Isostasia: definición, ecuación y ejemplos

El concepto de isostasia

Imagínese que usted y dos amigos están tomando un bote para un día de pesca. El barco es bastante pequeño y solo está diseñado para tres personas o 270 kg (aproximadamente 595 libras). Emocionados y listos para salir del muelle, tú y tus tres amigos saltan al bote con una gran hielera y todo su equipo de pesca. Con todo este peso añadido, ¿qué pasará con el barco en el agua? Con una comprensión de la flotabilidad, probablemente sepa que el bote se hundirá más en el agua a medida que se agrega más peso y se desplaza más agua. Lo crea o no, el mismo fenómeno se puede observar en la corteza terrestre como un principio conocido como isostasia.

Definición de isostasia

Recordando las capas de la Tierra, los 100-150 kilómetros más externos consisten en la litosfera rígida que está compuesta por la delgada corteza externa y el manto litosférico . La litosfera se encuentra en la parte superior de la astenosfera , que es una parte del manto en el que las rocas pueden fluir lentamente.

Capas de la Tierra

Debido a esta habilidad similar a un fluido, la astenosfera se describe como plástica. Pensando en el ejemplo del barco de pesca, el barco podría representar la litosfera y el agua sobre la que flota podría representar la astenosfera. La isostasia ocurre cuando la fuerza de flotación que empuja la litosfera hacia arriba es igual a la fuerza gravitacional que la empuja hacia abajo. Este principio también se puede describir como equilibrio isostático .

El descubrimiento de Sir George Biddell

A mediados del siglo XIX, Sir George Biddell Airy tomó nota del grosor variable de la corteza terrestre. Mientras realizaba estudios topográficos en el Himalaya, notó que las grandes montañas estaban produciendo una fuerza gravitacional más pequeña que si no hubiera habido ninguna montaña. Esto contradecía lo que había anticipado y le hizo preguntarse cómo un objeto tan masivo podía producir una fuerza gravitacional tan débil. Suponiendo que la corteza continental era uniformemente densa y flotando sobre un manto de mayor densidad, planteó la hipótesis de que las porciones más gruesas de la corteza se extendían más profundamente en el manto. Si la corteza de menor densidad fuera lo suficientemente profunda como para desplazar el manto de mayor densidad, las observaciones gravitacionales de Airy podrían explicarse. De hecho, más tarde se demostró que su hipótesis era cierta y puede ilustrarse matemáticamente.

Sir George Biddell Airy

Ecuaciones de isostasia

Para calcular y estudiar más el equilibrio isostático, piense en el principio de Arquímedes. Si la litosfera está flotando en la astenosfera, entonces la cantidad de astenosfera desplazada debe ser igual a la masa de la litosfera que flota arriba. El cálculo de los efectos de la isostasia requiere la formulación de una ecuación de peso y una ecuación de altura. La ecuación de peso se calcula utilizando la profundidad y densidad conocidas de la litosfera y el manto.

Ecuación de peso

Ecuación de altura

Ejemplos de ajustes isostáticos

Estas ecuaciones se utilizan para calcular los ajustes isostáticos observados en toda la litosfera. Como se mencionó anteriormente, las montañas pueden demostrar equilibrio isostático como se atestigua en todo el Himalaya y los Alpes. Cuando una montaña se erosiona y erosiona, la litosfera aumentará en ajuste a medida que la astenosfera, una vez desplazada, regresa debajo de ella. Este proceso, por supuesto, ocurre durante un largo período de tiempo a medida que la astenosfera se mueve lentamente debido a su alta viscosidad. Los glaciares también pueden causar ajustes isostáticos a medida que crecen y mueren. Gran parte de América del Norte todavía se está recuperando después del retroceso de los glaciares masivos hace unos 11.000 años. Es importante señalar que los modelos de isostasia antes mencionados están restringidos a cargas locales y no se pueden aplicar a escala regional.flexión .

Se pueden establecer paralelos entre isostasia y flotabilidad. Recuerde que la presión en la astenosfera es siempre constante en toda la Tierra y, por lo tanto, un cambio en la carga de la litosfera de arriba debe requerir algún tipo de ajuste para mantener el equilibrio. Al igual que un iceberg flotando en el mar, una montaña vista desde arriba de la superficie solo representa una pequeña fracción de su masa total. Las raíces de la corteza se extienden profundamente, desplazando la astenosfera, permitiendo así la variedad de topografía que se ve en la corteza. Si la montaña de arriba se erosiona, la litosfera se recuperará para mantener el equilibrio isostático, pero no tanto como para que la montaña sea más alta que antes de que ocurriera la erosión. Esto se puede ver hoy como el monte. El Everest continúa creciendo hacia el cielo. La isostasia juega un papel en este crecimiento a medida que la montaña se erosiona, pero las ecuaciones de isostasia muestran que hay factores más importantes que contribuyen a las ganancias de altitud de los Everest. La isostasia no es más que una pequeña pieza de un rompecabezas muy complejo que es la Tierra dinámica.

Resumen de la lección

Mirando hacia atrás, ahora debería saber que la isostasia es el equilibrio entre dos fuerzas; la fuerza de la gravedad tirando de la litosfera hacia abajo y la fuerza de flotabilidad empujando hacia arriba desde la astenosfera. Cuanta más masa se aplique a las regiones locales de la corteza terrestre, más se ‘hundirá’ la litosfera desplazando la astenosfera. Del mismo modo, a medida que se elimina la masa de la corteza terrestre, la litosfera rebota cuando la astenosfera de plástico se llena por debajo. El uso de las ecuaciones de suma para la altura y el peso dadas anteriormente puede permitirle calcular cómo responderá la corteza terrestre a los cambios en las cargas siempre que se conozcan el grosor (expresado como h ) y la densidad de las capas. También aprendimos algunos ejemplos que pueden causar cambios en el equilibrio isostático.. La formación y el retroceso de los glaciares, así como la formación y erosión de las montañas, son las principales causas de los ajustes isostáticos locales. Las formaciones más grandes hacen que las placas enteras se doblen y provoquen flexión . Finalmente, tenga en cuenta que los ajustes isostáticos son simplemente complementarios a muchas otras fuerzas que dan forma a la corteza del planeta Tierra.