Cuando estaba trabajando en su doctorado. en geofísica en la Universidad de Chicago en la década de 1980, Dork Sahagian se tomó un descanso un día de estudiar los flujos de lava para asistir a una conferencia sobre cómo se forman las gotas de lluvia en las nubes.

Lo que aprendió le dio una nueva perspectiva sobre la lava y lo inspiró a desarrollar un nuevo método para estimar la elevación histórica de las superficies terrestres de la Tierra.

"En la conferencia, "dice Sahagian, que ahora es profesor de ciencias de la tierra y ambientales en Lehigh, "un físico atmosférico mostró cómo las gotas de lluvia más grandes caen más rápido porque tienen una mayor relación volumen-área de superficie y, por lo tanto, una velocidad terminal más alta que las gotas de lluvia más pequeñas.

"Debido a esto, las gotas más grandes alcanzan a las gotas más pequeñas y se fusionan con ellas. Las gotas de lluvia luego crecen en tamaño, haciendo que la distribución de tamaño se haga más grande ".

En el momento, Sahagian estaba estudiando las vesículas, o burbujas de aire, que quedan suspendidos en los endurecidos flujos de lava basáltica, una forma muy fluida de roca fundida arrojada por los volcanes. Las vesículas se forman y quedan atrapadas en las capas superior e inferior del flujo de lava; la capa intermedia, el último en solidificarse, permanece libre de burbujas.

La conferencia del físico condujo a un momento Eureka para Sahagian.

"Puse los cielos al revés, por así decirlo, "recuerda." Me imaginé las burbujas de lava más grandes fluyendo hacia arriba, como las burbujas en champagne o soda, y alcanzar las burbujas más pequeñas y luego fusionarse y elevarse aún más rápido ".

Las capas superior e inferior de la lava, Sahagian asumió, debe contener aproximadamente los mismos tamaños de burbujas y la misma distribución de tamaños de burbujas. Hizo algunos cálculos matemáticos y escribió un modelo que describe el aumento, crecimiento y coalescencia de burbujas en un flujo de lava.

"Pero un día me di cuenta de que la distribución del tamaño de las burbujas en la parte superior del flujo debería diferir de la distribución en la parte inferior, aunque la lava proviene del mismo magma volcánico, ", dijo." Eso es porque en la parte superior, las burbujas están sujetas solo a la presión atmosférica, mientras que en la parte inferior, están sujetos tanto a la presión atmosférica como a la presión hidrostática del peso de la lava de arriba ".

Por lo tanto, Sahagian razonó, calculando la relación entre el tamaño de la burbuja modal en las capas superior e inferior de la lava, y relacionando esto con el espesor y la edad del flujo de lava, pudo determinar la presión atmosférica que prevalecía cuando se emplazaba la lava, o endurecido en su posición final. (El tamaño modal es el rango de tamaño con la mayor población de burbujas).

"En otras palabras, las proporciones de los volúmenes de las burbujas deben ser las mismas que las proporciones de las presiones. Si podemos medir los volúmenes de burbujas y el espesor de la lava, podemos resolver la presión atmosférica ".

Y dado que la presión atmosférica disminuye en función del aumento de la elevación, Sahagian dedujo además que debería ser posible determinar a qué altura se emplazó la lava.

Muchos años después, Sahagiano en este momento un miembro de la facultad de la Universidad Estatal de Ohio, se dirigió a Hawai para probar la fórmula en flujos de lava basáltica que se habían endurecido durante la erupción del volcán Mauna Loa en 1959.

"En caso de duda, " él dice, "Ve a Hawaii".

Sahagian y su alumno, Joe Maus, midió el tamaño y la distribución de las burbujas en muestras tomadas de la base de Mauna Loa al nivel del mar y de su cumbre a las 12, 000 pies de elevación. Para evitar resultados sesgados, muestrearon solo simplemente emplazados, coladas de lava bien conservadas y expuestas que no se habían alterado —por inflado o drenaje— después de que se solidificaran las partes superior e inferior de las corrientes.

"Hicimos muchas búsquedas antes de encontrar el tipo correcto de flujos, ", Dijo Sahagian." Queríamos asegurarnos de que la vesicularidad que medimos fuera realmente una función de la posición estratigráfica en el flujo ".

Los investigadores calcularon la relación entre el tamaño medio de las burbujas en las capas superior e inferior de la lava en la base de Mauna Loa y luego determinaron la misma relación para la lava en la cima del volcán. La diferencia entre las dos proporciones fue significativa, y correspondía aproximadamente a la diferencia de presión atmosférica entre la cumbre y la base del Mauna Loa. Sahagian y Maus publicaron sus resultados en la revista Nature en 1994 en un artículo titulado "Vesicularidad basáltica como medida de la presión atmosférica y la paleoelevación".

"Si se conoce (o se supone) la presión atmosférica al nivel del mar, " ellos escribieron, "Las distribuciones del tamaño de las vesículas en los flujos de basalto se pueden utilizar como un indicador de la paleoelevación del emplazamiento. El análisis de la distribución del tamaño de las vesículas de las muestras de basalto recolectadas en la cima y la base del volcán Mauna Loa en Hawai [muestra] que la técnica proporciona estimaciones de presión ambiental que proporcionó estimaciones de elevación con una resolución de unos 400 metros ".

"Estábamos entusiasmados con esto, ", dice Sahagian." Realmente no había buenos paleoaltímetros geológicos para decir qué tan alto era una característica de la tierra a menos que estuviera al nivel del mar. Podríamos medir la profundidad del agua mejor de lo que podríamos medir la elevación.

"Pero ahora había hecho un paleoaltímetro a partir de una fórmula matemática trivial, Y funcionó."

Sahagian luego llevó su nueva técnica a la meseta de Colorado, que cubre grandes porciones de Utah, Colorado, Arizona y Nuevo México. Los científicos que utilizaban diferentes métodos para medir la elevación geológicamente reciente de la meseta habían llegado a conclusiones aparentemente contradictorias sobre cuándo, y por lo tanto, por qué se estaba produciendo la elevación.

"Intentamos resolver una disputa entre quienes dijeron que se trataba de un levantamiento reciente y quienes dijeron que era antiguo. Resultó que ambos grupos tenían razón. La meseta se ha estado levantando durante al menos 30 millones de años, pero se ha estado levantando más rápido en los últimos cinco a diez millones de años que antes ".

Más reciente, Sahagian ha viajado a las montañas Hangay en el centro de Mongolia para enfrentarse a otro acertijo geológico:¿Cómo surgió una región relativamente alta? El Hangay es una meseta con picos que alcanzan 13, 000 pies de elevación:¿ocurren en un interior continental donde las elevaciones suelen ser bajas? También, los Hangay están ubicados cerca de las principales zonas de ruptura que se están extendiendo y que podrían tener un efecto de aplanamiento en la topografía.

Sahagian y su colaborador, Alex Proussevitch de la Universidad de New Hampshire y ex miembro de la Academia de Ciencias de Siberia en Novosibirsk, Rusia, forman parte de un equipo interdisciplinario de dos docenas de investigadores que ha pasado siete años estudiando el Hangay con una beca de la National Science Foundation. El equipo incluye a los miembros de la facultad de Lehigh Peter Zeitler, un geocronólogo, Anne Meltzer, un sismólogo, y Bruce Idleman, un científico investigador senior. Los investigadores esperan arrojar luz sobre la historia geológica de la Tierra y sobre las conexiones que vinculan la deformación continental, el desarrollo de la topografía y el clima global.

En Mongolia, La primera orden del día para Sahagian y Proussevitch y sus colegas fue buscar muestras de muestras bien expuestas, lava inalterada cuyo espesor podría medirse con precisión. Como las montañas Hangay son una región de topografía accidentada con pocas carreteras y poca o ninguna infraestructura, el grupo se consideró afortunado de encontrar un conductor de habla rusa con una camioneta todo terreno.

"Investigamos mucho y recolectamos muestras, ", dice Sahagian." Intentamos asegurarnos de que estos sitios de lava tuvieran una buena exposición y que pudiéramos ver la parte superior e inferior de un flujo de lava. Recorrimos la meseta de Hangay y sus alrededores, incluido el desierto de Gobi, donde también había corrientes de lava ".

El grupo recolectó muestras perforando núcleos de 1 pulgada de diámetro. Los especímenes fueron fechados por Zeitler y sus estudiantes en el Laboratorio de Geocronología de Lehigh y se encontró que tenían entre 100 y 100 años de edad. 000 años a 3-4 millones de años a 9,5 millones de años.

"Tuvimos la suerte de obtener una buena distribución de edades, "dice Sahagian.

A continuación, los investigadores utilizaron una tomografía computarizada de rayos X de alta resolución para medir el tamaño y la distribución de las burbujas en las capas superior e inferior de cada muestra de lava. Luego determinaron la proporción de tamaños promedio de vesículas entre las capas y, después, la presión atmosférica en el momento del emplazamiento.

El grupo informó sus resultados el año pasado en un artículo en el Revista de geología titulado "Levantamiento de Mongola Central registrado en basaltos vesiculares". Su principal conclusión:las montañas Hangay se han elevado en elevación aproximadamente 1 kilómetro, más o menos unos cientos de metros, en los últimos 10 millones de años. Cuando ocurrió esta elevación, y si sucedió todo a la vez, gradualmente o en arranques y arranques, aún no se ha determinado.

Sahagian dice que queda mucho trabajo por hacer en las montañas Hangay.

"Este es uno de nuestros primeros resultados. Se han sugerido muchas hipótesis diferentes sobre por qué la región de Hangay es alta y por qué es edificante. Esperamos probarlos y desarrollar una hipótesis propia. resultados del trabajo sísmico que nos dará más información sobre la estructura profunda del manto y la litosfera superior e inferior.

"Pero en lo que respecta a nuestro trabajo de vesicularidad basáltica, nuestro resultado es robusto. Un kilómetro en 10 millones de años no es una tasa anormal de elevación. Es muy consistente con lo que otros están encontrando. ¿Cómo interpretamos ese resultado? Esa es la imagen más grande y aún tiene que resolverse ".