Modelos 3D de evolución conjunta del relieve y la meteorización química

Abstract

El alzamiento tectónico favorece la erosión y exhuma rocas silicatadas frescas con alto potencial de meteorización química. Estas reacciones de meteorización conllevan un consumo de CO2 atmosférico, gas de efecto invernadero, disminuyendo la temperatura global e influyendo sobre el clima (Raymo & Ruddiman, 1989). Esta hipótesis continúa en debate, y es en este sentido que el desarrollo de modelos numéricos que acoplen evolución del relieve y meteorización química a largo plazo puede contribuir a la comprensión de este problema al cuantificar la retroalimentación entre erosión física y meteorización química. CIDRE es un modelo 3D de evolución del relieve, al que se le ha integrado un módulo de meteorización química de clastos por disolución. Estos clastos son meteorizados tanto insitu como durante su transporte y sedimentación, permitiendo estimar el flujo químico en disolución producto de la meteorización a escala local y de todo el sistema modelado. En la presente memoria se comparan los resultados de este modelo con el de otros de mayor complejidad matemática en relación al aspecto geoquímico, pero que solo se sustentan en una o dos dimensiones espaciales, impidiéndose el seguimiento del material meteorizado. De este modo, se establece que en un modelo unidimensional, CIDRE es capaz de emular en buen grado las variaciones en el flujo químico asociadas a estados transientes y de equilibrio dinámico entre erosión y meteorización. Además permite simular mecanismos de transporte de productos de reacciones minerales en disolución: por difusión molecular y advección del fluido. Asimismo, es capaz de reproducir la evolución de la meteorización química de un regolito en un estudio de campo. En un caso bidimensional de una ladera en un estado de equilibrio dinámico entre erosión y meteorización, y en la que el transporte de los sedimentos en superficie es difusivo por acción de la gravedad, CIDRE refleja aquellos casos en que el mecanismo de transporte químico es homogéneo desde la cima hasta el valle. De esta forma el regolito es uniforme tanto en su espesor vertical como en su grado de disolución mineral relativo a la profundidad. El régimen de equilibrio que limita al sistema es homogéneo en toda la ladera, y al aumentar la erosión pasa de estar limitado por el transporte a estarlo por la meteorización en toda la superficie a un mismo tiempo. En este aspecto, CIDRE se comporta de igual forma a un modelo desarrollado por Lebedeva & Brantley (2013) solo en el caso particular en que la curvatura de la topografía es constante. Al explorar un modelo tridimensional de una vertiente, se indaga en primer lugar acerca de la distribución y cantidad de clastos necesaria para estimar el flujo químico en disolución, y su dependencia en cuanto a la granulometría y mineralogía de los clastos, y la meteorización de la roca madre. Luego se cuantifica el efecto de la erosión sobre la meteorización a escala de una vertiente montañosa, para un estadio inicial y para uno en equilibrio dinámico. Estos resultados permiten concluir que, a escala de una vertiente de roca la influencia del alzamiento tectónico sobre el clima global por medio de la erosión y meteorización, es en una etapa temprana y no sostenida durante un ciclo orogénico.