Tres barcos se estrellaron por el río Colorado en 1869, a través del valle tallado del Gran Cañón. El geólogo John Wesley Powell y otros ocho hombres intentaron desesperadamente navegar por los rápidos, pasando a través de rocas afiladas mientras las olas las golpeaban. De repente, una rompiente volcó uno de los barcos, enviando a varios hombres por la borda. Pero lograron agarrarse a él y volver a subir.
Durante este caótico viaje, Powell y sus hombres no tenían idea de lo que les esperaba. Escuchaban constantemente las caídas y observaban las rocas, pero de vez en cuando se detenían para “admirar el paisaje gigantesco”, como relataría Powell en su libro La exploración del Gran Cañón y sus cañones.
Al mirar las paredes del cañón, Powell vio que estaban divididas en tres conjuntos principales de rocas, separadas por edad. Pero en un momento, notó algo extraño en ellas: las edades de las secuencias de rocas no se alineaban, creando capas que no coincidían. Powell pronto se dio cuenta de que faltaba tiempo entre estas capas.
La gran inconformidad.
(Imagen cortesía de la Dra. Rebecca Flowers)
El angustioso viaje de Powell duró del 24 de mayo al 30 de agosto de 1869 y se convertiría en la primera expedición científica al Gran Cañón. Y más de 150 años después, la extraña alineación de las capas todavía tiene a los geólogos rascándose la cabeza.
Las capas del Gran Cañón son como capítulos del registro geológico de la Tierra, apilados para formar un robusto libro de cuentos. Pero al igual que un puñado de páginas arrancadas de un libro, al Gran Cañón le faltan capítulos cruciales que representan alrededor de 1.300 millones de años de historia, que Powell reconoció en sus observaciones. Esta brecha en el tiempo describe uno de los mayores misterios de la Tierra, la Gran Discordancia.
Hoy en día, geólogos como Karl Karlstrom están trabajando incansablemente para resolver este caso geológico sin resolver. Durante mucho tiempo han lidiado con discordancias que, según el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS), ocurren cuando una formación rocosa más antigua se ha deformado o parcialmente erosionada antes de que se deposite una capa de roca más joven, generalmente sedimentaria, lo que resulta en capas de roca no coincidentes.
No sorprende que las disconformidades (aunque no siempre sean las más fáciles de detectar para el ojo inexperto) generen algunos de los misterios más jugosos relacionados con la historia de la Tierra.
"La razón por la que las discordancias son tan importantes es que el registro de rock es una forma de pensar sobre el tiempo, pero eso nunca es completo", dijo a Discover Karlstrom, actualmente profesor distinguido de la Universidad de Nuevo México.
Descubrir qué pasó con el tiempo perdido en la Gran Discordancia no se trata simplemente de que los geólogos busquen el tan esperado cierre; La brecha de 1.300 millones de años en el registro geológico es un conocimiento fundamental que puede ayudarnos a comprender lo que ha pasado la Tierra en el pasado. Y dado que los humanos son una parte viva de la historia de este planeta, es importante para nosotros saber cómo se formó geológicamente la Tierra, dijo Karlstrom.
Si bien la Gran Disconformidad puede parecer un concepto críptico y lejano, según Rebecca Flowers, profesora de ciencias geológicas en la Universidad de Colorado Boulder, se manifiesta en todo Estados Unidos y en todo el mundo; es sólo que el Gran Cañón es el mejor lugar para estudiarlo.
"Muchas personas tienen la Gran Disconformidad justo afuera de su puerta trasera", dijo Flowers a Discover. "Si queremos entender cómo funciona la Tierra […] y los efectos del cambio climático moderno y cómo respondemos a ellos, es importante entender cómo opera el sistema climático más amplio, no sólo en escalas de tiempo cortas, sino también en escalas de tiempo largas".
Un misterio en capas de la gran disconformidad
Como muchos geólogos que crecieron en el oeste, Karl Karlstrom se sintió atraído por el Gran Cañón desde muy joven. Después de todo, dice, es "uno de los mejores museos de geología que verás". Una vez que conoció las capas de roca del Gran Cañón, dijo Karlstrom, nunca miró hacia atrás.
"La inexplicable belleza del Gran Cañón atrae a la gente por sí sola. Y eso genera preguntas. ¿Cómo se formó? ¿Por qué está aquí? ¿Qué significan esos diferentes colores? Y cosas así […] rodean [al] Gran Cañón todo el tiempo", dijo Karlstrom.
Cuando se trata del Gran Cañón, Karlstrom lo ha hecho prácticamente todo: más de 150 viajes de investigación y contando, y estudios de las rocas inferiores, las rocas superiores y todo lo demás. Afortunadamente, sus viajes no son tan peligrosos para la vida como la expedición pionera de Powell en 1869, pero las ampollas y los dolores musculares que provoca demuestran que, incluso en la era moderna, la investigación del Gran Cañón todavía no es un paseo por el parque.
A pesar de las dificultades del viaje de Powell, incluida la supervivencia a casi ahogamientos y el hambre, el geólogo todavía encontró tiempo para ayudar a identificar las tres capas del Gran Cañón, que desde entonces han recibido su propio nombre.
Hoy en día, llamamos a la capa inferior Rocas del Sótano de Vishnu. Estas rocas principalmente metamórficas se depositaron hace unos 1.800 millones de años durante una era llamada Proterozoico, cuando las islas volcánicas chocaron con la masa continental que eventualmente se convertiría en América del Norte. Subiendo un conjunto, las rocas sedimentarias forman la capa intermedia, el Supergrupo del Gran Cañón, que se depositó hace entre 1.250 millones y 729 millones de años.
El Gran Cañón, mostrando la Gran Discordancia.
(Imagen cortesía de Carl Bowman, NPS Telling Time en el Parque Nacional del Gran Cañón, Karlstrom, KE, Crossey, LJ, Mathis, A y Bowman, C., 2021, Fig. 19)
Finalmente, las rocas paleozoicas estratificadas que se formaron hace entre 530 y 270 millones de años comprenden la capa superior del Gran Cañón, o sus dos tercios superiores, según la ubicación. Cuando piensas en el Gran Cañón, es casi seguro que lo que te viene a la mente son estas rocas, personificadas en los impresionantes acantilados rojos que a menudo se ven en las imágenes.
Los estratos paleozoicos, en particular, son ricos en fósiles de criaturas que habitan en el océano, como trilobites y moluscos, que surgieron durante la explosión del Cámbrico que comenzó hace 538,8 millones de años, cuando el cañón era un mar rico en nutrientes.
Mientras observaba estas capas, Powell describió dos disconformidades. Uno está más abajo, entre las rocas del sótano de Vishnu y el supergrupo del Gran Cañón, y representa 500 millones de años de tiempo perdido. Esto se conocería como el Gran Inconformismo.
La otra discordancia, que se encuentra más arriba, donde los estratos paleozoicos estratificados se encuentran directamente sobre el supergrupo del Gran Cañón, representa 750 millones de años de tiempo perdido, según el Servicio de Parques Nacionales (NPS). Esto se conocería como la Gran Discordancia Angular.
Imagine estas dos discordancias como dos líneas: la Gran Discordancia como una línea inclinada que sube hacia la izquierda y la Gran Discordancia Angular como una línea recta encima de ella. A medida que las dos líneas viajan, finalmente se encuentran: este punto de encuentro se convierte en la Gran Discordancia, donde la base de 510 millones de años de los estratos paleozoicos estratificados se asienta directamente sobre las rocas del basamento de Vishnu, de 1.750 millones de años de antigüedad.
La capa intermedia de rocas que debería estar cómodamente intercalada entre estas dos capas desapareció hace mucho tiempo, lo que significa que en total faltan alrededor de 1.300 millones de años en el registro geológico.
Con el descubrimiento de Powell surgió una pregunta que los científicos todavía están tratando de comprender 157 años después: ¿Qué pasó con las rocas desaparecidas?
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Eventos de erosión antigua
Karlstrom, Flowers y un equipo decidido de otros geólogos han tomado el relevo de Powell, con la esperanza de llenar gradualmente los agujeros esparcidos por todo el registro geológico.
"Existe una vieja analogía de que el registro geológico es como la red de un pescador. Hay más agujeros que hilos en una red de pescador, y aún así capturan peces. Así que todavía entendemos mucho sobre la historia de la Tierra sólo con los hilos, pero cuanto más podamos entender, llenar esa red, tendremos una mejor comprensión de los aspectos del tiempo profundo que todos estamos buscando", dijo Karlstrom.
Los geólogos saben que para que las rocas más jóvenes se asienten justo encima de rocas que tienen más de mil millones de años más antiguas, debe haber ocurrido erosión, borrando alrededor de 1.300 millones de años en el registro geológico. El problema es que no pueden ponerse de acuerdo unánimemente sobre cómo ocurrió esta erosión.
Karl Karlstrom en el Gran Cañón.
(Imagen cortesía de Karl Karlstrom, por Laurie Crossey)
En un momento, la teoría más popular parecía ser que las rocas faltantes se borraron durante un período conocido como la "Tierra bola de nieve", hace alrededor de 710 millones a 640 millones de años, cuando se pensaba que el hielo cubría todo el planeta. La teoría de la Gran Discordancia de la Tierra Bola de Nieve propone que las capas de hielo tallaron kilómetros de roca, según la Sociedad Geológica de América, sólo para que el aumento del nivel del mar se tragara la tierra aplanada y depositara nuevas capas de sedimentos encima en los años siguientes.
Los defensores de la hipótesis de la Tierra Bola de Nieve creen que sólo durante este período, los glaciares hicieron la mayor parte del trabajo de erosionar las rocas en todo el mundo. Karlstrom no se lo cree.
La visión de Karlstrom sobre la Gran Discordancia, en cambio, gira en torno a la idea de que el tiempo perdido no desapareció simplemente de un evento global sincrónico como Snowball Earth. En cambio, argumenta, desapareció debido a múltiples eventos de erosión esparcidos a lo largo de la historia geológica. Esta visión también justifica un pequeño cambio de título: La Gran Disconformidad se compone de muchas Grandes Disconformidades, según Karlstrom.
"Para todas estas cosas, mi filosofía […] es que normalmente hay múltiples causas que se juntan", dijo Karlstrom. Estas causas, describe, constituyen “la tormenta perfecta” para los acontecimientos que han contribuido a borrar las rocas de la Tierra.
Karlstrom dijo que los orígenes de Vishnu Basement Rocks brindan información sobre la intensa erosión necesaria para formar la Gran Discordancia.
Al observar las rocas del sótano de Vishnu, vemos las raíces de lo que solía ser una antigua cadena montañosa. Su base procedía de 12 millas de profundidad dentro de la corteza terrestre; el resto de la cadena montañosa que se encuentra encima alguna vez fue levantada y luego erosionada a lo largo de cientos de millones de años. Entonces, según Karlstrom, hubo que eliminar 12 millas de montañas antes de que las Rocas del Sótano de Vishnu pudieran cubrirse con rocas mucho más jóvenes, como se ve en la Gran Discordancia.
"Se trata de la eliminación de un antiguo cinturón montañoso. Y esa es la clave. Tomó mucho tiempo […], y eso es lo que genera las Grandes Disconformidades", dijo Karlstrom.
Pero los glaciares durante la Tierra Bola de Nieve, dijo Karlstrom, no habrían sido efectivos en la erosión profunda de las rocas del basamento.
"No podemos descartar que hubo algo de erosión durante ese período. Pero la pregunta es, ¿cuánta? En general, si nos fijamos en la erosión del hielo bajo Groenlandia o bajo la Antártida, las capas de hielo erosionan las altas montañas y crean circos y hermosas áreas para escalar, pero no causan el biselado de los continentes", dijo Karlstrom a Discover.
Es posible que los glaciares hayan desempeñado un papel de apoyo en la erosión de las rocas, pero, por lo demás, probablemente sean sólo un capítulo de una antología más amplia de eventos de erosión a lo largo de la historia. En los últimos años, las fuerzas tectónicas involucradas en la construcción del supercontinente Rodinia han ganado más fuerza como posible explicación de la Gran Discordancia.
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Cómo se puede encontrar el tiempo perdido
La idea de que la Gran Discordancia se define por múltiples períodos de erosión es algo con lo que Flowers también estaría de acuerdo. El desafío, sin embargo, es saber cuándo y cómo pudieron haber ocurrido estos eventos de erosión a lo largo de la historia antigua.
Los geólogos están avanzando gradualmente en la Gran Discordancia con la termocronología, un método utilizado para fechar el enfriamiento de las rocas basado en la desintegración de elementos "padres" inestables, que crea elementos "hijos" estables que luego ayudan a desenredar la historia de temperatura de las rocas.
Investigación del Gran Cañón.
(Imagen cortesía de la Dra. Rebecca Flowers)
El laboratorio de Flowers ha analizado la desintegración del uranio y el torio en helio en minerales. Esta descomposición siempre ocurre, pero el helio se pierde en cristales a profundidades extremas debido a las temperaturas elevadas. Por ejemplo, el mineral apatita, tomado a unos 10 kilómetros de profundidad, arrojaría una edad de cero porque no se conserva helio en el cristal, dijo Flowers.
Pero a medida que las rocas se mueven desde lo profundo de la corteza hacia lo poco profundo, los minerales se enfrían y comienzan a retener el helio. Los geólogos estudian los elementos padres (como el uranio y el torio) y sus elementos hijos (como el helio) y, conociendo la tasa de desintegración que ocurre con el tiempo, pueden obtener una fecha.
"Esa fecha proporciona información sobre cuándo se enfrió esa roca a medida que avanzaba a través de los pocos kilómetros superiores de la corteza terrestre y finalmente alcanzó la superficie donde la tomamos hoy", dijo Flowers.
Flowers dijo que existen múltiples modelos termocronológicos, cada uno de los cuales incorpora diferentes minerales o diferentes sensibilidades a la temperatura. Algunos de estos modelos pueden funcionar mejor en un lugar que en otro según el tipo de roca o su historial térmico.
El cinturón de herramientas de termocronología es necesario para los geólogos, considerando que la Gran Discordancia está presente en todo el mundo. Y no todos los lugares muestran la Gran Discordancia de la misma manera que el Gran Cañón.
La investigación en el Gran Cañón ha demostrado discordancias antes y después de la Tierra Bola de Nieve, mientras que la evidencia en el centro y este de Canadá apunta a una erosión posterior a la Bola de Nieve en esas regiones en particular. Flowers se centra en la erosión en Pikes Peak en Colorado, donde la evidencia muestra que la erosión anterior a la bola de nieve tuvo lugar hace aproximadamente 717 millones de años.
Flowers también ha encontrado rocas inusuales en Pikes Peak llamadas “inyectitas de arena”, que tienen la edad de la Tierra Bola de Nieve, pero que han sido enterradas profundamente en rocas del sótano. Estas rocas solían asentarse en la superficie, pero cuando las capas de hielo cubrieron la Tierra, la sobrepresión provocó que las estructuras arenosas se inyectaran profundamente en las rocas más antiguas.
Las inyecciones de arena pueden indicar que la roca del basamento ya había sido erosionada antes de la Tierra Bola de Nieve, lo que podría respaldar la visión de múltiples eventos de erosión sostenida por Flowers y Karlstrom.
Progresos graduales en el Gran Cañón
Las respuestas a la Gran Discordancia pueden parecer fuera de nuestro alcance, pero Karlstrom y Flowers confían en que con herramientas termocronológicas en constante evolución, el progreso continuo está garantizado.
“Vamos a llegar allí”, dijo Karlstrom. "Nunca vamos a entenderlo todo, pero podemos llegar a la historia fundamental. Creo que ya nos estamos acercando a la historia fundamental en muchos lugares".
Powell contempló esta misma historia mientras contemplaba las paredes del Gran Cañón en 1869. Para él, los antiguos acantilados que sobresalían eran como las “hojas pedregosas de un gran libro”.
Estas características narran no sólo la historia del Gran Cañón sino también la historia de la Tierra. Reflexionando sobre el pasado del cañón, Powell concluyó: “Así, la tierra y el mar están cambiando constantemente; las tierras antiguas quedan enterradas y nacen tierras nuevas, y con el avance de los períodos se descubren nuevas complejidades de las rocas; evolucionaron nuevas complejidades de la vida”.
La Gran Discordancia sigue siendo un segmento perdido de esta historia general, que los geólogos todavía se esfuerzan por recuperar. Sin embargo, tiene un significado real para todos en la Tierra, no sólo para los geólogos: nos ayuda a comprender cómo llegamos a este planeta.
"La geología tiene que ver con el tiempo, ¿verdad? Esta idea de un planeta de 4.500 millones de años en el que los humanos han estado en él durante un período de tiempo muy corto", dijo Karlstrom. "Pero necesitamos comprender la historia de la Tierra para descubrir cómo podemos encajar en ella".
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