¿En qué consiste la teoría de la Isostasia?

El término Isostasia procede de las palabras griegas "iso" y "stasis" que podemos traducir como "estado de equilibrio". Este término fue introducido por primera vez en 1882 por el geólogo Clarence E. Dutton, aunque se tiene constancia de que algunas cuestiones concernientes al equilibrio de la corteza terrestre fueron estudiadas desde los tiempos del Renacimiento.

Existen multitud de procesos que perturban este estado de equilibrio, tales como la erosión, sedimentación, vulcanismo, glaciaciones y los movimientos tectónicos (sismos). 

Como consecuencia de estos desequilibrios, aparecen fuerzas verticales que tienden a restaurar el equilibrio, las cuales trabajan para balancear las cargas, de modo que a una cierta profundidad de compensación sean lateralmente iguales. La isostasia es fundamental para el relieve de nuestro planeta. Los continentes son menos densos que el manto, y también que la corteza oceánica.

Los primeros mapas de anomalías isostáticas residuales (AIR) se realizaron por los geodestas debido a su interés por intentar verificar la existencia del principio de la isostasia y las leyes y detalles que regulaban el proceso.

Actualmente los estudios en esa línea de investigación siguen su curso intentado verificar el mecanismo de compensación isostática más adecuado para una zona determinada. Una segunda línea de investigación emplea las anomalías isostáticas residuales para conocer la geología de la corteza. 

Gilbert en 1913, reconoció la utilidad de las anomalías isostáticas residuales para este propósito y posteriormente Woolard en 1936, 1966 y 1968, dedicó un gran número de estudios a la relación de las AIR con cuerpos geológicos y parámetros sísmicos.

Modelos de Isostasia

Los mapas de anomalías de Bouguer, presentan en general, valores negativos bajo las zonas continentales elevadas y positivos en zonas oceánicas, mientras que en las regiones costeras eran próximas a cero, lo que indujo a pensar que debe existir un déficit de densidad bajo zonas elevadas y un exceso bajo zonas oceánicas. 

Las teorías isostáticas intentan explicar esta distribución irregular de densidades en la litosfera que nos lleva a suponer un comportamiento no rígido de ésta.

Diversos autores establecieron diferentes modelos que intentaban explicar el comportamiento isostático en la litosfera, sin embargo, de entre todos, cabe destacar los tres principales:

Modelo de Pratt-Hayford

En este modelo se considera un nivel de compensación a una cierta profundidad H, por encima del cual todas las masas deben ser iguales. Para representar el modelo se toman prismas de litosfera en los que la densidad de compensación va variando en función de la profundidad para llegar al equilibrio de las masas. 

En este modelo hay que calcular el exceso o déficit de densidad en la base de la corteza (suponiendo que se extiende a una profundidad constante) para cada zona no situada al nivel del mar (por encima o por debajo). En la Figura 1, se observa una representación esquemática del Modelo de Pratt-Hayford.

Fig. 1. Modelo isostático de Pratt-Hayford.

La condición de equilibrio isostático para cada columna será:

En los continentes:

(Ec. 1)

En los océanos:

(Ec. 2)

Modelo de Airy-Heiskanen

En este modelo se asume que cada fragmento de litosfera está en equilibrio hidrostático. En este modelo se supone una densidad homogénea del material litosférico, de manera que el equilibrio de cada prisma litosférico se consigue hundiendo en mayor o menor medida sus "raíces" en el manto astenosférico.

En este modelo de compensación local hay que calcular el espesor de la corteza bajo cada rasgo topográfico, es decir, hay que establecer la geometría de raíz.

Para ellos es necesario asumir una profundidad media de la corteza justamente por debajo del nivel del mar. En la Figura 2, se observa una representación esquemática del Modelo de Airy-Heiskanen.

Fig. 2. Modelo isostático de Airy-Heiskanen.

La condición de equilibrio isostático para cada columna será:

En los continentes:

(Ec. 3)

En los océanos:

(Ec. 4)

Modelo Regional de Vening-Meinesz

Los dos mecanismos anteriores asumen que el mecanismo de compensación se realiza de manera local. El modelo de Vening-Meinesz propone un comportamiento regional para el ajuste isostático de la litosfera introduciendo el concepto de parámetro R o grado de regionalidad.

En este modelo la litosfera responde de manera flexural para soportar las cargas topográficas. En la Figura 3, se observa una representación esquemática del Modelo de Vening-Meinesz.

Fig. 3. Modelo isostático de Vening-Meinesz.

A partir de estas teorías, ¿tendrá la Isostasia que ver con la ocurrencia simultánea de movimientos sísmicos en diferentes regiones del mundo? Puedes dejar tu opinión en los comentarios.