Levantamiento de la Cordillera Oriental de los Andes colombianos

Levantamiento de la Cordillera
Oriental de los Andes
colombianos
Aura Cuervo Gómez, Nicolás Pérez Consuegra, Felipe Lamus Ochoa
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Pico Campanillas Negro, Cocuy, Boyacá.
Fuente: Lina Pérez Ángel
Levantamiento de la
Cordillera Oriental de los Andes colombianos
Aura
Cuervo Gómez
Estudiante de pregrado en
Geociencias en la Universidad de
los Andes
[email protected]
Nicolás
Pérez Consuegra
Estudiante de pregrado en
Geociencias en la Universidad de
los Andes
[email protected]
Felipe
Lamus Ochoa
M. Sc. Profesor de cátedra del
Departamento de Geociencias de
la Universidad de los Andes
[email protected]
La cordillera de los Andes es una cadena montañosa que se
extiende en el oeste de Suramérica desde Argentina hasta
Colombia, paralela a la zona de subducción entre las placas
tectónicas de Nazca y Suramérica (figura 1), que a su vez
es casi paralela a la costa pacífica. En Colombia, la cordillera se ramifica en tres segmentos paralelos conocidos
como cordilleras Occidental, Central y Oriental. Este sistema montañoso fue creado gracias a múltiples procesos
geológicos como subducción, acreción, vulcanismo, entre
otros, durante gran parte del Cenozoico. La formación de
los Andes cambió radicalmente el paisaje en Suramérica,
por lo cual el estudio de su formación es un tema de bastante debate e interés para investigaciones en varias ramas
de la ciencia como la geología, la climatología y la biología.
¿CÓMO AFECTA UNA CADENA MONTAÑOSA EL CLIMA?
Estudios han sugerido que el aumento en las tazas de meteorización o alteración de las rocas
que se da tras el levantamiento de montañas, puede facilitar las reacciones químicas que
secuestran CO2 del aire, logrando disminuir las cantidades del mismo en la atmósfera y en consecuencia cambiando las condiciones climáticas [1-2]. Un ejemplo de esto es el enfriamiento
de la tierra durante parte del Cenozoico, principalmente en los últimos 40 millones de años, el
cual se ha relacionado al levantamiento de los Himalaya [1].
Además, las cordilleras pueden formar barreras topográficas que restringen la circulación atmosférica [3]. Este caso ocurre en la cordillera de los Andes, cuando los vientos alisios cargados de humedad que provienen del Atlántico y la Amazonia, chocan contra la cordillera y
generan altas tazas de precipitación (lluvia orográfica) en el costado oriental y una zona más
seca en el flanco occidental. Este fenómeno es conocido como “sombra de lluvia” y es bastante
claro en algunas partes de Colombia, por ejemplo, el desierto de la Tatacoa (ubicado en el Valle
del Magdalena), una zona con bajas tasas de precipitación durante gran parte del año.
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Placa del
Caribe
6°
Placa
Sudamericana
C. O
c
C. C
e
cide
ntal
ntra
l
RS
C. O
rien
tal
Placa de
Nazca
73°
Figura 1. Mapa regional de Suramérica que muestra la configuración tectónica de la cordillera de los Andes y su distribución en la costa occidental del continente.
Fuente: [14].
¿QUÉ CONSECUENCIAS PRODUJO EL LEVANTAMIENTO DE
LA CORDILLERA DE LOS ANDES SOBRE LA BIOLOGÍA?
En cuanto a la biología, el levantamiento de la Cordillera también
ha jugado un papel importante, al causar la división entre poblaciones de animales y plantas a ambos costados de la misma.
Además, generó gradientes altitudinales de condiciones físicas
y a su vez una gran variedad de hábitats, desde ambientes de
tierras bajas, hasta ambientes de alta montaña como los páramos. Estos últimos sólo pudieron crearse una vez la cordillera
había alcanzado una altura crítica, en los últimos 3-5 millones
de años [4-5], permitiendo la llegada de una gran cantidad de
especies debido a factores climáticos y a la alta incidencia de
rayos solares a esta altura [6].
Por último, las montañas también limitan y definen la distribución espacial de los ríos. Por ejemplo, la configuración actual del
rio Amazonas, así como de los ríos Magdalena y Orinoco, solo
se formó una vez se había levantado la cordillera de los Andes.
El levantamiento de la cordillera de los Andes logró drenar una
zona llena de humedales en la antigua configuración del Amazonas, para dar lugar a la configuración actual (figura 2) [7, 8].
¿QUÉ PAPEL JUEGA LA GEOLOGÍA EN ESTOS ESTUDIOS?
Dadas las importantes consecuencias de la formación y existencia de montañas,los geólogos generan hipótesis sobre los posibles mecanismos tectónicos que lo permitieron y su evolución a
través del tiempo geológico. Luego, se dedican a poner a prueba
estas hipótesis mediante el estudio de las rocas en el campo y
el laboratorio.
En artículos relacionados a la formación de las cordilleras, es
común encontrar palabras como exhumación, levantamiento de
roca y levantamiento de superficie [9]. Aunque estos términos
parecen sinónimos, las implicaciones de cada uno son diferentes (ver figura 3).
•
•
•
Levantamiento de superficie – Desplazamiento de la superficie con respecto a un punto de referencia invariante en el
tiempo, conocido como el geoide.
Levantamiento de roca – Desplazamiento de las rocas con
respecto a un punto de referencia invariante en el tiempo,
conocido como el geoide.
Exhumación – Desplazamiento de las rocas con respecto
a la superficie.
¿CÓMO PODEMOS CUANTIFICAR CADA UNA
DE ESTAS VARIABLES?
Existen diferentes técnicas para medir cada una de las variables
mencionadas anteriormente. En este artículo se discutirán algunas de las más utilizadas, sin embargo, existe mucha literatura
al respecto que debe ser considerada para obtener una visión
más amplia y completa sobre el tema.
¿CUÁL ES EL PRIMER PASO PARA ESTUDIAR
EL LEVANTAMIENTO DE UNA MONTAÑA?
La cartografía geológica y la estratigrafía se configuran como los
primeros pasos para avanzar en cualquier investigación en geociencias relacionada con el levantamiento de montañas; sus productos,
el mapa geológico y la columna estratigráfica, son el punto de ini-
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Río Orinoco comienza a
correr hacia el este
Formación del abanico
del Amazonas
7 – 25 Ma
10 – 7 Ma
Montañas altas
Océano
Montañas moderadas
Lagunas
Llanuras
Ríos
< 2,5 Ma
Figura 2. Reconstrucción paleogeográfica del norte de Suramérica en tres épocas del pasado. Se puede observar cómo los ecosistemas y sistemas de drenajes varían con los procesos de levantamiento de la cordillera de los Andes..
Fuente: Modificado de [8].
cio para entender la evolución tectónica de un lugar determinado.
Además, el estudio de los fósiles brinda información acerca de los
cambios ambientales que sufrió un lugar determinado. Sin embargo,
es común que en gran parte de las rocas del mundo no se puedan
recuperar evidencias fósiles que soporten hipótesis sobre los ambientes. De esta manera, aparecen múltiples técnicas como opción
para entender el pasado de nuestras cordilleras.
sultados muy precisos sobre qué cordilleras aportaban detritos
(material suelto) a una determinada cuenca. Además, sirven de
soporte para correlacionar las distintas columnas estratigráficas
levantadas en la cuenca.
Los análisis de procedencia son una combinación de disciplinas
con un objetivo común, conocer la fuente de los sedimentos que
luego se convertirán en rocas sedimentarias. Incluyen la petrografía sedimentaria, el análisis de minerales pesados, el análisis
de conglomerados, los análisis de paleo-corrientes, la geoquímica y las dataciones radiométricas. Así es posible obtener re-
Una de las técnicas claves para estudiar el levantamiento de
superficies es la paleontología, es decir, el estudio de las rocas
de cierta edad con fósiles de plantas o animales que nos puedan
ayudar a entender los cambios paleo-altitudinales (cambios en
la elevación en el momento de formación de las rocas) y el tipo
de ambiente que existía en aquella época.
¿CÓMO PODEMOS MEDIR EL LEVANTAMIENTO
DE LA SUPERFICIE?
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¿CÓMO SE RELACIONAN LOS FÓSILES CON AMBIENTES
DEL PASADO?
En general, las técnicas paleontológicas están basadas en
nuestro conocimiento de los organismos modernos. Estudios de
ecología y biología han demostrado que los seres vivos tienen
ciertos rangos de distribución asociados a la disponibilidad de
recursos y condiciones físicas. Por lo tanto, es posible relacionar los fósiles que encontramos a familias, géneros o especies
modernas y extrapolar la ecología de los organismos modernos
a aquellos que encontramos fosilizados. Por ejemplo, el grupo
Bombacoideae de la familia Malvaceae, como la ceiba, se distribuye típicamente en las zonas bajas de la costa Caribe, por
lo tanto, fósiles relacionados se asocian a estos ambientes. De
esta manera, se asume que el nicho se ha conservado a través
del tiempo y no han ocurrido procesos de adaptación a nuevos
ambientes en la historia del grupo, lo cual constituye una de las
mayores fuentes de error de este método paleoaltimétrico.
1
B
A
2A
Levantamiento de roca
¿CUÁL ES UN EJEMPLO DE ESTUDIO PALEONTOLÓGICO EN
LA CORDILLERA ORIENTAL DE COLOMBIA?
En las rocas de la Sabana de Bogotá de edad Plioceno a Pleistoceno –entre 6 y 3 millones de años (Ma)–, a una altura de
~2600 msnm, se han encontrado fósiles de plantas, como semillas y polen, en los cuales el doctor Thomas Van der Hammen aplicó el método descrito anteriormente. De esta manera,
interpretó ambientes de tierras bajas en las rocas más viejas, y
tierras altas afectadas por las glaciaciones a partir de los 3 Ma.
Por tanto, propuso que el levantamiento de la superficie de la
Cordillera Oriental, en el que la altura aumentó de 1400 msnm
al valor actual de ~2600 msnm, ocurrió hace aproximadamente
3-5 millones de años [4, 5].
¿CÓMO PODEMOS MEDIR EXHUMACIÓN DE LAS ROCAS?
Una aproximación que podemos utilizar para estudiar la exhumación de cadenas montañosas es la termocronología (del
griego thermos – calor y khrono – tiempo) de baja temperatura,
disciplina que buscar cuantificar el tiempo que ha pasado desde
que una roca se enfrió hasta cierta temperatura (temperatura de
cierre) [10]. En esta técnica se considera que la tierra tiene un
gradiente de temperatura ligado a la profundidad, es decir, cada
vez que recorremos 1 km debajo de la superficie terrestre, la
temperatura aumenta aproximadamente 30°C. De esta manera,
se relaciona el momento del enfriamiento de las rocas con el
de la exhumación, debido a que la temperatura es una medida
indirecta de la profundidad.
Una de las formas de medir el tiempo que ha transcurrido después de que la roca pasó por esta temperatura es mediante el
conteo de trazas de fisión (figura 5). Las trazas de fisión son
daños en la estructura cristalina que se generan en ciertos minerales que poseen abundante Uranio. Se producen debido al
A
B
2B
Levantamiento de roca + exhumación
A
B
Figura 3.
Diagrama explicativo de los términos. Modificado de Mauricio Parra.Generalmente estos términos
se relacionan mediante la fórmula: Levantamiento de superficie = Levantamiento de roca –
Exhumación
Fuente: Autores.
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A
B
Atmósfera
Cristal inicial
Corteza oceánica
10 km
Tiempo
Corteza continental
Litosfera
100 km
Astenosfera plástica
200 km
Manto superior
Más tiempo
30 °K/km
Espacio libre
Gradiente termal
1 °K/km (promedio)
Corteza
0
1000
2000
Manto
3000
5000
Núcleo interno
Calor
4000
Núcleo externo
Temperatura (°K)
Atmósfera
Formación de trazas
Desaparición de
trazas
6000
7000
0 1000200030004000500060007000
Radio (km)
Figura 4. Figura compuesta a) Diagrama explicativo del gradiente termal de la tierra y cristales de apatitos con trazas de fisión; b) Fotografías de cristales y microscopio de trazas de fisión.
Fuente: Autores.
decaimiento espontaneo por fisión de núcleos de Uranio-238
(isótopo 238U), el cual genera un par de núcleos hijos que salen
disparados a altas energías y dañan la estructura del mineral
(figura 5). Este proceso ocurre de manera constante, es decir
a una taza determinada. Estas tazas se conocen para algunos
minerales estándar como el Apatito o Zircón (figura 5) y sólo
quedan grabadas en la estructura si el mineral se enfría por
debajo de la temperatura de cierre (~120°C para el Apatito y
~230° C para el Zircón) [10].
¿QUÉ HISTORIA NOS CUENTA LA TERMOCRONOLOGÍA EN
LA CORDILLERA ORIENTAL?
A lo largo de los últimos años, se han realizado múltiples estudios de termocronología en distintas localidades de la Cordillera Oriental, y actualmente existe una base de datos bastante
amplia. Allí se incluyen registros de exhumación de la cordillera
desde el Eoceno temprano –40-30 millones de años– [11], los
cuales coinciden con la formación de los depósitos sintectónicos
(contemporáneos a los movimientos tectónicos) de San Juan de
Río Seco, asociados a dos levantamientos de baja amplitud en
esta época [12-13]. Además, se encuentran datos asociados al
crecimiento lateral (Oeste-Este) de la cordillera desde el Oligoceno temprano, hace 33 millones de años, y a la exhumación
rápida de algunas rocas hace 3-4 millones de años [11, 14].
Al integrar todos los estudios relacionados con el levantamiento
de la Cordillera Oriental, se observa que su formación es bastante compleja y se ha extendido desde hace 40 Ma hasta 3-5 Ma.
Para contribuir a los estudios previos, es necesario desarrollar
técnicas innovadoras que permitan restringir mejor la temporalidad del levantamiento de la Cordillera Oriental en Colombia. Recientemente, algunas técnicas innovadoras como biomarcardores –fósiles para medir paleoaltitud– han comenzado a utilizarse
[15]. El departamento de Geociencias de la Universidad de los
Andes cuenta no solo con una ubicación privilegiada para colectar muestras sino con una planta profesoral capaz de liderar los
nuevos avances y generar mayor entendimiento en este tema. •
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