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El rebote postglacial(también llamado rebote isostático o rebote cortical ) es el aumento de las masas de tierra después del levantamiento del enorme peso de las capas de hielodurante el último período glacial , que había causado la depresión isostática. El rebote posglacial y la depresión isostática son fases de la isostasia glacial ( ajuste isostático glacial , glacioisostasia ), la deformación de la corteza terrestre en respuesta a los cambios en la distribución de la masa de hielo. [1] Los efectos de elevación directa del rebote post-glacial son fácilmente evidentes en partes del norte de Eurasia , América del Norte, Patagonia y Antártida . Sin embargo, a través de los procesos de sifón oceánico y palanca continental , los efectos del rebote postglacial sobre el nivel del mar se sienten globalmente lejos de las ubicaciones de las capas de hielo actuales y anteriores.
Descripción general [ editar ]
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 cortezapara deformar y deformar hacia abajo, obligando a la viscoelástica manto material fluya fuera de la región cargada. Al final de cada período glacial cuando los glaciaresretirado, 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 nuevamente debajo del área desglaciada . Debido a la extrema viscosidad del manto, la tierra tardará miles de años en alcanzar un nivel de equilibrio .
El levantamiento ha tenido lugar en dos etapas distintas. La elevación inicial después de la deglaciación fue casi inmediata debido a la respuesta elástica de la corteza cuando se eliminó la carga de hielo. Después de esta fase elástica, el levantamiento se realizó mediante un flujo viscoso lento a una velocidad exponencialmentedecreciente. [ 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 muestra claramente en los datos GPS obtenidos por la red BIFROST GPS. [3] Losestudios sugieren que el rebote continuará durante al menos otros 10,000 años. La elevación total desde el final de la deglaciación depende de la carga de hielo local y podría estar a 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 hacia abajo de la tierra, el movimiento horizontal de la corteza, [3] [4] cambios en los niveles globales del mar [5] y el campo de gravedad de la Tierra, [6] terremotos inducidos, [7] y cambios en la rotación de la Tierra. [8]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 equivocada de que de alguna manera se alcanza el equilibrio isostático, por lo que al agregar "ajuste" al final, se enfatiza el movimiento de restauración.
Efectos [ editar ]
El rebote posglacial produce efectos mensurables en el movimiento cortical vertical, los niveles globales del mar, el movimiento cortical horizontal, el campo de gravedad, la rotación de la Tierra, el estrés cortical y los terremotos. Los estudios de 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 postglacial también es importante para nuestra capacidad de monitorear el cambio global reciente.
Movimiento cortical vertical [ editar ]
Cantos rodados erráticos , valles en forma de U , drumlins , eskers , lagos de caldera , estrías de roca son algunas de las firmas comunes de la Edad de Hielo . Además, el rebote postglacial ha causado numerosos cambios significativos en las costas y los paisajes en los últimos miles de años, y los efectos continúan siendo significativos.
En Suecia , el lago Mälaren era anteriormente un brazo del mar Báltico , pero el levantamiento eventualmente lo cortó y lo convirtió en un lago de agua dulce alrededor del siglo XII, cuando se fundó Estocolmo en su desembocadura . Las conchas marinas que se encuentran 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 . La creciente tierra ha provocado que el área de asentamiento de la Edad del Hierro retroceda del Mar Báltico, haciendo que los pueblos actuales de la costa oeste retrocedan inesperadamente lejos 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 la pesca costera sustancial.
Como resultado del rebote postglacial, se pronostica que el Golfo de Botniase cerrará en Kvarken en más de 2,000 años. [9] 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 retiro glacial del holoceno .
En varios otros puertos nórdicos , como Tornio y Pori (anteriormente en Ulvila ), el puerto tuvo que ser reubicado varias veces. Los nombres de lugares en las regiones costeras también ilustran el aumento de la tierra: hay lugares interiores llamados 'isla', 'skerry', 'rock', 'punto' y 'sonido'. Por ejemplo, Oulunsalo "isla de Oulujoki " [10] es una península, con nombres del interior como Koivukari "Birch Rock", Santaniemi "Sandy Cape" y Salmioja "el arroyo del Sonido". (Compare [1] y [2] .)
En Gran Bretaña , la glaciación afectó a Escocia pero no al sur de Inglaterra, y el rebote postglacial del norte de Gran Bretaña (hasta 10 cm por siglo) está causando un movimiento descendente correspondiente 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. [11]
Dado que el proceso de ajuste isostático glacial hace que la tierra se mueva en relación con el mar, se encuentra que las costas antiguas se encuentran por encima del nivel actual del mar en áreas que alguna vez estuvieron glaciadas. Por otro lado, los lugares en el área de abultamiento periférico que se elevó durante la glaciación ahora comienzan a disminuir. Por lo tanto, las playas antiguas se encuentran debajo del nivel del mar actual en el área abultada. Los "datos relativos del nivel del mar", que consisten en mediciones de altura y edad de las antiguas playas de todo el mundo, nos dicen que el ajuste isostático glacial se produjo a un ritmo mayor cerca del final de la deglaciación que hoy.
El movimiento de elevación actual en el norte de Europa también es monitoreado por una red GPS llamada BIFROST. [3] [12] [13] Los resultados de los datos del 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 margen de hielo anterior.
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 las playas antiguas se encuentran sumergidas por debajo del nivel actual del mar y se espera que Florida se sumerja en el futuro. [5] Los datos del GPS en América del Norte también confirman que la elevación de la tierra se convierte en hundimiento fuera del margen de hielo anterior. [4]
Niveles globales del mar [ editar ]
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 latitudes altas. Así, el nivel global del mar cayó durante la glaciación.
Las capas de hielo en el último máximo glacial eran tan masivas que el nivel global del mar cayó unos 120 metros. Así, las plataformas continentales quedaron expuestas y muchas islas se conectaron con los continentes a través de tierra firme. Este fue el caso entre las Islas Británicas y Europa ( Doggerland ), o entre Taiwán, las islas de Indonesia y Asia ( Sundaland ). También existió un subcontinente entre Siberia y Alaska que permitió la migración de personas y animales durante el último máximo glacial. [5]
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 deglaciación, 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 determinado sitio puede ser mayor que el de 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 [5] y los cambios en el potencial centrífugo debido a la rotación variable de la Tierra. [14]
Movimiento cortical horizontal [ editar ]
El movimiento vertical acompañante es el movimiento horizontal de la corteza. La red GPS BIFROST [13] 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 de GPS en el norte de Canadá, que es bastante inaccesible. [4]
Rebote postglacial e isostasia [ editar ]
El movimiento vertical de un bloque cortical significa que este bloque no está en equilibrio isostático . Sin embargo, está en proceso de alcanzar este equilibrio.
Inclinación [ editar ]
La combinación de movimiento horizontal y vertical cambia la inclinación de la superficie. Es decir, los lugares más al norte se elevan más rápido, un efecto que se hace evidente en los lagos. Los fondos de los lagos se inclinan gradualmente desde la dirección del máximo máximo de hielo, de modo que las orillas de los lagos en el lado de la máxima (típicamente norte) retroceden y las orillas opuestas (sur) se hunden. [15] 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 drenó a través de una salida en el medio del lago cerca de Nunnanlahti al lago Höytiäinen . El cambio de inclinación hizo que Pielinen atravesara el esker de Uimaharjuen el extremo suroeste del lago, creando un nuevo río ( Pielisjoki ) que corre hacia el mar a través del lago Pyhäselkä hasta el lago Saimaa . [16] Los efectos son similares a los de las costas, pero ocurren sobre el 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 inclina lentamente y las costas del sureste se ahogan. [17]
Campo de gravedad [ editar ]
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 ellos. 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 de hielo / agua derretida en la superficie de la Tierra y el flujo de rocas del manto dentro. [18]
Hoy, más de 6000 años después de que finalizó la última deglaciación, el flujo de material del manto de regreso al área glaciada 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 de gravedad. [ cita requerida ]
El campo de gravedad cambiante se puede detectar mediante mediciones repetidas de tierra con gravímetros absolutos y recientemente mediante la misión de satélite GRACE . [19] 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 . [20]
Dato vertical [ editar ]
El dato vertical es una superficie de referencia teórica para la medición de altitud y desempeña papeles vitales en muchas actividades humanas, incluida la agrimensura y la construcción de edificios y puentes. Dado que el rebote postglacial deforma continuamente la superficie de la corteza y el campo gravitacional, el dato vertical debe redefinirse repetidamente a lo largo del tiempo.
Estado de estrés, terremotos intraplaca y volcanismo [ editar ]
De acuerdo con la teoría de la tectónica de placas , la interacción placa-placa produce terremotos cerca de los límites de la placa. Sin embargo, grandes terremotos se encuentran en un entorno intraplaca como el este de Canadá (hasta M7) y el norte de Europa (hasta M5), que están muy lejos de los límites actuales de las placas. Un importante terremoto intraplaca fue el terremoto de magnitud 8 del Nuevo Madrid que ocurrió a mediados de los Estados Unidos continentales 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. Este esfuerzo vertical es soportado 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 posglaciales en el sureste de Canadá. [21] Cuando las fallas postglaciales se formaron al final de la deglaciación hace 9000 años, la orientación horizontal del esfuerzo principal era casi perpendicular al antiguo margen de hielo, pero hoy la orientación está en el noreste-suroeste, en la dirección deel lecho marino se extiende en el Mid-Atlantic Ridge . Esto muestra que el estrés debido al rebote postglacial 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 hoy.
Según la teoría de la falla de rocas de Mohr-Coulomb , las grandes cargas glaciales generalmente suprimen los terremotos, pero la desglaciación rápida promueve los terremotos. Según Wu y Hasagawa, el estrés de rebote que está disponible para provocar terremotos hoy es del orden de 1 MPa. [22] Este nivel de estrés no es lo suficientemente grande como para romper rocas intactas, pero es lo suficientemente grande como para reactivar fallas preexistentes que están cerca de fallar. Por lo tanto, tanto el rebote postglacial como la tectónica pasada juegan un papel importante en los terremotos intraplaca de hoy en el este de Canadá y el sureste de los EE. UU. En general, el estrés de rebote postglacial podría haber desencadenado los terremotos intraplaca en el este de Canadá y podría haber desempeñado algún papel en desencadenar terremotos en el este de los EE. UU., Incluido elNuevos terremotos de Madrid de 1811 . [7] La situación actual en el norte de Europa 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 derretimiento y las actividades volcánicas debajo de Islandia y Groenlandia. Por otro lado, la disminución de la presión debido a la deglaciación puede aumentar la producción de masa fundida y las actividades volcánicas en 20-30 veces. [23]
Calentamiento global reciente [ editar ]
El reciente calentamiento global ha provocado el derretimiento de los glaciares de montaña y las capas de hielo en Groenlandia y la Antártida y el aumento del nivel global del mar. [24] 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 aumento reciente en el nivel del mar ha sido monitoreado por indicadores de mareas y altimetría satelital (por ejemplo, TOPEX / Poseidon ). Además de la adición de agua helada derretida de los glaciares y las capas de hielo, los cambios recientes en el nivel del mar se ven afectados por la expansión térmica del agua de mar debido al calentamiento global [25] , el cambio del nivel del mar debido a la deglaciación del último máximo glacial (mar postglacial cambio de nivel), deformación del suelo terrestre y oceánico y otros factores. Por lo tanto, para comprender el calentamiento global del cambio del nivel del mar, uno debe ser capaz de separar todos estos factores, especialmente el rebote posglacial, ya que es uno de los factores principales.
Los cambios en 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 lo tanto , la misión de satélite ICESat , GPS y GRACE son útiles para tal fin. [26] Sin embargo, el ajuste isostático glacial de las capas de hielo afecta la deformación del suelo y el campo de gravedad hoy. Por lo tanto, comprender el ajuste isostático glacial es importante para controlar el calentamiento global reciente.
Uno de los posibles impactos del rebote provocado por el calentamiento global puede ser una mayor actividad volcánica en áreas previamente cubiertas de hielo, como Islandia y Groenlandia. [27] También puede desencadenar terremotos intraplaca cerca de los márgenes de hielo de Groenlandia y la Antártida.
Aplicaciones [ editar ]
La velocidad y la cantidad de rebote postglacial están determinadas por dos factores: la viscosidad o la 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 tardan miles de años en observarse y la temperatura ambiente y las condiciones de presión no son fáciles de alcanzar durante un tiempo suficientemente largo. Por lo tanto, las observaciones del rebote postglacial 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 [5] [28] [29] y lateral [30]y si la ley de flujo es reológica lineal, no lineal [31] o compuesta. [32]
Las historias de espesor de hielo son útiles en el estudio de paleoclimatología , glaciología y paleooceanografía. Las historias de espesor de 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 deglaciación dan una estimación de la cantidad de agua que ingresó a los océanos o, de manera equivalente, la cantidad de hielo bloqueado en el máximo glacial. . En segundo lugar, la ubicación y las fechas de las morrenas terminales nos indican la extensión del área y la retirada 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 grosor 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 bloqueado 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, desde GPS o VLBI ) se pueden utilizar para restringir el espesor del hielo local. Un modelo de hielo popular deducido de esta manera es el modelo ICE5G. [33] 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 la capa de hielo deducidos de esta manera solo dan la "altura promedio" durante más de mil años. [34]
El ajuste isostático glacial también juega un papel importante en la comprensión del reciente calentamiento global y el cambio climático.
Descubrimiento [ editar ]
Antes del siglo XVIII, se pensaba, en Suecia , que los niveles del mar estaban cayendo. Por iniciativa de Anders Celsius, se hicieron varias marcas en roca en diferentes lugares a lo largo de la costa sueca. En 1765 fue posible concluir que no se trataba de una disminución del nivel del mar sino de un aumento desigual de la tierra. En 1865, Thomas Jamieson llegó a la teoría de que el surgimiento de la tierra estaba relacionado con la edad de hielo que se descubrió por primera vez en 1837. La teoría fue aceptada después de las investigaciones de Gerard De Geer sobre las antiguas costas en Escandinavia publicadas en 1890 [35] [ 36] [37] .
Implicaciones legales [ editar ]
En áreas donde se ve el aumento de la tierra, es necesario definir los límites exactos de la propiedad. En Finlandia, la "nueva tierra" es legalmente propiedad del propietario del área de agua, no de ningún propietario de la tierra en la costa. Por lo tanto, si el propietario de la tierra desea construir un muelle sobre la "nueva tierra", necesita el permiso del propietario del área de agua (anterior). El propietario de la costa puede canjear la nueva tierra a precio de mercado. [38] Por lo general, el propietario del área de agua es la unidad de partición de los propietarios de las costas, una corporación colectiva.
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