Warren B. Hamilton (13 de mayo de 1925 - 26 de octubre de 2018) fue un geólogo estadounidense [1] conocido por integrar la geología y la geofísica observadas en síntesis a escala planetaria que describen la evolución dinámica y petrológica de la corteza y el manto de la Tierra. Su carrera principal (1952-1995) fue como científico investigador en el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS) en ramas geológicas y luego geofísicas. Después de su jubilación, se convirtió en Científico Principal Distinguido en el Departamento de Geofísica, Escuela de Minas de Colorado (CSM). Fue miembro de la Academia Nacional de Ciencias y poseedor de la Medalla Penrose , el más alto honor de la Sociedad Geológica de América.(GSA). Hamilton sirvió en la Marina de los EE. UU. De 1943 a 1946, completó una licenciatura en la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA) en un programa de entrenamiento de la Marina en 1945, y fue oficial comisionado en el portaaviones USS Tarawa . Después de regresar a la vida civil, obtuvo una maestría en geología de la Universidad del Sur de California en 1949 y un doctorado en geología de UCLA en 1951. Se casó con Alicita V. Koenig (1926-2015) en 1947. Hamilton murió en octubre de 2018 a la edad de 93 años; hasta las últimas semanas estuvo trabajando en una nueva investigación. [2] Su artículo final, "Hacia una historia geodinámica libre de mitos de la Tierra y sus vecinos", se publicó póstumamente (2019) en Earth-Science Reviews . [3]
Carrera temprana
Después de un año, 1951-1952, enseñando en la Universidad de Oklahoma, Hamilton comenzó su carrera principal como científico investigador en el USGS en Denver (1952-1995). Los primeros proyectos incluyeron trabajo de campo y laboratorio en el batolito de Sierra Nevada , el batolito de Idaho y lo que más tarde se conoció como terrenos acumulados al oeste de él, rocas metamórficas del este de Tennessee, un gran terremoto de extensión de la corteza en Montana y una deformación extrema de los estratos cratónicos en sureste de California.
Perspectivas antárticas
Hamilton dirigió una fiesta de campo de dos hombres en la Antártida (octubre de 1958 a enero de 1959) para el Año Geofísico Internacional y lanzó una nueva comprensión de la Antártida. Fue el primero en aplicar el nombre de Montañas Transantárticas (dos años más tarde, formalizadas como Montañas Transantárticas ) a ese rango de 3.500 km. [4] Hamilton reconoció que un gran sector de este rango contenía rocas graníticas distintivas como el cinturón orogénico de Adelaida en Australia del Sur . Los fósiles asociados de diversas edades en la Antártida, Australia y el sur de África unieron aún más estos continentes y respaldaron explicaciones entonces radicales de la deriva continental . Antes de viajar a la Antártida, Hamilton era lo que luego describió como un "vagabundo oculto", consciente de que la geología del hemisferio sur proporcionaba pruebas poderosas a favor de la deriva continental . [5] Regresó a la Antártida para el trabajo de campo en 1963 y 1964 en otras partes de las Montañas Transantárticas, incluidas las que alguna vez continuaron con otras áreas australianas. También investigó en el campo la evidencia de la deriva en Australia y Sudáfrica, integrando su trabajo con el de otros investigadores para mostrar cómo la Antártida y otros continentes de Gondwana se habían separado.
Deriva continental a la tectónica de placas
La movilidad continental también fue importante para la investigación de Hamilton en el oeste de América del Norte en la década de 1960, en un momento en que la mayoría de los geocientíficos del hemisferio norte rechazaban los movimientos laterales. Reconoció que Baja California se había alejado de México, abriendo el Golfo de California, como componentes del sistema de fallas de San Andrés . Estudió la petrología y los entornos móviles de varias provincias volcánicas y las variaciones en los complejos magmáticos en relación con sus profundidades de formación. Fue el primero en reconocer que tanto los fondos oceánicos como los arcos de islas estaban incorporados en complejos orogénicos continentales (aunque el mecanismo no estaba claro en ese momento) y podían discriminarse petrológicamente, y que la región de Cuenca y Cordillera había duplicado su ancho por extensión de la corteza. El historiador de geociencias Henry Frankel caracterizó a Hamilton como "el movilista norteamericano más activo que desarrolló sus ideas independientemente de los avances contemporáneos en paleomagnetismo y oceanografía". [6]
A finales de la década de 1960, los geofísicos que trabajaban con nuevas tecnologías de levantamiento magnético marino y sismología de terremotos demostraron el funcionamiento de la expansión del fondo marino , idearon explicaciones con los nuevos conceptos de tectónica de placas y demostraron que los fondos oceánicos y los continentes móviles formaban placas tectónicas en conjunto . Hamilton fue un pionero en mostrar cómo la geología terrestre también había evolucionado por interacciones de placas, como las que ahora están activas, para las cuales se generó evidencia submarina recientemente. Publicó en 1969 y 1970 síntesis de la evolución de California, y de gran parte de la Unión Soviética, controlada por placas tectónicas convergentes. Él "pavimentó nuevos caminos para que la comunidad de estructuras y tectónica integre conceptos de placas tectónicas y geología terrestre". [7]
Tectónica de placas de arriba hacia abajo
Hamilton fue invitado en 1969 a realizar un análisis de placas tectónicas de Indonesia y las regiones circundantes, financiado por el Departamento de Estado de los Estados Unidos, para ayudar a que la exploración petrolera se acelere allí. Esta gran región es la parte más compleja de la Tierra donde aún invierten pequeños océanos entre placas que interactúan de manera compleja, de modo que se pueden descifrar muchas historias móviles separadas. Integró la geología en tierra con la geofísica en alta mar, la mayoría sin estudiar previamente. Las publicaciones resultantes incluyen mapas murales, muchos artículos y una gran monografía. [8] Este trabajo contenía una nueva comprensión de las interacciones convergentes-placa, con observaciones que muestran que los límites de las placas cambian de forma y se mueven en relación con la mayoría de los demás. Bisagras de nuevo rollo en subducting placas oceánicas que se hunden costado, no hacia abajo sus dips inclinado. Estas placas que se hunden, y no las células de convección del manto ascendente representadas convencionalmente, controlan los movimientos de las placas de superficie. Los arcos avanzan uno hacia el otro sobre losas que se hunden y chocan; nueva subducción irrumpe fuera de los nuevos agregados. La litosfera oceánica se espesa con la edad y se aleja de los centros de expansión porque se enfría desde la parte superior, se vuelve más densa que el material más caliente debajo de ella y, por lo tanto, es capaz de hundirse (el proceso de subducción). Las placas oceánicas son impulsadas por su masa y sus límites basales comúnmente inclinados hacia salidas de subducción de la superficie. William Dickinson informó que esta "magnífica monografía sobre tectónica de Indonesia incluye el primer mapa tectónico regional que representa la totalidad de una región orogénica clásica en el marco de la tectónica de placas". [9] Keith Howard lo describió como "un estándar de comparación para innumerables estudios más nuevos de cinturones de subducción en todo el mundo". [10]
El otro trabajo de Hamilton de la década de 1970 hasta principios de la de 1990 también tenía como objetivo comprender la evolución de la corteza continental. Se concentró en la geología y la geofísica de la corteza que definen los productos de los últimos 540 millones de años de la historia de la Tierra (el eón fanerozoico ), a lo largo de los cuales la tectónica de placas había producido conjuntos geológicos de placas convergentes como las que se forman hoy. Viajó mucho para estudiar complejos rocosos de diversos tipos, edades y profundidades de formación, incluidos dos que expusieron la discontinuidad de Mohorovičić entre las rocas de la corteza y del manto de los arcos magmáticos. Aceptó 5 cátedras visitantes y también dio muchos cursos cortos y conferencias invitados en todo el mundo.
El énfasis de Hamilton en la evidencia empírica lo mantuvo en desacuerdo con las explicaciones convencionales. Aunque muchos geocientíficos adoptaron puntos de vista movilistas a medida que se documentaba la propagación del lecho marino, la mayoría lo hizo con el supuesto de que las placas son pasajeros pasivos en sistemas de convección impulsados por calentamiento desde el fondo. Esta especulación aún domina la geodinámica teórica. Hamilton argumentó que este punto de vista es incompatible con la información sobre las interacciones reales de las placas y con muchas otras pruebas de la física y la geociencia.
Planetas terrestres y terrestres alternativos
En 1996, Hamilton se trasladó al Departamento de Geofísica de la Escuela de Minas de Colorado, continuando la investigación con algo de enseñanza. Trabajó en la integración multidisciplinaria de datos sobre geofísica de toda la Tierra y evolución del manto, entendiendo la cinemática de la tectónica de placas, interpretando los profundos contrastes entre los ensamblajes de rocas y las relaciones producidas por la tectónica de placas fanerozoica y las de los primeros cuatro mil millones de años de la historia de la Tierra. e integrando esos conocimientos con nuevas interpretaciones de la evolución de los planetas terrestres. Estos amplios temas se adelantaron en paralelo, como puede verse en la lista de sus publicaciones. Los temas principales se actualizaron y resumieron en un documento de 2015 .
Las explicaciones ampliamente aceptadas de la dinámica y la evolución interna de la Tierra y sus vecinos todavía se basan en especulaciones de los años setenta y ochenta. [11] Éstos suponen una separación neta lenta de la corteza continental de los mantos que todavía están en su mayoría sin fraccionar y que se están convirtiendo vigorosamente en la misma forma impulsada por el fondo, y sin embargo producen diferentes efectos superficiales y superficiales en cada planeta.
Hamilton desarrolló interpretaciones radicalmente nuevas al reevaluar las bases de esos supuestos convencionales de forma independiente para la Tierra, Venus, Marte y la Luna de la Tierra. En su opinión, estos supuestos son contrarios tanto al conocimiento empírico como a los principios físicos, incluida la Segunda Ley de la Termodinámica . La evidencia independiente para cada planeta indica el crecimiento de cada uno hasta su tamaño esencialmente completo, con manto y corteza máfica separados mágicamente, no más tarde de hace unos 4.50 mil millones de años (por). Sin embargo, la fuente de calor para la fusión sincrónica con la acreción sigue sin estar clara. El uranio , el torio y el potasio 40 , sugeridos en el artículo de Hamilton de 2015, eran inadecuados para la tarea. Sin embargo, todos esos elementos se dividen selectivamente en fundidos, por lo que se concentraron en las protocostras y sus derivados, en los que los radioisótopos aumentaron las temperaturas superficiales mientras producían mantos inferiores no convectivos. [12]
Mecanismos de la tectónica de placas
Las hipótesis de la tectónica de placas convencionales difieren en detalle, pero desde la década de 1980 la mayoría ha asumido que la Tierra ha operado en un modo de tectónica de placas, con convección de todo el manto basada en la pluma impulsada por un núcleo eternamente caliente, durante al menos 3 en, y que esta convección ha mantenido el manto agitado y en su mayor parte sin fraccionar. Una minoría de geocientíficos, incluido Hamilton, sostiene en cambio que la mayoría de los componentes y predicciones de tal convección han sido refutados y ninguno confirmado de manera contundente. Su explicación alternativa implica los movimientos de las placas impulsados por el enfriamiento y el hundimiento de arriba hacia abajo, con volcánicos de placa media como las islas hawaianas que reflejan la debilidad de la corteza (como una grieta en propagación) que disminuye la presión sobre la astenosfera que ya está en o cerca de temperaturas de fusión, en lugar de columnas de material caliente que se eleva desde las profundidades del manto.
El modelo de Hamilton integra el comportamiento de las placas con la geofísica multidisciplinaria y tiene la circulación tridimensional de la tectónica de placas completamente confinada al manto superior , por encima de la profunda discontinuidad sísmica a una profundidad de aproximadamente 660 km. Las losas subductoras se hunden subvertidamente (no se inyectan en ranuras inclinadas) y sus bisagras migran hacia la litosfera oceánica entrante. Las losas que se hunden se colocan planas sobre el impenetrable "660", son sobrepasadas por el manto superior y las placas dominantes tiradas hacia las losas que se retiran y llenan los posibles huecos de expansión (por ejemplo, las cuencas del océano Atlántico y del arco del Pacífico ) detrás de las placas dominantes. En sus lados hacia el océano, las losas que se hunden en el costado empujan todo el manto superior, por encima del "660" y debajo de las placas oceánicas entrantes, de nuevo debajo de esas placas, lo que obliga a una rápida expansión en sus océanos (p. Ej., El Pacífico que se expande rápidamente) incluso cuando los océanos se estrechan entre los sistemas de subducción que avanzan y las placas dominantes.
Tectónica precámbrica
La literatura predominante sobre la geología precámbrica de la Tierra —la arcaica (hace 4.0-2.5 por) y el proterozoico (2.5-0.54 por) eones — ha estado dominada desde la década de 1980 por el concepto de que los procesos de tectónica de placas y "penacho", como los que se cree estar operando ahora, estaban activos entonces, y que la estructura térmica y la geodinámica de la Tierra han variado relativamente poco a lo largo del tiempo. [13]
Hamilton, sin embargo, no vio, en relatos publicados por otros o en su propio trabajo de campo multicontinental, rocas o ensamblajes más antiguos que el Proterozoico tardío que se asemejen a los productos de la tectónica de placas más reciente. Se carece de evidencia geológica de la tectónica de placas anterior. La mayoría de las rocas volcánicas y graníticas de Arquean son sorprendentemente diferentes en cuanto a composición general y ocurrencias de las del Fanerozoico (hace 0,54-0), incluso aquellas que llevan los mismos nombres litológicos amplios. Esta falta se reconoce tácitamente por la dependencia de las asignaciones convencionales de muestras de rocas individuales a los escenarios de la tectónica de placas sobre la base de las similitudes entre las proporciones de las proporciones de unos pocos oligoelementos y las de las rocas modernas seleccionadas de composiciones a granel, ensamblajes, y ocurrencias. Tanto las relaciones de campo como las composiciones químicas de las lavas máficas arcaicas muestran que hicieron erupción a través y sobre rocas graníticas continentales más antiguas, y no formaron la corteza oceánica como se postula en las interpretaciones de placas. [14] Se ha encontrado evidencia clara de la tectónica de placas solo en rocas de menos de 650 millones de años.
Las rocas del manto superior pre-4.50 por alto, las rocas dominantes ahora conservadas debajo de los cratones Arcaicos, no son de manto parcialmente fraccionado como se predice por interpretaciones convencionales, sino que son diferenciaciones extremadamente refractarias, agotadas de la mayoría de los materiales de silicato que podrían haber contribuido parcialmente derretimientos de rocas de la corteza continental u oceánica. Estas primeras rocas del manto fraccionadas originalmente estaban cubiertas directamente por una gruesa corteza máfica que contenía los posibles componentes de la corteza posteriores, incluida una gran proporción de los principales elementos productores de calor de la Tierra. Aproximadamente a las 4.0, la Tierra recibió, a través de un aluvión de bólidos helados inicialmente formados en la parte exterior del cinturón de asteroides, los componentes volátiles que evolucionaron hacia sus océanos y atmósfera. El ciclo descendente de los volátiles permitió que comenzara la fusión parcial hidratada de la protocorteza, formando una corteza granítica distintiva no tectónica de placas sobre la protocorteza residual. Los conjuntos geológicos bastante diferentes de los eones Arcaico y Proterozoico se explican en términos de fusión parcial radiogénica variable de la protocorteza, después de que comenzó la hidratación, para formar fundiciones graníticas y volcánicas que surgieron de ella, y de delaminación y hundimiento de la protocorteza residual, densificada por pérdida de sus componentes más ligeros, que inició un largo proceso continuo de re-enriquecimiento del manto superior, y que finalmente permitió la tectónica de placas.
Planetas terrestres
El artículo de Hamilton de 2015 resumió los datos que indicaban que Venus y Marte, como la Tierra, tenían costras, mantos y núcleos fraccionados muy temprano, pero, a diferencia de la Tierra, ambos conservan en sus superficies una antigua historia de bombardeos de bólidos como la de la Luna. Casi todos los observadores de Marte reconocen esto. También lo hicieron los primeros observadores de imágenes de radar de Venus, [15] pero casi todos los intérpretes posteriores de ese planeta, a diferencia de Hamilton, atribuyeron la mayoría de los miles de grandes cuencas circulares bordeadas y cráteres a las plumas del manto jóvenes. [16] Hamilton enfatizó que la correlación directa de los campos gravitatorios con la topografía requiere que la mayoría de la topografía marciana y venusiana esté respaldada por mantos superiores fríos y fuertes, y es incompatible con los mantos activos calientes, comúnmente asumidos. (La correlación muy diferente en la Tierra muestra que la topografía de dimensiones similares aquí flota isostáticamente sobre un manto débil y verdaderamente caliente). Los supuestos volcanes venusinos y marcianos, incluido el Olimpo Mons , no se parecen a los volcanes endógenos de la Tierra y, en cambio, son aproximadamente circulares y, por lo general, suaves. de caras, productos de vastas masas de derretimientos que se extienden a partir de eventos únicos. Parecen ser construcciones de fusión por impacto, en su mayoría mayores de 3.9 por analogía lunar. La Tierra registra una historia similar de fusión por impacto en sus circones desde el eón Hadeano, hace 4.5-4.0. [17]
Tanto Venus como Marte muestran en su geología de superficie la adquisición de grandes volúmenes de agua suministrados por bólidos al final de sus historias de bombardeos mayores, por lo tanto, hace aproximadamente 4.0, aproximadamente al mismo tiempo que la Tierra estaba hidratada. Sin embargo, a diferencia de la Tierra, las protocostras de Venus y Marte se habían enfriado mucho antes hasta la inactividad, por lo que no comparten nada de la historia dinámica y magmática de la Tierra antes de aproximadamente 4,5 según la evidencia de océanos marcianos pasados y la mayoría de los observadores reconocen la erosión acuosa severa, aunque la fuente y la se debaten los tiempos del agua. Se reconocieron sedimentos oceánicos venusianos no deformados en imágenes ópticas del módulo de aterrizaje soviético de las vastas llanuras de las tierras bajas, [18] y Hamilton notó mucha más evidencia de océanos y de erosión acuosa profunda en imágenes de radar posteriores. El trabajo convencional de Venus desde 1990 rechaza tal evidencia como incompatible con la suposición de que la superficie de Venus está formada por plumas jóvenes, aún extremadamente activas; y por los productos de estas columnas, incluidos vastos campos de lavas no similares a la tierra sin fuentes visibles. [ cita requerida ]
Luna de la tierra
La Tierra y su Luna tienen composiciones tan similares que deben provenir del mismo cuerpo. La explicación común es que la Luna se formó a partir de material liberado por una colisión temprana con un cuerpo del tamaño de Marte. En su artículo de 2015, Hamilton aboga por la formación lunar mediante la opción generalmente desfavorecida de la fisión, derivada de una Tierra joven todavía parcialmente fundida y que gira rápidamente cuando alcanzó su tamaño completo. Se asume comúnmente que el fraccionamiento lento de un océano de magma ha formado tierras altas lunares, pero la geocronología y los problemas petrológicos con esa explicación llevaron a Hamilton a sugerir que aquí también el fraccionamiento de todo el planeta se completó en aproximadamente 4.5 por ciento, y el magmatismo superficial subsiguiente se debió a fusión por impacto.
La posibilidad de que el agua y otros volátiles fueran entregados a la Luna en bólidos de aproximadamente 4.0 de acuerdo con los datos disponibles sobre el contenido volátil de rocas ígneas [19], pero no se ha especificado en la literatura química. La Tierra, la Luna, Marte y Venus, por lo tanto, pueden haber sido receptores de un bombardeo de bólidos helados, formado originalmente en la mitad exterior del cinturón de asteroides, aproximadamente en este momento, que hizo posible la vida en la Tierra. Esta inferencia es consistente con los conceptos actuales de la formación de asteroides y de la interrupción y pérdida de la mayoría de ellos, en respuesta a las migraciones de, en particular, Júpiter, aunque estos conceptos conllevan pocas limitaciones de tiempo.
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Honores mayores
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- 1968, 1978, Profesor invitado, Scripps Inst. Oceanografía / UCSD
- 1973, Premio al Servicio Meritorio, USGS
- 1973, profesor visitante, California Inst. Tecnología;
- 1979, miembro, Nat. Acad. Sci. Delegación de la tectónica de placas en China y el Tíbet
- 1980, Profesor invitado, Universidad de Yale.
- 1981, Medalla por Servicio Distinguido, Interior del Departamento de EE. UU.
- 1981, profesor visitante, Univ. Amsterdam y Free Univ. Amsterdam (cita conjunta)
- 1989, Medalla Penrose, GSA
- 1989, miembro electo, Academia Nacional de Ciencias
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Referencias
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enlaces externos
- Sitio web de Warren B. Hamilton (1925-2018)
- Actualizaciones de Warren Hamilton en MantlePlumes.org
- Keith Howard, 2007, mención para el Premio a la Contribución a la Carrera de Geología Estructural y Tectónica
- Monumento a Warren B. Hamilton, Sociedad Geológica de América (Hamilton, Foulger, Hamilton, Howard & Stein, 2019)