David Pratt
New Concepts in Global Tectonics Journal (www.ncgt.org),
vol. 1, n° 1, marzo 2013, p. 66-152.
Contenidos:
05. Migración polar verdadera
-Movimiento polar
-Variantes de migración polar verdadera
-Antecedentes históricos y debate de hipótesis
-Convección e isostasia
-Movimientos de placa y migración polar
-Movimiento polar
-Variantes de migración polar verdadera
-Antecedentes históricos y debate de hipótesis
-Convección e isostasia
-Movimientos de placa y migración polar
05. Migración polar verdadera
Movimiento polar
La ubicación de los polos rotatorios de la Tierra respecto a la corteza no es absolutamente fija, sino que está sujeta a leves variaciones. Este movimiento polar tiene dos componentes principales: a) una oscilación libre con un período de aproximadamente 435 días y una amplitud variable de unos 0,1-0,2 segundos de arco, conocida como oscilación de Chandler, y b) un vaivén anual forzado con una amplitud casi constante y cercana a los 0,1 segundos de arco. Las oscilaciones son causadas principalmente por procesos oceánicos y atmosféricos (www.iers.org; Gross, 2000). Los polos trazan caminos espirales fuera, alrededor y en dirección de sus zonas promedio durante un intervalo aproximado de 6,5 años, y la distancia máxima entre los polos reales y medios en dicho periodo promedia cerca de 0,25 segundos de arco (www.britannica.com). Desde 1900 el polo promedio ha mostrado una deriva irregular de aproximadamente 107 m.m./año en la dirección general de 79° O, es decir, hacia la Bahía de Hudson (Besse et al., 2011; http://hpiers.obspm.fr), y no existe certeza de que los polos continuarán migrando en la misma dirección durante muchos millones de años.
Movimiento polar
La ubicación de los polos rotatorios de la Tierra respecto a la corteza no es absolutamente fija, sino que está sujeta a leves variaciones. Este movimiento polar tiene dos componentes principales: a) una oscilación libre con un período de aproximadamente 435 días y una amplitud variable de unos 0,1-0,2 segundos de arco, conocida como oscilación de Chandler, y b) un vaivén anual forzado con una amplitud casi constante y cercana a los 0,1 segundos de arco. Las oscilaciones son causadas principalmente por procesos oceánicos y atmosféricos (www.iers.org; Gross, 2000). Los polos trazan caminos espirales fuera, alrededor y en dirección de sus zonas promedio durante un intervalo aproximado de 6,5 años, y la distancia máxima entre los polos reales y medios en dicho periodo promedia cerca de 0,25 segundos de arco (www.britannica.com). Desde 1900 el polo promedio ha mostrado una deriva irregular de aproximadamente 107 m.m./año en la dirección general de 79° O, es decir, hacia la Bahía de Hudson (Besse et al., 2011; http://hpiers.obspm.fr), y no existe certeza de que los polos continuarán migrando en la misma dirección durante muchos millones de años.
El movimiento polar es una señal de que el eje de rotación en nuestro orbe tiende a alinearse con el eje terrestre de momento máximo inercial (o de figura), es decir, el eje de simetría del esferoide planetario determinado por la distribución de masa dentro de la Tierra. En general, los polos de rotación/geográficos se moverán en respuesta a cualquier redistribución de masa en o sobre la Tierra, incluyendo sistemas climáticos, desplazamiento estacional de masas de aire y agua, actividad sísmica, derretimiento en casquetes polares, dinámicas de corteza verticales y horizontales, y movimientos/cambios de densidad al interior del manto y el núcleo (Dickman, 2000). En términos de tectónica de placas, esto incluye movimientos de placas, convección/plumas de manto y subducción de placas. Las redistribuciones de masa también pueden causar variabilidades a corto plazo o cambios con el tiempo en la velocidad de rotación planetaria.
Algunos creen que tres cuartas partes de la deriva secular actual en el polo de rotación son atribuibles a la deglaciación al término de la última edad de hielo, y el resto a la convección del manto (Cambiotti, 2012; Peltier y Wu, 1983). Gordon (1995) sostuvo que el desplazamiento polar en los últimos 10-20 m.a. podría estar relacionado con la elevación de la meseta tibetana y otras cadenas montañosas.
Variantes de migración polar verdadera
El movimiento polar periódico y cualquier deriva secular de los polos son ejemplos de migración polar verdadera (TPW), que generalmente se interpreta como el movimiento de toda la Tierra (corteza, manto y núcleo) con respecto al eje de rotación, resultando en un cambio en la posición de polos geográficos y el Ecuador en la superficie planetaria, mientras que la inclinación del eje terrestre sigue siendo la misma. Hay otras variantes posibles de TPW en las cuales la Tierra no cambia en su totalidad, sino sólo a) la corteza, b) el manto, c) la litosfera (corteza + manto superior) y d) la litosfera y todo el manto sublitosférico o parte de él (1).
Gussow (1963) propuso el rápido deslizamiento de toda la corteza terrestre en o sobre la discontinuidad de Mohorovičić, provocada por erosión de superficie. Hargraves y Duncan (1973) plantearon el movimiento del manto sublitosférico únicamente, intercalado entre la litosfera y el núcleo y lo llamaron "rollo de manto". Damian Kreichgauer (1902) y Charles Hapgood (1958, 1970) sugirieron la translación de toda la litosfera y esa idea está de moda entre algunos escritores populares y catastrofistas (por ejemplo, Hancock, 1995) que tienden a llamarlo "desplazamiento de corteza". Hapgood creía que habían existido tres corrimientos litosféricos durante los últimos 100.000 años y el último tuvo lugar entre 17.000 y 12.000 años atrás cuando supuestamente el Polo Norte se movió 30° (3.300 kms.) a su ubicación actual; sin embargo, estas tres formas de TPW parecen totalmente imposibles.
La opinión general entre los tectonistas de placa es que el TPW implica una reorientación de todo el cuerpo planetario en relación con el eje rotacional. No obstante, algunos han propuesto el deslizamiento de corteza y manto sobre el núcleo externo (por ejemplo, Andrews, 1985; Kirschvink et al., 1997; Evans, 2003; Raub et al., 2007; Piper, 2006). Esto también ha sido propuesto por Pavlenkova (2012), quien anteriormente teorizó que ese fenómeno puede tener lugar a lo largo de la discontinuidad mantélica de 400 ó 670 kms. (Pavlenkova, 1995). Basándose en datos paleomagnéticos e hipótesis tectonistas sobre puntos críticos relativamente fijos, Gordon (1987, 1995) y Kent y May (1987) sostuvieron que el TPW no había excedido los 20° en los últimos 200 m.a. Besse y Courtillot (2002, 2003) encontraron 30° de aquél en los últimos 200 m.a., y Steinberger y Torsvik (2008) determinaron 56° en los últimos 320 m.a., pero en ambos casos el TPW neto fue prácticamente cero.
Fig. 5.2. Esquema de TPW según la tectónica de placas (Evans, 2003; Raub et al., 2007). Los cambios en el momento de inercia planetario se generan por redistribución de masa en el manto y cambios en la carga superficial. (a) La convección del manto incorpora anomalías en densidad ascendente y de sumersión (gris claro y oscuro, respectivamente). Debido a la viscosidad, estos movimientos verticales deforman los límites superior e inferior del manto y cualquier discontinuidad interna. (b) Un planeta dinámico gira de manera estable y conserva el impulso/momentum al cambiar las anomalías de inercia positivas (corrientes convectivas ascendentes) hacia el ecuador y las irregularidades de inercia negativas (corrientes sumergentes) hacia los polos a través del TPW. El campo geomagnético derivado del núcleo externo permanece alineado con el eje rotativo, al igual que la protuberancia ecuatorial (exagerada) y la zonificación climática. Los continentes se montan al unísono sobre el manto migratorio (Evans, 2003, fig. 1).
Antecedentes históricos y debate de hipótesis
En el siglo XVIII los naturalistas franceses Georges-Louis Leclerc y Georges Cuvier consideraron la migración polar como posible explicación para climas pasados y radicalmente diferentes, como el gran calentamiento en regiones polares y la glaciación cerca del ecuador. En el siglo XIX esta visión fue sostenida por geólogos como Henry James (1860) y John Evans (1866), y los astrónomos John Lubbock (1848) y Giovanni Schiaparelli (1889). Se reconocía que la migración polar causaría compresión en las regiones que se mueven hacia los polos y tensión en las zonas con traslado hacia el ecuador, lo que daría como resultado la aparición o inmersión de tierra.
La viabilidad de la migración polar verdadera ha sido objeto de controversia durante mucho tiempo. George Airy (1860) consideró que si la Tierra fuera una esfera perfectamente rígida, la formación de una montaña con masa de 1/1.000 de la protuberancia ecuatorial causaría que los polos migraran sólo de 3 a 5 kms. James Croll (1886) sostuvo que incluso si una décima parte de toda la superficie planetaria se elevara a una altura de 3.048 mts., esto originaría que los polos se movieran 3° 17', y si un continente 10 veces el tamaño de Europa se alzara 3 kms., podría hacer que Londres llegara a la latitud de Edimburgo o viceversa.
George Darwin (1877, 1878) sostuvo que los polos podrían migrar indefinidamente si la Tierra fuera más o menos plástica, pero no si fuese rígida como él creía. Pensaba que el polo podría trasladarse hasta 3° en cualquier período geológico, y pudo haberse movido entre 10-15° "en un viaje tortuoso" desde la consolidación de la Tierra, y posiblemente regresando cerca de su posición original. En opinión de Darwin, William Thomson (Lord Kelvin) había demostrado que la Tierra es realmente rígida. Thomson (1876) rechazó la idea de que la capa externa y rígida del planeta encerrara un interior líquido, afirmando que la migración polar repentina y a gran escala era imposible y creía que en la antigüedad los polos geográficos pudieron haberse movido gradualmente hasta 40° o más a sus posiciones actuales, "sin ninguna perturbación repentina y perceptible de tierra o agua en ningún momento". Aunque Thomson concedió la posibilidad de una migración polar considerable durante la etapa plástica temprana de la Tierra, sostuvo que la rigidez virtual había prevalecido durante la mayor parte de la historia geológica (Barrell, 1914).
El descubrimiento de Chandler sobre la oscilación polar de la Tierra (1891) con un período de aproximadamente 428 días mostró que aquélla no era perfectamente rígida. La existencia de esta nutación libre había sido predicha por Isaac Newton en su Principia Mathematica (1687, libro 1, prop. 66, cor. 20-22) y por Leonhard Euler en 1765. Éste señaló que en un esferoide rígido, si el eje de rotación no coincidiera exactamente con el de figura, el primero giraría en torno al segundo. Basado en la elipticidad de la Tierra, predijo que esta revolución tendría un período de 305 días. En 1892 Newcomb demostró que la discrepancia entre el período previsto y el real se debía a que la Tierra no es absolutamente rígida. La diferencia implicaba que el cuerpo planetario tenía una elasticidad comparable a la del acero, pero sin poseer plasticidad (Barrell, 1914).
A principios del siglo XX un grupo de alemanes propuso una teoría de "pendulación polar": supuestamente los polos se balanceaban hacia adelante y atrás a lo largo del meridiano 10° E, el eje de oscilación pasaba por Ecuador y Sumatra y por lo tanto nunca cambió su latitud (Reibisch, 1901; Simroth, 1907). Por su parte, Kreichgauer (1902) postuló que el Polo Norte había migrado desde la Antártida en el Precámbrico a través del Océano Pacífico, Alaska y Groenlandia hasta su posición actual, mientras que Jacobitti (1912) afirmaba que el Polo Norte yacía en el Atlántico Sur en tiempos del Cámbrico, luego se trasladó a través de Sudáfrica, India, Australia, el Océano Pacífico, Canadá y Groenlandia a su emplazamiento actual. En 1912 Alfred Wegener propuso no sólo la deriva continental, sino también el movimiento del Polo Norte desde las cercanías de Hawai a su posición presente desde la época paleozoica, en gran parte sobre la base de evidencia paleoclimática (Wegener, 1912, 1929; Köppen y Wegener, 1924).
Barrell (1914) citó varios datos paleoclimáticos y paleontológicos inconsistentes con las diversas teorías de migración polar, pero señaló que "tales objeciones siempre pueden ser cumplidas y dominadas por un defensor lo suficientemente ingenioso". Algunos partidarios trataron de demostrar la migración polar en diferentes períodos citando evidencia de extensión cortical en algunas regiones (que según aducían se movieron hacia el ecuador) y compresión en otras (supuestamente trasladadas al polo), pero Barrell dijo que existían tanto conflictos como acuerdos.
Gold (1955) escribió que podría esperarse una migración polar a gran escala durante el tiempo geológico en una Tierra plásticamente deformable; si ésta fuera una esfera perfecta en lugar de un esferoide aplanado, "el escarabajo más pequeño que caminara sobre él podría cambiar el eje de rotación relativo a las marcas en la esfera por un ángulo arbitrariamente grande, y el eje de rotación en el espacio cambiaría sólo en un ángulo pequeño". Gold dedujo de la amortiguación en el tambaleo de Chandler que si un continente con el tamaño de América del Sur se elevara 3 metros en un millón de años, esto resultaría en un "gran cambio de ángulo" en la orientación planetaria respecto a su eje rotativo durante el mismo periodo. Creía que el eje de rotación pudo adquirir 90° varias veces durante la historia del planeta en "una escala cronológica del orden de 105 ó 106 años, pero difícilmente más larga", lo que lleva a "cambios drásticos del clima". Jeffreys (1976) argumentaba que había grandes dificultades para atribuir la amortiguación en el tambaleo de Chandler a la elastoviscosidad, y agregó que si se rechaza esta hipótesis "se viene abajo todo el esclarecimiento sobre la migración polar" (p. 481).
Gold asumió un modelo Maxwell para la Tierra (elasto-viscoso) en que ésta no tiene fuerza finita, en lugar de un patrón Kelvin-Voigt (firmo-viscoso) donde el planeta sí posee fuerza finita. En una Tierra de Maxwell, el material que la forma cede por el flujo bajo diferencias en tensión de magnitud arbitrariamente pequeñas, con el resultado de que se produce una migración polar en respuesta a cualquier fuerza estimulante, por pequeña que sea (incluyendo la causada por el escarabajo de Gold). Sin embargo, si la Tierra posee fuerza finita (tensión de fluencia distinta de cero) se superará su gran momento de inercia y la migración de polos sólo tendrá lugar cuando el esfuerzo de activación exceda el umbral.
La evidencia de que nuestro planeta posee cierta fuerza incluye la ocurrencia de terremotos a profundidades de 700 kms. (Northrop y Meyerhoff, 1963). Otra posible constatación es la protuberancia ecuatorial, que se cree es resultado de la rotación terrestre, pero es unos 200 metros más grande de lo que debería ser en una Tierra hidrostática. MacDonald (1963, 1965) y McKenzie (1966) teorizaban que surgió hace unos 107 años, cuando la Tierra solía rotar más rápido, y este retraso en la respuesta planetaria implicó una viscosidad en el manto inferior del orden de 1025 Pa·s (pascal-segundos) en comparación con los valores de 1020 a 1021 Pa·s para el manto superior deducidos por los estudios de elevación posglaciales, e impediría la migración polar a gran escala.
Goldreich y Toomre (1969) descartaron el argumento de la protuberancia fósil de MacDonald diciendo que la parte en exceso (no hidrostática) del abultamiento ecuatorial terrestre es claramente triaxial y por tanto no es resultado de la rotación planetaria más rápida en el pasado. Suponiendo que la Tierra es cuasi-rígida y el manto no posee suficiente viscosidad o fuerza permanente para evitar la migración polar, sostuvieron que la redistribución moderada de masas al interior de la Tierra por convección del manto causaría una gran migración de polos y a veces rápida, que podría ascender a 90° en 400 m.a.; también reconocieron que de ninguna manera es seguro que la Tierra no posea fuerza finita.
Munk y MacDonald (1975) argumentaron que si el manto fuera lo suficientemente anelástico para permitir una migración polar a gran escala, los polos se moverían para situar los continentes lo mejor posible sobre la protuberancia ecuatorial. Dada la distribución continental moderna, el polo geográfico norte debería ubicarse cerca de Hawai, o al menos moverse hacia él. El hecho de que no sea así implica que la Tierra (o al menos su capa exterior) tiene suficiente fuerza finita para resistir las tensiones impuestas por el sistema continente-océano. Munk y MacDonald señalaron que esta conclusión puede evitarse suponiendo que las tensiones en cuestión están equilibradas por las inhomogeneidades del manto. La Tierra requeriría una fuerza finita de 10 bares (1 MPa) para evitar una migración polar en respuesta a la función excitatoria continental; esta característica surgida de las inhomogeneidades del manto es probablemente mucho mayor que la de los continentes. Munk y MacDonald dicen que la Tierra ciertamente podría poseer una fuerza de 100 bares, y además el hecho de que las principales anomalías gravitacionales estén asociadas con cadenas montañosas paleozoicas indica que las grandes diferencias de tensión pueden persistir durante períodos muy largos e implica una fuerza de 150-300 bares en los 600 kms. superiores. Por lo tanto, la Tierra podría tener fuerza suficiente para evitar que los cambios en la distribución de masa sobre o al interior del planeta provoquen una migración polar significativa, especialmente si ese fenómeno involucra sólo una capa externa delgada. Munk y MacDonald también sostuvieron que la información paleoclimática y paleontológica proporcionó "poca evidencia positiva" de movimiento polar en la escala sugerida por datos paleomagnéticos y su conclusión general fue que el problema de la migración estaba "sin resolver".
Un manto elastoviscoso sigue siendo un principio fundamental en la tectónica de placas. Suponiendo una Tierra Maxwell simple (elastoviscosa), una viscosidad media del manto de 3 x 1022 Pa·s, la existencia de células mantélicas convectivas, y que la parte no hidrostática del bulbo ecuatorial está dominada por la convección del manto, Tsai y Stevenson (2007) calcularon que la tasa máxima de TPW es 61° en 100 m.a. y 8° en 10 m.a. Afirmaron que la velocidad máxima de TPW es 2,4°/m.a., pero ésto solo se logra por un período relativamente pequeño y en medio de un evento TPW. Consideraron la estructura de viscosidad del manto como la mayor incertidumbre en la estimación de TPW y reconocieron que el manto inferior podría tener una viscosidad mucho más alta de lo estimado actualmente.
Convección e isostasia
En la tectónica de placas, las corrientes convectivas del manto se consideraron originalmente como la principal fuerza impulsora en los movimientos de placa, pero hoy se hace hincapié en el "tirón de losa", el "empuje de cresta" y la "succión de fosas", aunque su adecuación está sujeta a muchas dudas (Lowman, 1986; Keith, 1993). Como ya señalamos, la convección del manto es considerada una causa principal de migración polar; sin embargo, la existencia de convección a gran escala es altamente incierta. En un comienzo los tectonistas de placa propusieron que las corrientes de convección a nivel de manto profundo brotaban bajo dorsales mesoceánicas, y que las corrientes descendentes ocurrían por debajo de fosas marinas (zonas de subducción). La existencia de capas en el manto puso en duda la convección de todo ese sector y condujo al desarrollo de modelos convectivos de dos estratos. No obstante, la tomografía sísmica ha fallado en proporcionar evidencia clara sobre células de convección grandes y propulsoras de placa, tanto en el manto superior como inferior (Anderson et al., 1992; Jordan et al., 1993). Sería difícil conciliar la convección horizontal a gran escala en el manto superior con la existencia de raíces mantélicas que se extienden a profundidades de hasta 400 kms. (O'Reilly et al., 2009); además, Sandwell y Renkin (1988) no encontraron expresión en el geoide geométrico de células convectivas.
En la tectónica de placas, las corrientes convectivas del manto se consideraron originalmente como la principal fuerza impulsora en los movimientos de placa, pero hoy se hace hincapié en el "tirón de losa", el "empuje de cresta" y la "succión de fosas", aunque su adecuación está sujeta a muchas dudas (Lowman, 1986; Keith, 1993). Como ya señalamos, la convección del manto es considerada una causa principal de migración polar; sin embargo, la existencia de convección a gran escala es altamente incierta. En un comienzo los tectonistas de placa propusieron que las corrientes de convección a nivel de manto profundo brotaban bajo dorsales mesoceánicas, y que las corrientes descendentes ocurrían por debajo de fosas marinas (zonas de subducción). La existencia de capas en el manto puso en duda la convección de todo ese sector y condujo al desarrollo de modelos convectivos de dos estratos. No obstante, la tomografía sísmica ha fallado en proporcionar evidencia clara sobre células de convección grandes y propulsoras de placa, tanto en el manto superior como inferior (Anderson et al., 1992; Jordan et al., 1993). Sería difícil conciliar la convección horizontal a gran escala en el manto superior con la existencia de raíces mantélicas que se extienden a profundidades de hasta 400 kms. (O'Reilly et al., 2009); además, Sandwell y Renkin (1988) no encontraron expresión en el geoide geométrico de células convectivas.
Meyerhoff (1995, p. 165) destacó otro problema: "Casi todos los tratamientos teóricos (...) describen una forma de convección celular generalmente parecida a la de Rayleigh-Bénard en laboratorio (...) Las paredes verticales en todas las células postuladas son relativamente rectas y sólo tienen ligeras curvaturas. Ni un sólo esfuerzo de imaginación puede hacer que cualquier célula de convección propuesta pueda acomodar las contorsiones sinuosas y vorticales de los arcos modernos y antiguos del sudeste asiático. Para lograrlo se requeriría una célula de convección organizada con paredes retorcidas, girando a 180° sobre sí misma en varios lugares desde el oeste de India a través del arco de Banda hasta el de Filipinas. La misma geometría en la región del sudeste asiático simplemente desafía todos los esquemas convectivos propuestos".
Probablemente la convección es imposible porque el manto parece obedecer la ley modificada de Lomnitz sobre anelasticidad, en lugar de ser elastoviscoso como supone la mayoría de los geofísicos (Jeffreys, 1974, 1976; Wesson, 1974a, b). Esto significa que la convección es un proceso de auto-amortiguación; si alguna vez ese fenómeno tuviera lugar, la velocidad de las corrientes disminuiría a cero. Dicha ley de Lomnitz está respaldada por datos sobre antiguas anomalías gravitacionales, la protuberancia ecuatorial no hidrostática de la Tierra, la existencia y el amortiguamiento en la oscilación Chandler y la órbita, rotación, forma y libraciones de la Luna.
Wesson (1974a, b) señalaba la posibilidad de inferir que las células de convección no existen porque no hay vínculo entre convección-geoide, -flujo de calor y -volcanicidad. Los límites químicos al interior del manto, propuestos sobre bases geoquímicas y sísmicas, son incompatibles con la convección incluso suponiendo que las corrientes puedan pasar por cambios de fase en el manto. Inclusive si sólo el manto inferior se comporta de acuerdo con la ley de Lomnitz modificada, mientras que el superior obedece la norma elastoviscosa -de modo que la convección sea posible por encima de una profundidad de 700 kms.-, probablemente no se produzca una migración polar debido a la viscosidad elevada del manto inferior.
La isostasia refiere a la teoría de que la corteza terrestre responde a una carga añadida (por ejemplo, de un glaciar) o disminuida (p. ej., de erosión) al caer o elevarse respectivamente para establecer una condición de equilibrio gravitacional. Se afirma que aparece por el hecho de que la corteza "flota" sobre el manto o que la litosfera "flota" en la astenosfera. Jeffreys (1976) opina que la isostasia es sólo una primera aproximación a los hechos y escribe: "Si es cierto en términos generales, deduciremos que cada región de anomalías gravitacionales positivas se está hundiendo, y que se eleva toda zona de irregularidades negativas. En cualquier sistema de montaña sometido a denudación, el contrabalance debiese seguir el ritmo de aquélla y no habría anormalidades sistemáticas de gravedad isostático, o no podría 'seguir el paso' y las intermitencias gravitacionales serían negativas. Cuando se han agregado cargas recientes, de modo similar tampoco debiera haber anomalías de gravedad o sistemáticamente positivas. En cada punto estas consecuencias son contrarias a los hechos" (p. 458-9).
En las cadenas montañosas a menudo hay cargas residuales y significativas que sólo pueden ser sustentadas por una fuerza apreciable en lo que se supone es una región de gran debilidad (la astenosfera).
La elevación posglacial de Escandinavia y parte de Canadá se cita como ejemplo clásico de "rebote isostático" y es utilizada para determinar el valor de la elastoviscosidad en el manto. Jeffreys (1974, 1976) apunta al carácter ilusorio de la viscosidad estimada y proveniente de un estudio sobre esas regiones. Supuestamente ese alzamiento se debe a la recuperación viscosa tras derretirse la capa de hielo, pero la tasa de elevación dentro de Fenoscandia está lejos de hallarse estrechamente relacionada con anomalías de gravedad. Además, Fenoscandia se encuentra al interior de una región con irregularidades positivas y por tanto debería hundirse. James (1997) argumenta que la litosfera es lo suficientemente fuerte para levantar capas de hielo continentales en vez de estar deprimida por ellas.
Como nota Jeffreys (1976, p. 459-60), en India existen disrupciones de gravedad mayores a las de Fenoscandia o Canadá, pero no están asociadas con movimientos verticales sistemáticos. Chipre es una región con fuertes irregularidades de gravedad positiva, pero ésta ha aumentado desde el Pleistoceno. Otras partes de la región mediterránea muestran anormalidades similares, especialmente Sicilia; algunas se elevaron en tiempos históricos y otras se hundieron, mientras que otro resto evidenció el primer caso y luego el segundo. En cuanto a los sectores con denudación significativa y prolongada, existen anomalías sistemáticamente positivas sobre las montañas galesas y tierras altas de Escocia. El Gran Cáucaso se halla sobrecargado, pero experimenta elevación en lugar de hundimiento, mientras que la antefosa del norte está sobrecargada, pero tiene subsidencia en lugar de alzamiento (Beloussov, 1980, p. 260).
Por lo general aún se asume que la Tierra siempre tiende a una condición de perfecta isostasia, incluso cuando se ha probado que continuaron grandes cambios en la dirección opuesta durante intervalos del orden de 107 años. Muchos sistemas montañosos antiguos originalmente parecen haber tenido una altura similar a los Alpes, pero se han denudado a cotas de aproximadamente 1 km. Si la isostasia se hubiera mantenido a lo largo de este proceso, la denudación debería haber removido todos los sedimentos y cortado profundamente la capa granítica. Como este no es el caso, las montañas deben haber sido derribadas desde abajo (Jeffreys, 1976, p. 492). Jeffreys concluye que "la hipótesis del flujo viscoso, que siempre tiende a producir una perfecta isostasia, es claramente errónea"; las rocas a grandes profundidades tienen una resistencia distinta a cero y la fluencia viscosa es insignificante a menos que las diferencias de tensión excedan la resistencia (p. 460-1). Las brechas significativas de isostasia se dan principalmente en regiones de actividad tectónica, mientras que las plataformas antiguas estables y las cuencas oceánicas profundas se encuentran en una condición mucho más cercana a la isostasia.
Las estimaciones actuales de viscosidad en el manto superior varían de aproximadamente 3 x 1018 a 3 x 1022 Pa·s (Sato, 1991; Vermeersen et al., 1997). Sobre la base de deformación cortical en Fenoscandia, Zhao et al. (2012) encontraron una viscosidad de manto superior que va entre 3,4 y 5,0 x 1020 Pa·s, y otra del inferior de 7 a 13 x 1021 Pa·s. Por el contrario, MacDonald (1965) señaló que una comparación de la figura planetaria -obtenida según observaciones satelitales- con la calculada en el supuesto de que la Tierra permanece en equilibrio hidrostático, demuestra que existen diferencias tensionales del orden de 100 bares en el manto. Si éste último es elastoviscoso, la viscosidad promedio tendría que llegar incluso a niveles de 1025 Pa·s, y la existencia de características geológicas antiguas y asociadas con grandes anomalías gravitacionales implica que incluso esta cifra es demasiado pequeña.
Movimientos de placa y migración polar
Los tectonistas de placa creen que la verdadera migración polar es producto de cambios en el momento planetario de inercia, causados por redistribuciones masivas y vinculadas a convección del manto, losas subductoras y plumas de corriente convectiva ascendente (Besse et al., 2011). La protuberancia ecuatorial tiende a estabilizar la Tierra del volcamiento, pero el eje de rotación se ajusta al de inercia principal y máximo en una escala de tiempo entre 2 a 6 m.a. (Greff-Lefftz y Besse, 2011); asimismo el exceso de dicho abultamiento se ha atribuido a la convección del manto (Cambiotti, 2012).
Los tectonistas de placa creen que la verdadera migración polar es producto de cambios en el momento planetario de inercia, causados por redistribuciones masivas y vinculadas a convección del manto, losas subductoras y plumas de corriente convectiva ascendente (Besse et al., 2011). La protuberancia ecuatorial tiende a estabilizar la Tierra del volcamiento, pero el eje de rotación se ajusta al de inercia principal y máximo en una escala de tiempo entre 2 a 6 m.a. (Greff-Lefftz y Besse, 2011); asimismo el exceso de dicho abultamiento se ha atribuido a la convección del manto (Cambiotti, 2012).
Muchos estudios de TPW se basan en la suposición de que los puntos calientes (volcanes activos de larga data) proporcionan un marco de referencia válido para el manto. Se supone que esos sectores son manifestaciones superficiales de plumas ancladas profundamente en el manto, y que han dejado rastros en forma de cadenas casi lineales de volcanes extintos en placas que pasan sobre ellos. Originalmente se propusieron unos 20 puntos calientes y hoy se dice que hay alrededor de seis plumas primarias de manto profundo y hasta 5.200 de tamaño moderado. La misma existencia referente a plumas de manto profundo es controvertida incluso entre los tectonistas, ya que existe una creciente evidencia de que esos centros volcánicos en su gran parte son características superficiales. La tomografía sísmica no proporciona pruebas consistentes de corrientes convectoras ascendentes y estrechas bajo puntos calientes (Anderson y Natland, 2005; Anderson, 2007). Es ampliamente aceptado que los puntos de fusión del Pacífico se mueven en relación con aquéllos del Indo-Atlántico e Islandia. Un grupo sostiene que las velocidades son de 3 m.m./año y otro 10-20 m.m./año o más (Gordon, 1995); sin embargo, muchos investigadores todavía creen que ciertos centros volcánicos están lo suficientemente fijos para servir como marco de referencia válido. Si el movimiento de placas a gran escala es un mito, los senderos de puntos calientes no tienen nada que ver con las placas que se mueven sobre ellos y deben tener otras causas, como por ejemplo la propagación de grietas.
Steinberger y Torsvik (2008) estudiaron el movimiento y la rotación continental derivados paleomagnéticamente durante los últimos 320 m.a., e identificaron un movimiento constante hacia el norte y rotaciones en sentido horario-antihorario durante ciertos intervalos de tiempo que interpretaron como evidencia de TPW. Encontraron ~18° de giro en sentido antihorario hace aproximadamente 250-220 m.a., la misma cantidad de viraje en sentido horario a 195-145 m.a., ~10° de rotación en modo horario hace 145-135 m.a., y el mismo grado de ese fenómeno en sentido antihorario hace 110-100 m.a. La rotación neta general durante este período fue casi cero y señalaron que algunos movimientos continentales no se ajustaban a este escenario, pero lo atribuyeron a datos paleomagnéticos deficientes. Consideraron poco probable que la deriva constante hacia el norte represente TPW pues las tasas de éste se hallan en el orden de 0,45-0,8°/m.a., pero el TPW acumulativo desde el Carbonífero tardío es cercano a cero por episodios de TPW en sentido horario y antihorario a 0° N y 11° E (Torsvik et al., 2012/nota bene: 1°≈ 110 kms.).
La figura 5.4 muestra la ruta de TPW episódica basada en puntos calientes de acuerdo con Besse y Courtillot (2002) quienes descubrieron períodos de (cuasi) estado de reposo alternando con períodos de TPW más rápidos. El camino muestra una parada hace 160-130 m.a., una pista cuasi-circular a 130 a 70 m.a. (30 kms./m.a.), otro reposo hace 50-10 m.a. y luego un avance más rápido hasta el presente (100 kms./m.a.). En contraste y utilizando una "base de datos paleomagnética rigurosamente seleccionada", Prévot et al. (2000) descubrieron que durante los últimos 200 millones de años hubo dos largos períodos de estacionamiento estricto desde el presente hasta 80 m.a. y de aproximadamente 150 a 200 m.a., y un sólo intervalo de TPW entre 80 hasta hace unos 150 m.a. (atribuido a "hiperactividad de las plumas del manto"; véase figura 5.5). El último lapso culminó cerca de 110 m.a. atrás en un brusco desplazamiento polar de 20°, durante el cual se pudo alcanzar una velocidad superior a 5°/m.a. (0,5 mts./año). Cambiotti et al. (2011), por otro lado, dicen que desde principios del Terciario (50-60 m.a.) el polo se ha movido aproximadamente 4-9° hacia Groenlandia y no obtienen un período de (cuasi) estacionamiento a 10-50 m.a. u 0-80 m.a.
Fig. 5.5. Posiciones polares promediadas en el tiempo y círculos de confianza del 95% con respecto al marco de referencia para puntos calientes del Indo-Atlántico durante cuatro períodos consecutivos. Los símbolos rellenos corresponden a un modelo de campo dipolar puro y los vacíos a un patrón de campo dipolo + cuadrupolo (Prévot et al., 2000, fig. 2a).
En contraste con la afirmación de Prévot et al. (2000) de que se produjo un TPW rápido de hasta 0,5 mts./año durante el Cretácico, por lo común las estimaciones para las tasas de TPW mesozoico y cenozoico a largo plazo son de aproximadamente 1-5 cms./año, donde la migración polar se balancea adelante y atrás a lo largo de 130° y 310° E (por ejemplo, Besse y Courtillot, 1991). Sin embargo, otros especialistas también han propuesto estallidos rápidos de TPW; Van der Voo (1994) encontró tasas de 70-110 kms./año en ciertos intervalos del Paleozoico medio. Kirschvink et al. (1997), Evans (2003), Raub et al. (2007) y Piper (2006) discutieron la posibilidad de que la Tierra haya permutado en forma catastrófica dos de sus ejes principales de inercia (migración polar verdadera por intercambio inercial o IITPW), es decir, que toda la litosfera y el manto pudieron virar hasta 90° en sólo unos pocos millones de años, pero la mayoría de tectonistas cree que la evidencia de eventos súper-rápidos no es convincente.
Kirschvink et al. (1997) especularon que un TPW de aproximadamente 90° ocurrió de 535 a 520 m.a. (525 a 508 m.a. según Evans, 2003) en tasas superiores a 600 kms./año durante el Cámbrico temprano al medio, como resultado de una importante reorganización de placas tectónicas. Torsvik et al. respondieron que el análisis de un conjunto más completo de información paleomagnética es consistente con el "método convencional en la tectónica de placas"; Kirschvink y sus colegas de trabajo declararon que su conclusión se basa en "un subconjunto más confiable de datos" señalando que la hipótesis TPW explica claramente muchas características en el registro geológico del Cámbrico inicial (Torsvik et al., 1998). Tsai y Stevenson (2007) rechazaron el escenario TPW de Kirschvink et al. como inverosímil porque requeriría una viscosidad mantélica improbablemente baja (no superior a 7 x 1021 Pa·s). Piper (2006) abogó por el intercambio inercial de 90° en el TPW entre 410 y 390 m.a. en el Devónico (4,5°/m.a.), "relacionado de modo más plausible con la avalancha de largas losas litosféricas en el manto inferior". De acuerdo con Torsvik et al. (2012, p. 362) "esta afirmación cautivadora no está justificada por datos paleomagnéticos".
Las estimaciones tectonistas sobre migración polar verdadera son claramente muy inconsistentes. No son más confiables que los datos paleomagnéticos seleccionados y los supuestos tectonistas en que se basan. Si es incorrecta la explicación de datos paleomagnéticos principalmente en términos de movimientos de placas a gran escala, también es probable que sean erróneas las hipótesis de migración polar presentadas para interpretar las características restantes de los datos.