Cómo construir una cadena montañosa

Solo hay un lugar en el planeta donde se pueden ver flamencos vagando por salinas, vicuñas pastando en manadas y cóndores volando a lo alto, todo mientras las aguas termales burbujean bajo imponentes volcanes. Es el Altiplano de América del Sur —una meseta de casi 1.000 kilómetros de largo que se extiende desde el sur de Perú, a través de Bolivia y hasta Chile y Argentina—.

A un promedio de 3.800 metros sobre el nivel del mar, el Altiplano es el corazón de gran altitud de la Cordillera de los Andes. Al este y al oeste de la meseta, se elevan cadenas montañosas de unos 6 kilómetros de altura, espinas dorsales rocosas que serpentean a lo largo del borde occidental del continente sudamericano. El gran volumen de terreno elevado lo hace especialmente fascinante para aquellos que estudian la dinámica profunda de la Tierra: ¿Cómo se elevó tan alto en el cielo tanta tierra? ¿Y cómo esa elevación cambió el planeta?

Los investigadores sí saben cómo comenzó la historia: hace unos 200 millones de años, cuando una enorme placa de la corteza terrestre comenzó a sumergirse debajo de otra. Hace alrededor de 45 millones de años, el proceso se aceleró y la placa en la parte superior comenzó a desmoronarse hacia el cielo para formar los Andes. Pero los detalles de cómo sucedió no están claros.

Ahora, nuevas pistas emergen de las rocas que forman el Altiplano. Durante millones de años, la meseta se ha ido llenando de sedimentos que descienden de las cordilleras cercanas. Eso lo convierte en una cápsula del tiempo geológico que contiene un registro del pasado de las montañas. “La cuenca del Altiplano tiene este increíble archivo climático que se remonta a decenas de millones de años”, dice Carmala Garzione, geóloga de la Universidad de Rochester, en Nueva York. “Literalmente puedes marchar a través del tiempo mientras caminas a través de estos estratos”.

Al sondear esas capas de sedimento, Garzione y sus colegas descubrieron que partes del Altiplano no ganaron su gran altura hasta hace 5 a 10 millones de años. Eso significa que los Andes no se elevaron gradualmente durante los últimos 45 millones de años, sino que se lanzaron hacia el cielo en pulsos dramáticos. La roca fría y densa debajo del Altiplano lo habría hundido como un ancla. Cuando trozos de esa roca gotearon desde su parte inferior hacia las profundidades de la Tierra, el Altiplano se volvió más flotante, como un corcho en una línea de pesca, y se elevó más alto.

El interés de los científicos va más allá de la historia del origen y las maquinaciones de la Tierra. Estar tan cerca del cielo significa que las montañas del mundo también ejercen una gran influencia en la circulación atmosférica, lo que altera el estado del tiempo y el clima. Y la cápsula del tiempo del Altiplano captura esos cambios.

A medida que los Andes crecieron hasta su altura actual, dieron forma a los climas y la historia de América del Sur. Atraparon agua en el lado este de las cordilleras, lo que permitió que el gran sistema del río Amazonas se desarrollara y floreciera. En el oeste, el desierto de Atacama es uno de los lugares más secos de la Tierra.

“Desde nuestra perspectiva, como humanos que miran las montañas, es por eso que estamos interesados”, dice Nadine McQuarrie, geóloga de la Universidad de Pittsburgh. “¿Cómo es que estas montañas, estos elementos realmente grandes e impresionantes que podemos ver y experimentar, alteran el mundo?”

Tierra en ascenso

Los Andes son uno de los mejores lugares para estudiar geología en acción. La placa oceánica de Nazca se desliza hacia el este y se sumerge debajo de la placa continental Sudamericana. A medida que las placas se unen, la placa continental se llena de fallas. Como un automóvil que choca contra una pared de ladrillos, se arruga, se acorta y se vuelve más grueso. La corteza cada vez más espesa continúa empujando a los Andes hacia el aire; su pico más alto, el Aconcagua en Argentina, alcanza actualmente casi 7 kilómetros sobre el nivel del mar.

Para comprender la historia de los Andes, los investigadores miran profundamente debajo de sus pies. Entre otras herramientas, utilizan una red de sismómetros para medir la ubicación y la magnitud de los sismos que ocurren donde se encuentran las placas. Esas medidas revelan la profundidad variable del límite de la placa y la geometría de la corteza debajo, lo que brinda a los científicos una idea de los detalles de la formación de montañas. En 2010, un equipo dirigido por la Universidad de Arizona también cubrió la parte norte del Altiplano con 50 sismómetros adicionales durante dos años, mostrando más claramente cómo se estaba espesando la corteza en esa región.

Parte de la corteza no se estaba comportando como se esperaba. La Tierra tiene capas de rocas quebradizas en la parte superior, una región llamada litosfera, que incluye toda la corteza y un poco del manto subyacente. Debajo de eso, comenzando aproximadamente a 100 kilómetros de profundidad, se encuentra la astenosfera, donde las rocas del manto son lo suficientemente cálidas como para fluir como caramelo caliente.

En el Altiplano, los investigadores esperaban ver rocas frías cerca del fondo de la litosfera, entre 45 y 70 kilómetros por debajo de los Andes. Pero las ondas sísmicas mostraron que allí había rocas calientes. Garzione cree que rocas relativamente frías y de alta densidad llamadas eclogita se desprendieron como gotas y se hundieron en la Tierra. “Es como una lámpara de lava, pero en este caso es una lámpara de lava unidireccional”, dice.

Una vez que la gota de eclogita se desprendió, la litosfera suprayacente se balanceó más alto, elevando la meseta. Garzione y sus colegas, incluida McQuarrie, describen el escenario en el Annual Review of Earth and Planetary Sciences de 2017.

Ellos cruzan y verifican esta historia a través de la geología. A medida que los sedimentos se lavaban desde los Andes hacia el Altiplano, se acumularon en capas de roca, produciendo un archivo ambiental del pasado sin precedentes. “Es un lugar excelente para hacer los estudios climáticos que necesitas hacer”, dice Garzione, quien pasó años trabajando en el alto Himalaya antes de centrar su atención en los Andes.

Las rocas del Altiplano contienen pistas sobre las alturas de diferentes partes de la meseta en varios puntos de su pasado. Algunas de las pistas se basan en el hecho de que las temperaturas generalmente se vuelven más frías a medida que se sube —como cuando uno conduce hasta una montaña para escapar del calor del verano—. Esas diferencias de temperatura se reflejan en las diferentes cantidades de formas pesadas y ligeras de elementos como el oxígeno y el carbono en las rocas del Altiplano. Al medir las proporciones químicas en rocas de cierta edad, los científicos pueden calcular qué tan alto estaba el Altiplano en ese momento.

En algunos lugares encontraron que se movía hacia arriba en ráfagas tan rápidas como medio kilómetro o más cada millón de años. “Para un geólogo eso es muy rápido”, dice Garzione. El Altiplano podría haberse disparado tan rápido solo si algo pesado, como un ancla de eclogita, se hubiera caído de su fondo, dice ella.

El proceso podría incluso ocurrir en ciclos; después de que cae un pedazo frío, se forma otro en su lugar y eventualmente también se desprende. En al menos un lugar debajo de los Andes orientales, una combinación de evidencia sugiere, que un pedazo probablemente se desprendió hace entre 22 y 17 millones de años, y un segundo trozo hace entre 10 y 5 millones de años.

Aún así, podría haber un segundo mecanismo actuando en este proceso. Debajo de las cadenas montañosas que bordean el Altiplano, al oeste y al este de la meseta, la litosfera es relativamente espesa. El calor que se eleva desde la astenosfera puede calentar la litosfera de arriba, calentando las rocas para que fluyan como melaza desde debajo de las cadenas montañosas vecinas hasta debajo del Altiplano. Este proceso, conocido como flujo de la corteza, podría haber ayudado al Altiplano a elevarse tan rápidamente durante algunos períodos. “Ese es otro proceso mediante el cual puedes engrosar un área y elevar su elevación”, dice McQuarrie.

Por ahora, no hay forma de saber si la idea del ancla de la eclogita o del flujo de la corteza es más importante. Alguna combinación de los dos pudo haber empujado finalmente al Altiplano hacia el cielo, dice Garzione. Cuando el ancla de la eclogita se cae, ese desprendimiento puede causar que las rocas calientes de la astenosfera se eleven hacia arriba en la región, permitiendo que el flujo de la corteza se ponga en marcha y que la melaza comience a fluir.

Lo que los científicos aprenden en los Andes también puede iluminar otras partes del mundo. Eso incluye la meseta tibetana, que comenzó a formarse hace unos 50 millones de años cuando la placa de la corteza India se estrelló contra Eurasia. La meseta ahora se encuentra a un promedio de 5 kilómetros de altura, donde modifica patrones meteorológicos y climáticos como el monzón asiático. A diferencia del Altiplano de los Andes, la meseta tibetana del Himalaya no contiene un registro sedimentario detallado, por lo que los estudios en los Andes pueden ayudar a los científicos a comprender mejor los amplios patrones geológicos que también podrían haber dado forma al Tíbet.

Mientras tanto, el oeste norteamericano guarda pistas sobre el futuro del Altiplano. Los geólogos creen que una vez hubo una meseta de gran altura similar al Altiplano, pero a partir de hace unos 30 millones de años comenzó a colapsar a medida que la corteza debajo se separaba. Hoy es el paisaje más bajo, pero aún espectacular de la Cuenca y la Cordillera del suroeste de los Estados Unidos y el norte de México. Un día, cuando la placa de Nazca haya completado su proceso de subducción por completo, el Altiplano también podría verse así.

Entonces, comprender el ascenso de los Andes ayuda a los geólogos a comprender la estabilidad de las cadenas montañosas a lo largo del tiempo, dice McQuarrie. Un día, comenzarán a colapsar y se hundirán de nuevo a elevaciones más bajas. Pero por ahora, las alturas del Altiplano son una forma rara para que los científicos exploren las profundidades del planeta, dice. “Ahí es donde puedes obtener información sobre los procesos profundos que están ocurriendo en la Tierra”.

Artículo traducido por Debbie Ponchner