III. LA SUPERFICIE EN MOVIMIENTO
LAS TRANSFORMACIONES que ocurren constantemente en la superficie terrestre son, en muchos casos, vividas por el hombre. El volcán Paricutín, en el estado de Michoacán, pudo ser observado desde su nacimiento, en febrero de 1943, hasta su aparente culminación, en 1952. Poderosas corrientes de lodo cubrieron los poblados de Yungay, Perú, en 1970, y Armero, Colombia, en 1985. Unas semanas o minutos fueron suficientes para que cambiara una porción del relieve terrestre.
Pero no todos los fenómenos que contribuyen a la modificación de la superficie de la Tierra son de esta naturaleza. Hay movimientos cuyos efectos son apreciables después de decenas de años, de miles de años, de cientos de miles y de millones de años. Hemos tardado mucho en entender esto. Las observaciones directas con fines científicos se comenzaron a realizar hace 200 años, pero con precisión, con el uso de instrumentos, hace apenas medio siglo.
Para poder verificar muchas hipótesis sobre la dinámica del relieve terrestre necesitaríamos una información acumulada durante pocos miles de años; tan sólo de los últimos quince mil ya sería de mucha utilidad. Este breve retroceso en el tiempo nos conduciría a otros paisajes: las márgenes de los glaciares actuales se encontraban en una posición más baja, cubriendo una superficie mayor de Eurasia y América; una buena cantidad de volcanes, incluso de México, no existían, otros eran de menor altitud; las líneas de costa, aunque en general semejantes a las actuales, ocupaban una posición distinta, hacia el continente o hacia el océano.
Hoy día sabemos que el nivel de la tierra firme cambia constantemente con respecto al nivel del mar. Se han medido velocidades que no imaginaron los científicos más radicales de fines del siglo pasado y principios del actual. Sin embargo, el conocimiento de estos fenómenos no se resuelve con la obtención de datos precisos de los últimos 30-50 años. No sabemos cómo se comportan estos movimientos en el transcurso del tiempo. ¿Predominan los de un mismo signo y velocidad durante un lapso prolongado? ¿Se alternan movimientos de distinto signo (elevación y descenso) de la superficie terrestre?
La información obtenida en medio siglo no es extrapolable para los últimos milenios. En otro caso, para poder explicar cómo se formaron los grande sistemas montañosos (Andes, Himalaya, etc.), necesitaríamos que las observaciones hubieran durado por lo menos dos millones de años. Así, sucesivamente, podríamos continuar y remontarnos a 4 500 millones de años para conocer la historia de nuestro planeta.
Con el fortalecimiento de la geología moderna, en el último tercio del siglo XIX, se fue aclarando que la superficie terrestre es producto de transformaciones sustanciales permanentes, pero no era entonces posible comprender la magnitud de los movimientos, ni su duración en el tiempo. Hoy día, esto es mejor conocido y se apoya fundamentalmente en lo tratado en el capitulo anterior sobre la actividad en el manto y núcleo terrestres.
Hacia la mitad del siglo XX ya se tenía la concepción de que la superficie terrestre es muy activa, incluso con procesos actuales de formación de montañas en algunas regiones del planeta. Esto se reforzó al surgir, a fines de la década de los años sesenta,la nueva teoría de la tectónica global o de las placas litosféricas.
Hoy día sabemos que los movimientos que modifican la superficie terrestre son de varios tipos: los horizontales, que incluyen los desplazamientos permanentes de los continentes y, en estrecha relación, los movimientos verticales de levantamiento y hundimiento.
La litosfera —capa rígida— está dividida en seis fragmentos mayores, de tal manera que un mapamundi se asemeja a un rompecabezas, donde las piezas están en movimiento, separadas por líneas que son las zonas de mayor actividad sísmica y, en ocasiones, volcánica.
Fue a principios de los años sesenta del siglo XX cuando los estudios del fondo oceánico empezaron a aportar nuevos datos que renovaron la vieja hipótesis conocida en español como la deriva de los continentes (Kontinentverschiebungen), elaborada por el germano Alfred Wegener en 1912.
La teoría de la tectónica de placas representa una de las revoluciones más importantes en la historia de la geología. Durante más de 100 años predominó la teoría del geosinclinal; dio explicación al origen de los continentes y océanos a partir de movimientos principalmente verticales. Se basa en el hecho de que en determinadas porciones de los fondos oceánicos se produce acumulación de sedimentos a lo largo de muchos millones de años, acompañada de un hundimiento, lo que permite que el proceso tenga continuidad. Así, se alcanzan grosores del orden de 5-20 km. Posteriormente cesa el hundimiento, el fondo marino se transforma en tierra firme y la masa gigantesca de sedimentos puede convertirse en un sistema montañoso, es decir, la orogénesis u orogenia.
A lo largo del tiempo geológico, el proceso de movimiento de los continentes se produce en forma cíclica: se unen en una gran masa —el supercontinente—, misma que se fractura; bloques gigantescos —los continentes— se separan y desplazan alejándose uno de otro para después volver a unirse: es el ciclo de Wilson, llamado así en honor del científico estadounidense que hizo grandes aportes a la nueva concepción de la Tierra.
La teoría del geosinclinal, elaborada originalmente por J. Hall en 1859, constituyó los cimientos de la geología. Supone una fosa oceánica en hundimiento que se acompaña de sedimentación; J. D. Dana enriqueció el concepto y fue quien propuso el término geosinclinal en 1873. La teoría —a manera de un proceso continuo de acumulación de sedimentos— fue creciendo durante más de 100 años, producto de los nuevos conocimientos que aportaban los estudios geológicos en todo el mundo y, por lo mismo, fue de enorme utilidad para el desarrollo de la nueva teoría de la tectónica global. A diferencia de ésta, aquélla es una explicación más compleja y, aunque está basada en principios bien fundamentados, no era posible su comprobación.
En la década de los años sesenta hubo descubrimientos notables en diversas disciplinas de las geociencias; por ejemplo, los primeros mapas del relieve del fondo oceánico, el cambio del polo magnético terrestre a través del tiempo, un mejor conocimiento de los tipos de rocas, sus grosores y edades de las zonas más profundas de los océanos, así como nueva información sobre el interior de la Tierra. Todo esto entró en contradicción con los conceptos de la posición fija de los continentes y las cuencas oceánicas. Los especialistas propusieron otros mecanismos de la formación de los sistemas montañosos y las cuencas oceánicas: fue la formulación de la teoría de las placas litosféricas la que convirtió al planeta Tierra, en todo su interior y en su superficie, en un elemento mucho más vigoroso y activo —tendencia general a lo largo de los últimos 500 años—. Además, representa una explicación mucho más accesible y lógica.
Las razones de que en un momento determinado cesa un proceso de hundimiento, o se produce una inversión del fondo oceánico u ocurre una orogenia, es algo que no tuvo una explicación suficiente en la teoría del geosinclinal, pero fue aceptado porque en más de un siglo no hubo otra explicación alternativa más convincente —algunas tuvieron corta duración.
Un principio fundamental para entender los movimientos horizontales es el de
los límites de placas de tres tipos: divergente, convergente y transformante
(Figura 4). En los divergentes, dos placas se separan a lo largo de una gran
zona de fractura que permite el ascenso de magma hasta la superficie y se crea
corteza oceánica; en los transformantes, se produce un desplazamiento lateral
sin creación de nueva corteza, y en los convergentes, sistemas más complejos
que originan corteza continental, una de las placas se sumerge en el manto,
es decir; que una placa de corteza oceánica se hunde bajo otra continental.
En este proceso, materiales del lecho oceánico (sedimentos y rocas magmáticas)
son transportados hacia el manto y el material fundido se eleva intrusionando
las rocas superiores, formando masas de rocas intrusivas o dando lugar a erupciones
volcánicas. Los materiales se hunden a centenares de kilómetros de profundidad
en las zonas de subducción.
Figura 4. Tipos de límites de las placas litosféricas.
La teoría de la tectónica de placas se inició con la publicación de resultados de investigaciones, de R. S. Dietz en 1961 y Harry Hess en 1962, de las dorsales oceánicas (límites divergentes). En 1963, F. Vine y D. H. Matthews reforzaron esta idea al analizar el paleomagnetismo del fondo oceánico. A. R. Ringwood y D. H. Green, en 1966, relacionaron los procesos de diferenciación de la sustancia del manto terrestre con la expansión del fondo oceánico.
El término tectónica global fue utilizado originalmente por B. Isacks,
J. E. Oliver y L. R. Sykes en 1968. En el mismo año, el francés Xavier Le Pichon
propuso que la corteza terrestre consiste en seis placas principales (Figura
5) y, junto con Jason Morgan y Dan McKenzie, aplicaron el término tectónica
de placas, mismo que se popularizó y fue aceptado en todo el mundo.
Figura 5. Las placas litosféricas principales.
John Tuzo Wilson elaboró la teoría de las fallas transformantes y los
puntos calientes. Esta última fue desarrollada posteriormente por J.
Morgan.
1
Los estadounidenses B. Isacks, J. Oliver y J.
Sykes consideraron el movimiento de las placas en todo el globo, con creación
y destrucción de corteza terrestre. En los años posteriores, este concepto se
ha enriquecido: J. Dewey reconoció 28 placas. En realidad, las seis placas originales
se subdividieron en otras y se identificaron algunas comparativamente muy pequeñas,
como la de Rivera en el territorio oceánico mexicano.
No dejamos aquí el tema de la tectónica de placas, sino que volveremos a tratarlo en varias ocasiones más.
Se ha reconocido que en muchas regiones de actividad sísmica después de un terremoto se producen cambios en el nivel de la superficie, generalmente de ascenso. En México se han hecho escasos estudios sobre este tema, pero hay algunos datos interesantes. En 1971 los investigadores Grivel Piña y Arce Ugarte reportaron una disminución del nivel medio del mar en Puerto Angel, Oax., después de un sismo de 5.2 grados en la escala Richter; ocurrido en enero de 1966. Hasta 1970 se había detectado un ascenso de la tierra firme de 14 cm; también registraron un levantamiento brusco de 23 cm en Acapulco después de dos sismos ocurridos en mayo de 1962.
Una vez que ocurrió el terremoto de septiembre de 1985 en territorio mexicano, investigadores del Instituto de Geología de la UNAM se desplazaron a las costas del Pacífico más afectadas, donde reconocieron a partir de simples observaciones que desde Zihuatanejo, Gro. y hasta 33 km al occidente se produjo un levantamiento de 50-60 cm.
Un terremoto en Chile en 1746 provocó un levantamiento de la tierra firme de aproximadamente 7m, cerca de la ciudad de Concepción; se registraron posteriormente ascensos de uno a tres metros en 1822, y hasta tres metros en 1835. Entonces se observó que los cambios de nivel provocados por un sismo son variables en una misma región.
El terremoto de 8.5 grados que afectó a Chile en 1960 permitió reconocer movimientos, en una superficie de 130 000 km2, de hundimiento y levantamiento que alcanzaron una diferencia vertical de hasta 5.7 m.
En Alaska, un sismo en 1964 de 8.4-8.6 grados, provocó un ascenso de más de dos metros y hundimientos de hasta 1.6 m en una superficie de aproximadamente 300 000 km2. De un sismo anterior en Alaska en 1899 el terreno se elevó 14 m y se calcula que en los últimos 4-5 mil años en la porción central de Alaska este valor alcanza hasta 40 m.
En la región de la falla San Andrés, los estudios de detalle que ahí se realizan están proporcionando una rica información. En el sector El Cajón, en el sur de California, se detectaron desplazamientos debidos a una falla, con una velocidad media para los últimos 14 000 años, de 24.5 mm /año y se estableció un periodo de 150-200 años para los terremotos.
En la isla Kiuroko de Japón, el científico Yamashina Kenichiro y colaboradores, después de un terremoto de 7.7 grados en 1983 reconocieron un hundimiento de la costa de 32 cm. Lo interesante es que desde 1964 no se habían apreciado cambios de altitud y tampoco en el año posterior al sismo.
Las observaciones continuas que se realizan en las regiones de fuerte actividad sísmica han revelado cambios en la velocidad de los movimientos verticales antes y después de un sismo; por ejemplo, los registrados en la ciudad de Toshkent (antes Tashkent), capital de Uzbekistán, de acuerdo con el científico A. A. Nikonov, demostraron lo siguiente:
Entre 1930 y 1940 la diferencia vertical máxima de movimientos verticales fue de 32 mm; de 1940 a 1965 fue de 52 mm; durante 1965 y hasta mediados de 1966 se registraron diferencias máximas de 65 mm (el terremoto fue en abril de 1966). En 1967 los valores descendieron a 31 mm. Los movimientos verticales se incrementaron años antes del sismo y disminuyeron brúscamente después de éste para volver a la misma intensidad.
El conocimiento de estos movimientos en los continentes y en las cuencas oceánicas ha modificado los conceptos geológicos. La evolución de la superficie terrestre se produce con una velocidad mucho mayor de lo que siempre se había considerado. Por otro lado, las nivelaciones precisas periódicas son uno de los medios que se están aplicando para tratar de predecir sismos.
Hacia la mitad del siglo pasado los científicos radicales sostenían que la Tierra sufría una lenta evolución, los cambios eran imperceptibles al hombre y duraban millones de años. Los conservadores trataban de conciliar ciencia y dogma religioso: la Tierra, en apego a la Biblia, no podía tener más de 6 000 años y la transformación de su relieve se había producido en periodos catastróficos de corta duración. Las eras geológicas se reducían de millones de años a días.
Si consideramos que los sismos de gran intensidad en una misma región se producen en periodos de 50-200 años y cada uno modifica la altitud original en centímetros, obtenemos para un millón de años, velocidades equivalentes a las que dan origen a los sistemas montañosos. Éstos se forman no sólo por movimientos imperceptibles o débiles que sólo registran los sismógrafos, sino también bruscos, violentos, aunque ocurran una vez en un siglo.
El conocimiento sobre los movimientos verticales y horizontales que afectan el relieve terrestre se enriquece constantemente. Las observaciones precisas son de pocos años a la fecha y se realizan, cada vez en mayor cantidad, con diversos métodos, desde las nivelaciones geodésicas hasta las mediciones precisas por medio de satélites artificiales.
En sí, cada uno de los movimientos telúricos no es un agente importante en la transformación del relieve. Sin embargo, si consideramos su continuidad en una región dada, por cientos de miles de años e incluso millones de años, su influencia debe ser sustancial.
Alta y Baja California se alejan
Una de las características del conjunto de placas litosféricas es que los límites de éstas son zonas de alta actividad sísmica. Esa característica se reconoce en Sudamérica frente a las costas de Chile y Perú; después, hacia el norte, marginal a Centroamérica, hasta la zona de los estados de Colima y Jalisco; vuelve a aparecer en el Golfo de California, con sismos menos frecuentes, pero con aumento hacia la zona limítrofe con Estados Unidos, donde esta franja se extiende por el interior de California, zona en la cual los temblores son muy frecuentes.
Anualmente se registran en el mundo algunos miles de temblores de tierra; los hay todos los días del año. Pocos son captados por los humanos; la inmensa mayoría son de poca intensidad y sólo quedan registrados en las estaciones sismológicas. Algunos de fuerza excepcional han dejado huella en el relieve, hecho de especial interés en las ciencias de la Tierra.
El sismo que destruyó la ciudad de San Francisco en 1906 produjo desplazamientos verticales de menos de un metro en la superficie, pero horizontales de hasta 6.4 m. Esto se reconoció con claridad ya que diversas construcciones como casas, bardas y vías de comunicación que se disponían sobre la falla San Andrés, causante del terremoto, fueron partidas y desplazadas. La tragedia tuvo también algún buen efecto posterior: proporcionó a los científicos una gran información y fue además, una motivación para apoyar, en todos sentidos, investigaciones relacionadas con el problema, mismas que continúan a la fecha con muy buenos resultados.
La falla San Andrés es una ruptura de la corteza terrestre que se extiende a lo largo del estado de California, de San Francisco a Los Ángeles, y continúa hacia el sudeste en lo que es la fosa del Golfo de California. A esta falla se asocian muchas más, aunque, en general, de dimensiones menores.
Se considera que el Golfo de California se formó por el desplazamiento de un
bloque continental, que es la península, en un proceso todavía activo, con una
velocidad promedio de 6 cm/año. Se supone también que se desplaza al noroccidente
junto con la porción occidental de California, de tal manera que Los Angeles,
en el bloque en movimiento, se acerca a San Francisco, en el bloque fijo (Figura
6). Aunque esto no es apreciable a simple vista, las huellas del movimiento
son claras: destrucción de obras de ingeniería (incluso edificios), tuberías,
carreteras, acueductos y otras.
Figura 6. Las fallas principales de California. Las flechas representan la dirección del desplazamiento (en: A. Nikonov, 1979).
Los estudios actuales permiten registrar movimientos pequeños no reconocibles a simple vista; así, por ejemplo, a raíz de un par de sismos en junio de 1992, con epicentro cercano a Los Angeles, el Instituto Tecnológico de Pasadena y los laboratorios Lawrence-Livermare determinaron que la ciudad se desplazó al noroccidente 13 mm.
Mediciones geodésicas recientes permitieron a Luc Ortlieb y sus colaboradores determinar que en cuatro años la costa de Sonora se desplazó lateralmente 23 cm, con respecto a las islas vecinas del Golfo de California.
A los lados de la falla San Andrés, en una distancia de 110 km se reconocen más de 130 cauces fluviales desplazados, de algunos metros hasta más de un kilómetro. Esto ha ocurrido en las últimas decenas de miles de años.
Respecto a velocidades de movimientos provocados por fallas, L. Lubetkin, M. Clarck y H. Keneth han determinado desplazamientos horizontales de incluso 3.5 cm año. Por otro lado, J. Perkins, J. Sims y S. Sturgen definieron que en los últimos 800 años la velocidad media de desplazamientos en la falla San Andrés es mayor en el sur; de 29 a 41 mm/año, mientras que en el norte es de 12 mm/año.
En la zona de Ventura se han establecido velocidades de levantamiento vertical de 14 a 2 mm/año para los últimos 200 000 años, variando en intensidad y se calcula que, actualmente es de 55 mm/año en promedio.
En 1956 se estableció que los movimientos de la falla San Andrés no son continuos y regulares, sino que se producen por impulsos que ocurren en lapsos días y semanas, en alternancia con meses de tranquilidad. Desde entonces se pudo definir su periodicidad y predecir los impulsos con mucha precisión, con error de una a tres semanas. Sin embargo de 1985 a 1995 han ocurrido varios temblores en California sin que haya habido siquiera una predicción aproximada: año, trimestre, mes o semana de ocurrencia, lo que tampoco significa que en el futuro no se llegue a esto.
Hace 18 000 años, y aproximadamente hasta 60 000 años antes, la península escandinava, al igual que la tierras más septentrionales, estaba cubierta por el casquete de hielo del polo norte, con un grosor que alcanzó más de 2 km en algunas zonas. Esa masa gigantesca de hielo debe de haber provocado un hundimiento de la superficie, de incluso cientos de metros.
Entre 18 000 y 10 000 años atrás se produjo un cambio climático: aumentó la temperatura con el consecuente retroceso de los glaciares en una franja de hasta cientos de kilómetros, lo que debió de tener por lo menos dos efectos importantes: ascendió el nivel del mar inundando grandes planicies costeras y las zonas liberadas de la carga de hielo iniciaron un ascenso.O sea, un regreso al nivel anterior a la glaciación.
Ya los pobladores de las costas del Báltico habían reconocido en el siglo XVII que el mar se alejaba gradualmente. Antiguas obras ribereñas se encontraban cientos de metros tierra adentro. En el siglo XVIII se inician observaciones sobre las oscilaciones del nivel del mar en las costas de Suecia. El científico del mismo país, A. Celsius, calculó entonces el ascenso del oriente de la península y de Finlandia, en un metro por siglo, velocidad que fue confirmada por investigaciones posteriores. Asimismo, se ha precisado que ésta es variable en el territorio escandinavo y que llega a presentarse incluso de signo contrario, de hundimiento.
Actualmente se han establecido velocidades de emersión de la tierra firme, incluso de más de 10 mm/año en las costas suecas, aunque variables a lo largo de las mismas.
El ascenso de Escandinavia se produce con mayor intensidad en su porción central
(Figura 7), la que se considera soportó el mayor grosor de hielo durante la
última glaciación. Se han inferido también velocidades del pasado y así, por
ejemplo, se calculan las mayores de 13 a 8 cm/año hace 7 000-6 000 años y de
1 cm /año para la actualidad.
Figura 7. Velocidades actuales de levantamiento de Escandinavia y regiones contiguas (A. Nikonov, 1979). Las isolíneas representan velocidades de movimientos verticales en mm/año.
En la vecina República de Estonia, L. Vallner; H. Siddvee y A. Torim definieron que una parte del territorio se levanta con velocidad de hasta 2.5 mm /año y otra se hunde 0.3 mm/año.
Las glaciaciones son un fenómeno de enfriamiento global y se ha establecido que ocurrieron en el pasado geológico, por lo menos en el precámbrico, hace más de 1 000 m.a., a principios y fines del paleozoico (500 y 280 m.a.). Mejor conocidas son las de los últimos 2.5 m.a, del pleistoceno. Se considera que en el último millón de años han ocurrido ocho avances de los hielos, en alternancia con retrocesos.
Después de la glaciación también se produjeron hundimientos que continúan hoy día. Éste es un fenómeno común en algunas planicies costeras, inundadas por el aumento del nivel del mar que provocó el deshielo. Aun cuando en éstas hubiera la tendencia al ascenso, el peso de la masa de agua, con un tirante de 100-200 m, frena la emersión e incluso invierte el proceso a hundimiento.
En la región de San Lorenzo, Canadá, los hielos alcanzaron unos 3 000 m de grosor a fines del Pleistoceno. En los últimos 12 000 años, como resultado del deshielo, la superficie se elevó por lo menos 400 m; pero ya que la velocidad no es constante, se calcula que hace unos 7 000 años fue de hasta 8 cm/año y se redujo a unos mm hace 2 000-3 000 años.
En las costas del noroccidente del Golfo de México se produce actualmente un hundimiento con velocidad de 1 mm/año. Aparentemente se debe a un incremento brusco del nivel del mar al final de la última glaciación, de por lo menos 50 m. En Nueva Escocia, Canadá, los hundimientos tienen una velocidad de 5 mm /año y de 5.3 mm /año en la cuenca de los Cárpatos occidentales.
El máximo hundimiento provocado por el peso de los casquetes de hielo se calcula en hasta 700-900 m.
No hay duda acerca de la influencia de los hielos de las altas latitudes sobre los movimientos actuales de levantamiento y hundimiento. Pero no es la única causa de éstos, ya que se reconocen en muchas regiones de la Tierra.
En general, los movimientos de levantamiento más intensos se producen en lo que fueron las zonas centrales de los glaciares, donde se presentaba el grosor mayor; los movimientos más débiles y de transición a hundimiento tienen lugar en lo que fueron las márgenes glaciáricas.
El fenómeno de Escandinavia despertó el interés del hombre por conocer con más precisión la extensión territorial de los movimientos actuales. Las observaciones realizadas en los últimos 30-50 años han permitido elaborar mapas de velocidades de éstas para Europa y Norteamérica. Resulta que regiones que no fueron afectadas por capas potentes de hielo también se encuentran en actividad.
Un levantamiento de un metro por siglo equivale a 100 metros en 10 000 años, a 1 000 en 100 000 años. Esto es una velocidad extraordinaria para la escala geológica, que conduciría a transformar las grandes planicies de Escandinavia y del occidente de la ex Unión Soviética en altas montañas en menos de un millón de años. Es poco probable que se trate de un fenómeno de esta naturaleza. Seguramente, una vez que la superficie alcance la altitud que tenía antes de la glaciación, los movimientos serán mucho más débiles o nulos.