There's no place like home

30/03/2015 0 comentarios
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Un reciente artículo relaciona varios procesos geológicos relativamente desconectados: hidratación de la corteza oceánica, subducción y deshidratación de la placa que subduce con la diferencia de elevación que existe entre los estados del medio oeste americano.

Recuerdos

Puede ser un olor, una determinada luz, tal vez un sonido. En cualquier caso, se trata de la sensación difusa de haber vivido en el pasado esa misma situación: un déjà vu (un fallo en Matrix).

Siendo geólogo, tener un déjà vu provocado por un paisaje es ciertamente complicado ya que solemos fijarnos en muchos detalles que difícilmente confluyen. Por esta razón me considero muy afortunado de haber sido protagonista de uno de estos inusitados déjà vu, que me atrevería a bautizar como "geológico total". Me ocurrió durante mi post-doc en Denver e hizo más llevadera la lejanía del hogar.

Porque tanto Madrid como Denver tienen una fisiografía muy similar: se sitúan en una llanura, en el interior del continente y con una cadena de montañas cercana (el Sistema Central y las Rocosas, respectivamente). El clima, la vegetación, la calidad del agua son muy parecidas. Naturalmente, estoy hablando grosso modo, el clima de Denver es algo más extremo que el de Madrid. También se puede establecer una semejanza con la geología: rocas ígneas y metamórficas en las montañas (aunque de muy diferente edad), sedimentos detríticos en la llanura y rocas carbonatadas plegadas entre ambos dominios. Se encuentran incluso ciudades con nombres equivalentes condicionados por la geología: Tres Cantos ("Three Boulders") en Madrid y Boulder ("Canto") en Colorado (cuanto más cerca de las montañas, los sedimentos son de grano mayor).

El misterio de la elevada ciudad

Existe, sin embargo, una diferencia que no es perceptible sobre el terreno, pero que es fundamental, la altitud a la que se sitúan ambas ciudades. De hecho, Denver es conocida como la Mile-High City ya que su altura oficial son 5280 pies (1609 metros). En cambio, en Madrid apenas pasamos de los 650 metros. Casi un kilómetro de diferencia en altura.

Esta elevada elevación denveriana nos ha tenido perplejos a los geólogos desde hace tiempo ya que no existe una explicación del todo convincente para este hecho. Porque además no es solo Denver, es toda la región conocida como las Llanuras Altas (High Plains) que abarca el este de Colorado, sureste de Wyoming, y el occidente de Kansas y Nebraska.

Mapa topográfico sombreado de la localización de las Llanuras Altas (<em>High Plains</em>). Se muestran también la posición de los perfiles sísmicos (líneas) y las muestras de enclaves (triángulos). Figura tomada del artículo que se referencia al final de esta entrada. 

Sabemos que hace 70 millones de años esta región estaba al nivel del mar y, desde luego, en tanto tiempo han ocurrido varios acontecimientos que podrían explicar parte de este espectacular ascenso.

Esquema en el que se muestra la paleogeografía de las Llanuras Altas durante el Maastrichtiense, entre los 72 y los 66 millones de años (Ma). Wy, Wyoming; Co, Colorado; Ne, Nebraska; Ks, Kansas. Figura tomada del U.S. Geological Survey Professional Paper 1561 de Roberts, L.N.R. y Kirschbaum, M.A. (1995).

Entre estos procesos geológicos responsables de la aparatosa ascensión podríamos destacar engrosamiento de la corteza por la actuación de movimientos tectónicos horizontales (orogénicos), engrosamiento por la intrusión de magmas (magmatic underplating), y movimientos verticales (epirogénicos) provocados por una interacción entre la corteza y el manto superior.

Sin embargo, ninguno de estos procesos parece explicar de manera convincente los casi dos kilómetros de ascenso en las Llanuras Altas.

Una nueva idea

Pero a comienzos de marzo de este año, geólogos del Instituto Cooperativo para la Investigación en Ciencias Ambientales (de iniciales CIRES, por su nombre anglosajón) y el Departamento de Ciencias Geológicas de la Universidad de Colorado en Boulder han publicado en la revista Geology una nueva y original hipótesis, que aparece resumida en el vídeo que podéis encontrar en este enlace.

La historia que nos cuenta esta animación es la siguiente: La corteza oceánica (el suelo del Pacífico) está constituida por rocas volcánicas submarinas que, al haber hecho erupción bajo el mar, se han hidratado. Los minerales ígneos originales, anhidros ellos (olivino, piroxeno y plagioclasa), se transforman en minerales hidratados (por ejemplo serpentina, clorita, sericita).

Estas rocas son despojadas de su origen ígneo nada más nacer, aunque su martirio no ha hecho más que empezar. Las rocas hidratadas del fondo marino se introducen por debajo del continente americano al toparse con él, en una zona de subducción, que es como esconder el polvo barrido bajo una alfombra.

A partir de este momento, el calor del interior de la Tierra hace que el agua atrapada en los minerales de la corteza oceánica se escape y quiera volver a la superficie. En su camino, esta agua, que va armada y es peligrosa, destruye todos los minerales que haya en su camino (que son los que se halla).

A esa profundidad del interior de la Tierra, uno de los minerales más estables es el granate. Una de las causas de su estabilidad es que su estructura es lo suficientemente compacta para soportar la presión que hay ahí dentro, lo que confiere a esa parte de la corteza continental una gran densidad.

Sin embargo, el agua, en su camino a la superficie, altera el granate, lo hidrata, lo transforma en clorita, anfíbol, o ambos y cambia esta situación de estabilidad porque hace disminuir la densidad.

Y todo lo que es menos denso tiende a ascender, en una derivación del principio de Arquímedes a escala planetaria. ¡Eureka! (pero con toalla, no vaya a ser)

La solución bajo nuestros pies

Pero, ¿cómo podemos conocer las rocas que se encuentran en la base de la corteza continental, que se encuentra a unos 35-40 km si a lo máximo que hemos conseguido llegar han sido 12 km?

Afortunadamente, los volcanes y las rocas plutónicas hacen ese trabajo por nosotros, trayendo consigo pedazos del lugar donde se formaron allá abajo, como si al verse obligados a abandonar su hogar de manera repentina hubiesen cogido lo primero que tuviesen a mano, únicos mementos de su origen.

Los geólogos que han realizado este estudio empezaron a darse cuenta de lo que podría estar pasando al estudiar los xenolitos (esos particulares mementos rocosos) de las rocas volcánicas entre Montana (hacia el norte) y Wyoming (al sur). El contenido en granate de estos xenolitos era mayor en Montana que en Wyoming, lo que explicaría que Montana (con su densa corteza inferior) no haya ascendido tanto como Wyoming (donde el granate ha sido reemplazado por minerales hidratados menos densos).

Un último cabo

No obstante, la alteración de la corteza inferior pudo ocurrir en cualquier momento, y una vez más la radioactividad trae luz allí donde no la hay. Analizando isótopos de Th y Pb en las monacitas de uno de estos xenolitos se han obtenido edades entre los 90 y los 60 milones de años, justo cuando tuvo lugar esa subducción que se supone que hidrató la corteza inferior bajo las Llanuras Altas.

La cuadratura del círculo

Este encabezamiento solo puede significar que voy a hablar de geofísica (un sutil chiste geológico, procedente del cálculo del volumen de un pollo; algún día os lo contaré).

Bromas aparte, los estudios de sísmica realizados en el pasado en esa región también apoyan este nuevo modelo. En ellos es evidente que, desde las Llanuras Altas de Colorado hasta Kansas oriental, el grosor de la corteza se correlaciona con la disminución de la elevación, desde los casi 2 km al oeste, hasta prácticamente el nivel del mar al este. Lo mismo ocurre de sur a norte.

Dicho de otro modo, a medida que la corteza inferior está menos hidratada (es más densa), la elevación regional disminuye.

Interpretación del perfil sísmico (marcado con una línea roja en el anterior mapa) realizado de sur (Colorado) a norte (Montana). La línea negra denominada Moho representa el límite entre la corteza inferior y el manto. La escala de colores se refiere a velocidades sísmicas (ondas S), pero se correlaciona con la densidad de las rocas (rojo más denso, verde-azul menos denso). Es evidente que a menor densidad (color verde-azulado) la elevación en mayor. Figura tomada de Shen et al. (2013), que se referencia al final de esta entrada.

Conclusión

Así que, en la superficie, Madrid y Denver pueden ser similares, pero si profundizamos, ya no se parecen tanto: Denver tiene el sótano inundado, Madrid lo conserva seco.

Referencias

Desde que he descubierto Altmetric, incluiré todas las referencias posibles en mis entradas. Altmetric se dedica a recopilar las citas que se hacen de los artículos científicos en ámbitos como redes sociales y blogs. Por ahora no sirve para nada, pero seguro que en el futuro servirá para cuantificar el impacto social de la investigación y, en nuestra sociedad utilitarista, eso puede significar poder seguir investigando lo que nos gusta o tener que dedicarnos a las modas imperantes.

Jones, C.H., Mahan, K.H., Butcher, L.A., Levandowski, W.B., y Farmer G.L. (2015).
Continental uplift through crustal hydration. Geology, 43, 355-358 doi: 10.1130/G36509.1

Shen, W.S., Ritzwoller, M.H., y Schulte-Pelkum, V. (2013). A 3-D model of the crust and uppermost mantle beneath the Central and Western US by joint inversion of receiver functions and surface wave dispersion: Journal of Geophysical Research, 118, 262–276, doi: 10.1029/2012JB009602.