¿Qué es la isostasia?
LEE Boon-ying
¿Qué es la isostasia?
Los modelos de isostasia se propusieron hace más de un siglo para explicar las mediciones inusuales de la gravedad (¿qué es la gravedad? ¿cómo se mide?) realizadas en diversas partes de la Tierra. El concepto de isostasia es que las montañas se compensan con masas de menor densidad bajo las montañas, mientras que los océanos se compensan con masas de mayor densidad bajo el agua.
Visto de esta manera, la isostasia se basa simplemente en el principio de Arquímedes — un objeto sumergido experimenta una fuerza de flotación igual al peso del fluido desplazado.
¿Qué son las mediciones inusuales de la gravedad?
Las mediciones inusuales de la gravedad mencionadas anteriormente se conocen normalmente como «anomalías de la gravedad». En pocas palabras, se trata de la diferencia entre una medición de la gravedad (corregida por varios factores) y el valor teórico.
La figura 1 muestra gráficos de la anomalía de la gravedad, respectivamente, sobre la dorsal media del Atlántico, los Alpes europeos y los márgenes continentales del sureste de Australia. Llamativamente, estos gráficos indican que sobre los océanos la anomalía es fuertemente positiva, aumentando su magnitud con la profundidad, mientras que sobre terrenos muy elevados se vuelve marcadamente negativa.
Figura 1
¿Cuáles son los modelos de isostasia?
Existen varios modelos basados en diferentes supuestos respecto a la compensación mencionada en la primera pregunta anterior. Los dos modelos más mencionados son:-
- Modelo de Airy – la corteza es de espesor variable pero de densidad constante y es más gruesa bajo terrenos elevados que bajo depresiones como los océanos. La profundidad de las «raíces» subyacentes está relacionada con la altura de la topografía suprayacente.
- Modelo de Pratt: la corteza es de densidad variable pero su base está a una profundidad constante por debajo del nivel del mar. La altura topográfica está relacionada con la densidad de la corteza en ese punto.
La figura 2 presenta diagramas esquemáticos para los dos modelos.
Figura 2 Modelos de isostasia de Airy (izquierda) y Pratt (derecha)
Aunque ambos modelos se basan en supuestos no demasiado realistas, describen sorprendentemente bien la gravedad observada sobre regiones de terreno variable, lo que indica que el concepto de isostasia se obedece en gran parte del mundo.
¿Está el Himalaya en equilibrio isostático?
No. La isostasia sólo puede explicar parte del ascenso del Himalaya. Los científicos todavía están averiguando esto. Algunos proponen que el Himalaya está siendo constantemente empujado a alturas cada vez mayores por el movimiento hacia el norte de la Placa India (ver aquí).
¿Cuáles son los efectos isostáticos de la sedimentación y la erosión?
Donde se produce la sedimentación, el peso de los sedimentos puede hacer que la corteza se hunda. Del mismo modo, donde se produce la erosión, la corteza puede rebotar.
Así mismo, cuando se forman capas de hielo la corteza puede hundirse. A la inversa, cuando se derriten la corteza puede repuntar, como lo que está ocurriendo alrededor del Mar Báltico y la zona de la Bahía de Hudson en Canadá. En concreto, Escandinavia y Escocia estuvieron bajo más de 300 metros de hielo durante las épocas glaciares, y el levantamiento es más rápido en el norte del Báltico, donde todavía se produce a un ritmo de un metro por siglo, es decir, aproximadamente un centímetro por año. Como un balancín, con menos carga de hielo en el otro lado de la masa terrestre, el sur del Báltico y el sur de Inglaterra se están hundiendo.
¿Qué es la gravedad?
Los objetos se atraen entre sí, por ejemplo la atracción entre el Sol y la Tierra, y la que existe entre la Tierra y un objeto en la superficie terrestre. En la superficie de la Tierra existe otra fuerza, la fuerza centrífuga, que surge de la rotación diurna de la Tierra. La gravedad es el efecto combinado de las fuerzas de atracción (que llamamos gravitación) y centrífuga.
Figura 3 (La forma elipsoidal de la Tierra está exagerada para ilustrar las fuerzas.)
Muchos de nosotros sabemos que la aceleración debida a la gravedad de la Tierra, g, es de unos 9,8 m/s2. Varía con la latitud y la elevación. Por ejemplo, la fuerza centrífuga mencionada anteriormente es máxima en el ecuador, actúa en sentido contrario y es aproximadamente 1/3% de la atracción gravitatoria. Además, g cambia con la elevación a un ritmo de aproximadamente 3,1 x 10-6/s2.
La gravedad también varía de un lugar a otro de la superficie de la Tierra, lo que refleja la distribución desigual de la masa en la corteza y el manto terrestre. También hay pequeños cambios a corto plazo debido a la atracción cambiante del Sol y la Luna.
¿Cómo se mide la gravedad?
La gravedad se puede medir con un péndulo, ya que el periodo de un péndulo depende sólo de su longitud y de la gravedad. La gravedad es, por tanto, la medida de un intervalo de tiempo y de una longitud: el periodo del péndulo y su longitud efectiva. Hay otros métodos menos comunes, por ejemplo, cronometrando un objeto en caída libre.
Lo anterior se refiere a la medición absoluta de la gravedad. La gravedad también puede medirse de forma relativa mediante gravímetros, en los que se suspende un peso de un muelle enrollado cuya longitud cambia en proporción a un cambio de gravedad. Aunque sólo miden los cambios en la gravedad, los gravímetros son más sensibles a los pequeños cambios y su funcionamiento es más sencillo y rápido. Por esta razón, la mayoría de las mediciones de la gravedad se realizan con gravímetros que miden la gravedad relativa a una estación base en la que se ha medido la gravedad absoluta. En comparación con los aparatos de péndulo, los gravímetros son 3 o 4 órdenes de magnitud más precisos.
Figura 4 – una foto que muestra los puntos de medición de la gravedad en la veranda del edificio 1883 del Observatorio de Hong Kong. Según consta, las primeras mediciones de la gravedad en el Observatorio se realizaron en 1933-1935.