue un ciclo en el que se crearon paisajes jóvenes mediante la elevación y se desnudaron 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, creando un nuevo paisaje joven. [34] El aumento del ciclo de erosión de Davis dio lugar a muchos geólogos que buscaban evidencia de planificación 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 pediplanes, [35] y WJ McGee nombró a estos paisajes frontones. Esto más tarde le dio al concepto el nombre de pediplanación cuando LC King lo aplicó a una escala global. [36] El predominio del ciclo Davisiano dio lugar a varias teorías para explicar la planificación, como la eolación y la planificación glacial, aunque solo la planificación del aguafuerte sobrevivió al tiempo y al escrutinio porque era un modelo basado en observaciones y mediciones realizadas en diferentes climas del mundo, y explicó irregularidades en el paisaje. [37] La mayoría de estos conceptos fallaron debido a varias razones, una de las cuales es que Joseph Jukes, un popular geólogo y profesor, separó la denudación y la elevación en una publicación de 1862 que tuvo un impacto duradero en la geomorfología. [38] Otras razones importantes son que los ciclos, el de Davis en particular, fueron generalizaciones basadas en observaciones amplias del paisaje y no en mediciones detalladas, muchos de los conceptos se desarrollaron en base a procesos locales o específicos, no a procesos regionales, y asumieron largos períodos de estabilidad continental. [30]
Si bien el ciclo Davisiano fue la principal teoría influyente en geomorfología, hubo quienes lo desafiaron. Grove Karl Gilbert fue uno de ellos, que con el tiempo, basándose en mediciones, se dio cuenta de que la denudación no era lineal y comenzó a desarrollar explicaciones basadas en la dinámica de fluidos y los conceptos de equilibrio. Otro fue Walther Penck , quien elaboró una teoría más compleja que afirmaba que la denudación y el levantamiento ocurrieron al mismo tiempo y la formación del paisaje ocurrió en base a la relación entre las tasas de denudación y levantamiento y propuso que la geomorfología se basaba en procesos endógenos y exógenos. [39] La teoría de Penck, aunque finalmente llegó a ser ignorada, volvió a la denudación y al levantamiento que ocurrieron simultáneamente y se basó en la movilidad continental, a pesar de que Penck rechazó la deriva continental. Los modelos Davisiano y Pecnkiano fueron muy debatidos durante algunas décadas, hasta que se ignoró el de Penck y el apoyo al ciclo de Davis disminuyó después de su muerte y se hicieron más críticas. Un crítico fue John Leighly, quien criticó que los geólogos no sabían cómo se desarrollaban los accidentes geográficos, por lo que la teoría de Davis finalmente se construyó sobre una base inestable. [40] De 1945 a 1965 hubo un cambio en la investigación en geomorfología que vio un cambio del trabajo principalmente deductivo a diseños experimentales detallados, tecnologías mejoradas y técnicas, 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 realizaron mejoras en la geología y geofísica de los océanos, se hizo cada vez más claro que la teoría de Wegener sobre la deriva continental era correcta y que hay un movimiento constante en la superficie de la tierra. También se realizaron mejoras en geomorfología para cuantificar las formas de los taludes y las redes de drenaje, y para encontrar relaciones entre la forma y el proceso y la magnitud y frecuencia de los procesos geomórficos. [30] El golpe final a la peneplanation llegó en 1964 cuando un equipo dirigido por Luna Leopold publicó Fluvial Processes in Geomorphology al vincular accidentes geográficos con procesos medibles de precipitación-infiltración de escorrentía y concluyó que no existen penillanuras en grandes áreas en los tiempos modernos, ni penillanuras históricas. tendría que demostrarse su existencia, en lugar de inferirse de la geología moderna. También afirmaron que los frontones podrían formarse en todos los tipos y regiones de rocas, aunque a través de diferentes procesos. [41] 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, incluida la elevación, la isostasia, la litología y la vegetación, y la medición de las tasas de denudación en todo el mundo. [30]
Ejemplos de denudación
La denudación expone estructuras subvolcánicas profundas en la superficie actual del área donde una vez ocurrió la actividad volcánica. Las estructuras subvolcánicas, como los tapones volcánicos y los diques, quedan expuestas por la denudación.
Una carretera de montaña en Ladhk que muestra signos de desgaste y erosión masivos que dan como resultado la exposición del lecho rocoso.
Imágenes de satélite que muestran la erosión extrema en el estuario de Betsiboka en Madagascar debido a la deforestación, que resulta en una rápida denudación y una de las costas que cambian más rápidamente. [43]
Acantilados de una costa en Portugal que se han desnudado debido a la erosión y la meteorización principalmente por el agua y la sal.
Otros ejemplos incluyen:
- Terremotos que provocan deslizamientos de tierra.
- Haloclastia, acumulación de sal en las grietas de las rocas que provocan erosión y meteorización. [4]
- Hielo acumulado en las grietas de las rocas.
- Microorganismos que contribuyen a la meteorización a través de la respiración celular.
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