Rebote posglacial
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Un modelo de cambio de masa actual debido al rebote post-glacial y la recarga de las cuencas oceánicas con agua de mar. Las áreas azules y púrpuras indican un aumento debido a la eliminación de las capas de hielo. Las áreas amarillas y rojas indican la caída a medida que el material del manto se alejó de estas áreas para abastecer las áreas ascendentes, y debido al colapso de las protuberancias alrededor de las capas de hielo.
Esta playa de capas en Bathurst Inlet , Nunavut , es un ejemplo de rebote post-glacial después de la última Edad de Hielo. Poca o ninguna marea ayudó a formar su apariencia de pastel de capas. El rebote isostático todavía está en marcha aquí.

El rebote post-glacial (también llamado rebote isostático o rebote de la corteza ) es el aumento de las masas de tierra después de la eliminación del enorme peso de las capas de hielo durante el último período glacial , que había causado la depresión isostática . El rebote post-glacial y la depresión isostática son fases de isostasia glacial ( ajuste isostático glacial , glacioisostasia ), la deformación de la corteza terrestre en respuesta a cambios en la distribución de la masa de hielo. [1] Los efectos de elevación directos del rebote post-glacial son evidentes en partes del norte de Eurasia ,América del Norte , Patagonia y Antártida . Sin embargo, a través de los procesos de sifón oceánico y apalancamiento continental , los efectos del rebote post-glacial en el nivel del mar se sienten a nivel mundial lejos de las ubicaciones de las capas de hielo actuales y anteriores. [2]

Visión general

Cambios en la elevación del lago Superior debido a la glaciación y el rebote posglacial.

Durante el último período glacial , gran parte del norte de Europa , Asia , América del Norte , Groenlandia y la Antártida estuvo cubierta por capas de hielo , que alcanzaron hasta tres kilómetros de espesor durante el máximo glacial hace unos 20.000 años. El enorme peso de este hielo causó la superficie de la Tierra 's corteza para deformar y la deformación hacia abajo, obligando a la viscoelástica manto material fluya fuera de la región cargada. Al final de cada período glacial cuando los glaciaresretrocedido, la eliminación de este peso condujo a un levantamiento o rebote lento (y aún en curso) de la tierra y al flujo de retorno del material del manto de regreso debajo del área desglaciada . Debido a la extrema viscosidad del manto, la tierra tardará muchos miles de años en alcanzar un nivel de equilibrio .

El levantamiento ha tenido lugar en dos etapas distintas. El levantamiento inicial que siguió a la desglaciación fue casi inmediato debido a la respuesta elástica de la corteza cuando se eliminó la carga de hielo. Después de esta fase elástica, la elevación procedió por un flujo viscoso lento a una tasa exponencialmente decreciente. [ cita requerida ] Hoy en día, las tasas de elevación típicas son del orden de 1 cm / año o menos. En el norte de Europa, esto se demuestra claramente por los datos GPS obtenidos por la red BIFROST GPS; [3] por ejemplo, en Finlandia , la superficie total del país está creciendo unos siete kilómetros cuadrados por año. [4] [5]Los estudios sugieren que el repunte continuará durante al menos otros 10.000 años. El levantamiento total desde el final de la desglaciación depende de la carga de hielo local y podría ser de varios cientos de metros cerca del centro de rebote.

Recientemente, el término "rebote post-glacial" está siendo reemplazado gradualmente por el término "ajuste isostático glacial". Esto es en reconocimiento de que la respuesta de la Tierra a la carga y descarga de los glaciares no se limita al movimiento de rebote hacia arriba, sino que también implica el movimiento descendente de la tierra, el movimiento horizontal de la corteza, [3] [6] cambios en los niveles globales del mar [7] y campo de gravedad de la Tierra, [8] terremotos inducidos, [9] y cambios en la rotación de la Tierra. [10]Otro término alternativo es "isostasia glacial", porque la elevación cerca del centro de rebote se debe a la tendencia hacia la restauración del equilibrio isostático (como en el caso de la isostasia de las montañas). Desafortunadamente, ese término da la impresión errónea de que el equilibrio isostático se alcanza de alguna manera, por lo que al agregar "ajuste" al final, se enfatiza el movimiento de restauración.

Efectos

El rebote post-glacial produce efectos medibles sobre el movimiento de la corteza vertical, los niveles globales del mar, el movimiento de la corteza horizontal, el campo de gravedad, la rotación de la Tierra, el estrés de la corteza y los terremotos. Los estudios del rebote glacial nos brindan información sobre la ley de flujo de las rocas del manto, que es importante para el estudio de la convección del manto, la tectónica de placas y la evolución térmica de la Tierra. También da una idea de la historia pasada de la capa de hielo, que es importante para la glaciología , el paleoclima y los cambios en el nivel global del mar. Comprender el rebote posglacial también es importante para nuestra capacidad de monitorear el cambio global reciente.

Movimiento de la corteza vertical

El comportamiento elástico de la litosfera y el manto, que ilustra el hundimiento de la corteza con respecto a las propiedades del paisaje como resultado de la fuerza descendente de un glaciar en 'Antes', y los efectos que el derretimiento y el retroceso glaciar tienen sobre el rebote del manto y litosfera en 'Después'.
Gran parte de la Finlandia moderna es un antiguo lecho marino o archipiélago: se ilustran los niveles del mar inmediatamente después de la última edad de hielo.

Erráticos rocas , valles en forma de U , drumlins , eskers , lagos hervidor de agua , roca de fondo estrías son algunas de las firmas comunes de la edad de hielo . Además, el repunte post-glacial ha causado numerosos cambios significativos en las costas y paisajes durante los últimos miles de años, y los efectos continúan siendo significativos.

En Suecia , el lago Mälaren era anteriormente un brazo del mar Báltico , pero la elevación finalmente lo cortó y lo convirtió en un lago de agua dulce alrededor del siglo XII, en el momento en que se fundó Estocolmo en su desembocadura . Las conchas marinas encontradas en los sedimentos del lago Ontario implican un evento similar en tiempos prehistóricos. Otros efectos pronunciados se pueden ver en la isla de Öland , Suecia, que tiene poco relieve topográfico debido a la presencia del mismo nivel Stora Alvaret . El aumento de la tierra ha provocado que la zona de asentamientos de la Edad del Hierro se aleje del Mar Báltico., haciendo que los pueblos actuales de la costa oeste se alejen inesperadamente de la costa. Estos efectos son bastante dramáticos en el pueblo de Alby , por ejemplo, donde se sabía que los habitantes de la Edad del Hierro subsistían con una importante pesca costera.

Como resultado del rebote post-glacial, se predice que el Golfo de Botnia eventualmente se cerrará en Kvarken en más de 2,000 años. [11] El Kvarken es un sitio del patrimonio natural mundial de la UNESCO , seleccionado como un "área tipo" que ilustra los efectos del rebote post-glacial y el retroceso glacial del holoceno .

En varios otros puertos nórdicos , como Tornio y Pori (anteriormente en Ulvila ), el puerto ha tenido que ser reubicado varias veces. Los nombres de lugares en las regiones costeras también ilustran la tierra en ascenso: hay lugares del interior llamados 'isla', 'skerry', 'roca', 'punto' y 'sonido'. Por ejemplo, Oulunsalo "isla de Oulujoki " [12] es una península, con nombres tierra adentro como Koivukari "Birch Rock", Santaniemi "Sandy Cape" y Salmioja "el arroyo del Sound". (Compare [1] y [2] .)

Mapa de los efectos del Rebote Post Glacial sobre el nivel de tierra de Irlanda y las Islas Británicas .

En Gran Bretaña , la glaciación afectó a Escocia, pero no al sur de Inglaterra , y el rebote posglacial del norte de Gran Bretaña (hasta 10 cm por siglo) está provocando un correspondiente movimiento descendente de la mitad sur de la isla (hasta 5 cm por siglo). ). Esto eventualmente conducirá a un mayor riesgo de inundaciones en el sur de Inglaterra y el suroeste de Irlanda. [13]

Dado que el proceso de ajuste isostático de los glaciares hace que la tierra se mueva en relación con el mar, las antiguas costas se encuentran por encima del nivel del mar actual en áreas que alguna vez estuvieron glaciadas. Por otro lado, los lugares en el área de abultamiento periférico que se levantó durante la glaciación ahora comienzan a disminuir. Por lo tanto, las playas antiguas se encuentran por debajo del nivel del mar actual en la zona del abultamiento. Los "datos relativos del nivel del mar", que consisten en mediciones de altura y edad de las playas antiguas de todo el mundo, nos dicen que el ajuste isostático glacial se produjo a un ritmo más alto cerca del final de la desglaciación que en la actualidad.

El movimiento de elevación actual en el norte de Europa también es monitoreado por una red GPS llamada BIFROST. [3] [14] [15] Los resultados de los datos GPS muestran una tasa máxima de aproximadamente 11 mm / año en la parte norte del Golfo de Botnia , pero esta tasa de elevación disminuye y se vuelve negativa fuera del antiguo margen de hielo.

En el campo cercano fuera del antiguo margen de hielo, la tierra se hunde en relación con el mar. Este es el caso a lo largo de la costa este de los Estados Unidos, donde se encuentran playas antiguas sumergidas por debajo del nivel del mar actual y se espera que Florida se sumerja en el futuro. [7] Los datos de GPS en América del Norte también confirman que la elevación de la tierra se convierte en hundimiento fuera del antiguo margen de hielo. [6]

Niveles globales del mar

Para formar las capas de hielo de la última Edad de Hielo, el agua de los océanos se evaporó, se condensó como nieve y se depositó como hielo en las latitudes altas. Por lo tanto, el nivel del mar global cayó durante la glaciación.

Las capas de hielo en el último máximo glacial eran tan masivas que el nivel del mar global descendió unos 120 metros. Así, las plataformas continentales quedaron expuestas y muchas islas se conectaron con los continentes a través de tierra seca. Este fue el caso entre las Islas Británicas y Europa ( Doggerland ), o entre Taiwán, las islas de Indonesia y Asia ( Sundaland ). También existía un subcontinente entre Siberia y Alaska que permitió la migración de personas y animales durante el último máximo glacial. [7]

La caída del nivel del mar también afecta la circulación de las corrientes oceánicas y, por lo tanto, tiene un impacto importante en el clima durante el máximo glacial.

Durante la desglaciación, el agua helada derretida regresa a los océanos, por lo que el nivel del mar en el océano aumenta nuevamente. Sin embargo, los registros geológicos de los cambios en el nivel del mar muestran que la redistribución del agua helada derretida no es la misma en todos los océanos. En otras palabras, dependiendo de la ubicación, el aumento del nivel del mar en un sitio determinado puede ser mayor que en otro sitio. Esto se debe a la atracción gravitacional entre la masa del agua derretida y las otras masas, como las capas de hielo restantes, los glaciares, las masas de agua y las rocas del manto [7] y los cambios en el potencial centrífugo debido a la rotación variable de la Tierra. [dieciséis]

Movimiento de la corteza horizontal

El movimiento vertical acompañante es el movimiento horizontal de la corteza. La red BIFROST GPS [15] muestra que el movimiento diverge del centro de rebote. [3] Sin embargo, la mayor velocidad horizontal se encuentra cerca del antiguo margen de hielo.

La situación en América del Norte es menos segura; esto se debe a la escasa distribución de estaciones GPS en el norte de Canadá, que es bastante inaccesible. [6]

Inclinación

La combinación de movimiento horizontal y vertical cambia la inclinación de la superficie. Es decir, las ubicaciones más al norte se elevan más rápido, un efecto que se hace evidente en los lagos. Los fondos de los lagos se inclinan gradualmente lejos de la dirección del antiguo máximo de hielo, de modo que las orillas del lago en el lado del máximo (típicamente norte) retroceden y las orillas opuestas (sur) se hunden. [17] Esto provoca la formación de nuevos rápidos y ríos. Por ejemplo, el lago Pielinen en Finlandia, que es grande (90 x 30 km) y está orientado perpendicularmente al antiguo margen de hielo, originalmente drenaba a través de una salida en el medio del lago cerca de Nunnanlahti hasta el lago Höytiäinen . El cambio de inclinación provocó que Pielinen atravesara el esker de Uimaharju.en el extremo suroeste del lago, creando un nuevo río ( Pielisjoki ) que corre hacia el mar a través del lago Pyhäselkä hasta el lago Saimaa . [18] Los efectos son similares a los de las costas, pero se producen por encima del nivel del mar. La inclinación de la tierra también afectará el flujo de agua en lagos y ríos en el futuro y, por lo tanto, es importante para la planificación de la gestión de los recursos hídricos.

En Suecia , la salida del lago Sommen en el noroeste tiene un rebote de 2,36 mm / a mientras que en el este de Svanaviken es de 2,05 mm / a. Esto significa que el lago se está inclinando lentamente y las orillas del sureste se están ahogando. [19]

Campo de gravedad

El hielo, el agua y las rocas del manto tienen masa y, a medida que se mueven, ejercen una atracción gravitacional sobre otras masas hacia ellas. Por lo tanto, el campo de gravedad , que es sensible a toda la masa en la superficie y dentro de la Tierra, se ve afectado por la redistribución del hielo / agua derretida en la superficie de la Tierra y el flujo de rocas del manto en su interior. [20]

Hoy, más de 6000 años después de que terminó la última desglaciación, el flujo de material del manto de regreso al área glaciar hace que la forma general de la Tierra se vuelva menos achatada . Este cambio en la topografía de la superficie de la Tierra afecta los componentes de longitud de onda larga del campo gravitatorio. [ cita requerida ]

El campo de gravedad cambiante puede detectarse mediante mediciones terrestres repetidas con gravímetros absolutos y, recientemente, mediante la misión del satélite GRACE . [21] El cambio en los componentes de longitud de onda larga del campo de gravedad de la Tierra también perturba el movimiento orbital de los satélites y ha sido detectado por el movimiento del satélite LAGEOS . [22]

Dátum vertical

El datum vertical es una superficie de referencia teórica para la medición de la altitud y desempeña un papel vital en muchas actividades humanas, incluida la topografía y la construcción de edificios y puentes. Dado que el rebote posglacial deforma continuamente la superficie de la corteza y el campo gravitacional, el datum vertical debe redefinirse repetidamente a lo largo del tiempo.

Estado de estrés, terremotos intraplaca y vulcanismo

Según la teoría de la tectónica de placas , la interacción placa-placa da como resultado terremotos cerca de los límites de las placas. Sin embargo, los grandes terremotos se encuentran en entornos intraplaca como el este de Canadá (hasta M7) y el norte de Europa (hasta M5) que están lejos de los límites de placas actuales. Un importante terremoto intraplaca fue el terremoto de magnitud 8 en Nuevo Madrid que se produjo en la parte continental central de los EE. UU. En el año 1811.

Las cargas glaciales proporcionaron más de 30 MPa de tensión vertical en el norte de Canadá y más de 20 MPa en el norte de Europa durante el máximo glacial. Esta tensión vertical está soportada por el manto y la flexión de la litosfera . Dado que el manto y la litosfera responden continuamente a las cargas cambiantes de hielo y agua, el estado de estrés en cualquier lugar cambia continuamente en el tiempo. Los cambios en la orientación del estado de estrés se registran en las fallas posglaciares en el sureste de Canadá. [23] Cuando las fallas posglaciares se formaron al final de la deglaciación hace 9000 años, la orientación de la tensión principal horizontal era casi perpendicular al antiguo margen de hielo, pero hoy la orientación está en el noreste-suroeste, a lo largo de la dirección deel lecho marino se extiende en la Cordillera del Atlántico Medio . Esto muestra que el estrés debido al rebote posglacial había jugado un papel importante en el tiempo deglacial, pero se ha relajado gradualmente de modo que el estrés tectónico se ha vuelto más dominante en la actualidad.

Según la teoría de Mohr-Coulomb sobre la rotura de rocas, las grandes cargas glaciares generalmente suprimen los terremotos, pero la desglaciación rápida promueve los terremotos. Según Wu & Hasagawa, la tensión de rebote que está disponible para desencadenar terremotos hoy es del orden de 1 MPa. [24] Este nivel de tensión no es lo suficientemente grande como para romper rocas intactas, pero es lo suficientemente grande como para reactivar fallas preexistentes que están cercanas a la falla. Por lo tanto, tanto el rebote postglacial como la tectónica pasada juegan un papel importante en los terremotos intraplaca actuales en el este de Canadá y el sureste de los Estados Unidos. En general, el estrés de rebote posglacial podría haber desencadenado los terremotos intraplaca en el este de Canadá y puede haber desempeñado algún papel en el desencadenamiento de terremotos en el este de los EE. UU.Terremotos de Nuevo Madrid de 1811 . [9] La situación en el norte de Europa hoy se complica por las actuales actividades tectónicas cercanas y por la carga y el debilitamiento costero.

El aumento de la presión debido al peso del hielo durante la glaciación puede haber suprimido la generación de deshielo y las actividades volcánicas debajo de Islandia y Groenlandia. Por otro lado, la disminución de la presión debido a la desglaciación puede aumentar la producción de masa fundida y las actividades volcánicas entre 20 y 30 veces. [25]

Calentamiento global reciente

El reciente calentamiento global ha provocado que los glaciares de montaña y las capas de hielo en Groenlandia y la Antártida se derritan y que el nivel del mar global aumente. [26] Por lo tanto, monitorear el aumento del nivel del mar y el balance de masa de las capas de hielo y los glaciares permite a las personas comprender más sobre el calentamiento global.

El reciente aumento del nivel del mar ha sido monitoreado por mareógrafos y altimetría satelital (por ejemplo, TOPEX / Poseidon ). Además de la adición de agua helada derretida de los glaciares y capas de hielo, los cambios recientes del nivel del mar se ven afectados por la expansión térmica del agua de mar debido al calentamiento global, [27] el cambio del nivel del mar debido a la desglaciación del último máximo glacial (mar postglacial cambio de nivel), deformación del suelo terrestre y oceánico y otros factores. Por lo tanto, para entender el calentamiento global del cambio del nivel del mar, uno debe poder separar todos estos factores, especialmente el rebote postglacial, ya que es uno de los factores principales.

Los cambios de masa de las capas de hielo se pueden monitorear midiendo los cambios en la altura de la superficie del hielo, la deformación del suelo debajo y los cambios en el campo de gravedad sobre la capa de hielo. Por tanto , las misiones de satélite ICESat , GPS y GRACE son útiles para tal fin. [28] Sin embargo, el ajuste isostático glacial de las capas de hielo afecta la deformación del suelo y el campo de gravedad en la actualidad. Por lo tanto, comprender el ajuste isostático de los glaciares es importante para monitorear el calentamiento global reciente.

Uno de los posibles impactos del repunte provocado por el calentamiento global puede ser una mayor actividad volcánica en áreas anteriormente cubiertas de hielo, como Islandia y Groenlandia. [29] También puede desencadenar terremotos dentro de la placa cerca de los márgenes de hielo de Groenlandia y la Antártida. Se prevé que el rebote isostático glacial presente inusualmente rápido (hasta 4,1 cm / año) debido a las recientes pérdidas de masa de hielo en la región de la bahía del Mar de Amundsen en la Antártida, junto con una baja viscosidad del manto regional, proporcionará una influencia estabilizadora modesta en la inestabilidad de la capa de hielo marino en la Antártida Occidental , pero probablemente no lo suficiente como para detenerlo. [30]

Aplicaciones

La velocidad y la cantidad de rebote postglacial están determinadas por dos factores: la viscosidad o reología (es decir, el flujo) del manto y las historias de carga y descarga de hielo en la superficie de la Tierra.

La viscosidad del manto es importante para comprender la convección del manto , la tectónica de placas , los procesos dinámicos en la Tierra, el estado térmico y la evolución térmica de la Tierra. Sin embargo, la viscosidad es difícil de observar porque los experimentos de fluencia de las rocas del manto a velocidades de deformación naturales tomarían miles de años para observar y las condiciones de temperatura y presión ambientales no son fáciles de lograr durante un tiempo lo suficientemente largo. Por lo tanto, las observaciones del rebote posglacial proporcionan un experimento natural para medir la reología del manto. El modelado del ajuste isostático glacial aborda la cuestión de cómo cambia la viscosidad en las direcciones radial [7] [31] [32] y lateral [33]y si la ley de flujo es lineal, no lineal, [34] o reología compuesta. [35] La viscosidad del manto también se puede estimar mediante tomografía sísmica , en la que la velocidad sísmica se utiliza como un proxy observable [36]

Las historias de espesores de hielo son útiles en el estudio de la paleoclimatología , la glaciología y la paleooceanografía. Los historiales de espesores del hielo se deducen tradicionalmente de los tres tipos de información: Primero, los datos del nivel del mar en sitios estables lejos de los centros de desglaciación dan una estimación de cuánta agua ingresó a los océanos o, de manera equivalente, cuánto hielo quedó encerrado en el máximo glacial. . En segundo lugar, la ubicación y las fechas de las morrenas terminales nos dicen la extensión del área y el retroceso de las capas de hielo pasadas. La física de los glaciares nos da el perfil teórico de las capas de hielo en equilibrio, también dice que el espesor y la extensión horizontal del equilibrioLas capas de hielo están estrechamente relacionadas con la condición basal de las capas de hielo. Por lo tanto, el volumen de hielo encerrado es proporcional a su área instantánea. Finalmente, las alturas de las playas antiguas en los datos del nivel del mar y las tasas de elevación de la tierra observadas (por ejemplo, de GPS o VLBI ) pueden usarse para restringir el espesor del hielo local. Un modelo de hielo popular que se deduce de esta manera es el modelo ICE5G. [37] Debido a que la respuesta de la Tierra a los cambios en la altura del hielo es lenta, no puede registrar fluctuaciones rápidas o oleadas de capas de hielo, por lo que los perfiles de las capas de hielo deducidos de esta manera solo dan la "altura promedio" durante mil años aproximadamente. [38]

El ajuste isostático glacial también juega un papel importante en la comprensión del calentamiento global reciente y el cambio climático.

Descubrimiento

Antes del siglo XVIII, se pensaba, en Suecia , que el nivel del mar estaba cayendo. Por iniciativa de Anders Celsius, se hicieron varias marcas en la roca en diferentes lugares a lo largo de la costa sueca. En 1765 se pudo concluir que no se trataba de un descenso del nivel del mar sino de un desnivel del terreno. En 1865, Thomas Jamieson propuso una teoría de que el ascenso de la tierra estaba relacionado con la edad de hielo que se había descubierto por primera vez en 1837. La teoría fue aceptada después de las investigaciones de Gerard De Geer sobre las antiguas costas escandinavas publicadas en 1890. [39] [40] [41]

Implicaciones legales

En las áreas donde se observa el levantamiento de la tierra, es necesario definir los límites exactos de la propiedad. En Finlandia, la "nueva tierra" es propiedad legal del propietario del área de agua, no de los propietarios de la tierra en la costa. Por lo tanto, si el propietario del terreno desea construir un muelle sobre el "terreno nuevo", necesita el permiso del propietario de la (antigua) zona de agua. El propietario de la costa puede rescatar la nueva tierra a precio de mercado. [42] Por lo general, el propietario del área de agua es la unidad de partición de los propietarios de las costas, una corporación de tenencia colectiva.

Ver también

  • Retiro glacial del Holoceno  : desglaciación global que comenzó hace unos 19.000 años y se aceleró hace unos 15.000 años.
  • Playa elevada , también conocida como terraza marina: playa o plataforma cortada por las olas que se eleva por encima de la costa por una caída relativa del nivel del mar.
  • Impactos físicos del cambio climático
  • Estrés (mecánica)  : cantidad física que expresa fuerzas internas en un material continuo
  • Depresión isostática : lo opuesto al rebote isostático.

Referencias

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Otras lecturas

  • A medida que los glaciares de Alaska se derriten, la tierra está aumentando 17 de mayo de 2009 New York Times

enlaces externos

  • Rebote Glacial NASA
  • Misión Gravity GRACE de GPZ , Potsdam
  • Resultados de BIFROST GPS de la Universidad de Harvard
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