El tiempo geológico y la edad de la Tierra:.

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A mediados de siglo, los estratos fosilíferos de Europa se habían agrupado en sistemas dispuestos en orden cronológico. La columna estratigráfica, un compuesto de estos sistemas, se construyó a partir de exposiciones en diferentes regiones mediante la aplicación de los principios de superposición y secuencia faunística. El tiempo transcurrido durante la formación de un sistema se conoció como período, y los períodos se agruparon en eras: Paleozoico (períodos Cámbrico a Pérmico), Mesozoico (períodos Triásico, Jurásico y Cretácico) y Cenozoico (Paleógeno, Neógeno y Cretácico). Períodos Cuaternarios).

El origen de las especies de Charles Darwin (1859) ofreció una explicación teórica para el principio empírico de la secuencia faunística. Los fósiles de los sucesivos sistemas son diferentes no sólo porque faltan partes del registro estratigráfico sino también porque la mayoría de las especies han perdido en su lucha por la supervivencia y también porque las que sobreviven evolucionan hacia nuevas formas con el tiempo. Darwin tomó prestadas dos ideas de Lyell y los uniformistas: la idea de que el tiempo geológico es prácticamente ilimitado y la idea de que una secuencia de cambios diminutos integrados durante largos períodos de tiempo produce cambios notables en las entidades naturales.

Los evolucionistas y los geólogos históricos se sintieron embarazosos cuando, a partir de 1864, William Thomson (más tarde Lord Kelvin) atacó la teoría del estado estacionario de la Tierra y puso restricciones numéricas a la duración del tiempo geológico. La Tierra podría funcionar como una máquina de calor, pero no podría ser también una máquina de movimiento perpetuo. Suponiendo que la Tierra estaba originalmente fundida, Thomson calculó que podrían haber pasado no menos de 20 millones y no más de 400 millones de años desde que la Tierra se convirtió por primera vez en un cuerpo sólido. Otros físicos destacados fijaron límites aún más estrechos a la edad de la Tierra, hasta 15 o 20 millones de años. Todos estos cálculos, sin embargo, se basaron en la suposición común, no siempre explícita, de que la sustancia de la Tierra es inerte y, por tanto, incapaz de generar nuevo calor. Poco antes de finales de siglo, esta suposición fue desmentida por el descubrimiento de elementos radiactivos que se desintegran espontáneamente y liberan calor a la Tierra en el proceso.

Conceptos de evolución del relieve.

La exploración científica del oeste americano tras el final de la Guerra Civil aportó mucha información nueva sobre la escultura del paisaje por los arroyos. John Wesley Powell, en sus informes sobre el río Colorado y las montañas Uinta (1875, 1876), explicó cómo los arroyos pueden llegar a fluir a través de cadenas montañosas en lugar de desviarse alrededor de ellas. El río Green no sigue ninguna grieta estructural en su garganta a través de las montañas Uinta; en cambio, ha cortado su cañón a medida que la cadena montañosa se fue inclinando lentamente. Con el tiempo suficiente, los arroyos erosionarán sus cuencas de drenaje hasta formar llanuras que se acercarán como base al nivel del mar. El Informe de Grove Karl Gilbert sobre la geología de las montañas Henry (1877) ofreció un análisis detallado de los procesos fluviales. Según Gilbert, todos los arroyos trabajan hacia una condición gradual, un estado de equilibrio dinámico que se logra cuando el efecto neto del agua que fluye no es erosión del lecho ni deposición de sedimentos, cuando el paisaje refleja un equilibrio entre la resistencia de las rocas a la erosión y a los procesos que operan sobre ellos. Después de 1884, William Morris Davis desarrolló el concepto de ciclo geográfico, durante el cual las regiones elevadas pasan por etapas sucesivas de disección y denudación caracterizadas como jóvenes, maduras y viejas. Los paisajes juveniles tienen amplias divisiones y valles estrechos. Con una mayor denudación, la superficie original en la que los arroyos comenzaron su trabajo se reduce a las cimas de las crestas. Finalmente, en la etapa de vejez, la región se reduce a una llanura casi sin rasgos distintivos cerca del nivel del mar o su proyección tierra adentro. El mejoramiento de la región en cualquier etapa de esta evolución activará un nuevo ciclo. Las opiniones de Davis dominaron el pensamiento geomórfico hasta bien entrado el siglo XX, cuando los enfoques cuantitativos dieron como resultado el redescubrimiento de las ideas de Gilbert.

Gravedad, isostasia y figura de la Tierra.

Los descubrimientos de anomalías regionales en la gravedad de la Tierra llevaron a la comprensión de que las altas cadenas montañosas tienen deficiencias subyacentes en masa aproximadamente iguales a las cargas superficiales aparentes representadas por las propias montañas. En el siglo XVIII, el científico francés Pierre Bouguer había observado que las desviaciones del péndulo en Perú son mucho menores de lo que deberían ser si los Andes representan una carga situada sobre la corteza terrestre. Más tarde se descubrió que se producían anomalías similares a lo largo del frente del Himalaya. Para explicar estas anomalías fue necesario suponer que a cierta profundidad dentro de la Tierra las presiones son hidrostáticas (iguales en todos los lados). Si se colocan cargas excesivas sobre la corteza, como por ejemplo mediante la adición de una capa de hielo continental, la corteza se hundirá para compensar la masa adicional y volverá a elevarse cuando se elimine la carga. La tendencia hacia el equilibrio general mantenido mediante movimientos verticales de las capas exteriores de la Tierra fue denominada isostasia en 1899 por Clarence Edward Dutton de los Estados Unidos.

La evidencia de movimientos verticales sustanciales de la corteza fue proporcionada por estudios de estratigrafía regional. En 1883, otro geólogo estadounidense, James Hall, había demostrado que las rocas paleozoicas de los Apalaches plegados eran varias veces más gruesas que las secuencias de la misma edad en las mesetas y llanuras del oeste. Llegó a su conclusión que los estratos plegados en las montañas debieron haberse acumulado en una depresión submarina lineal que se llenó de sedimento a medida que se hundía. Las flexiones descendentes de la corteza terrestre de esta magnitud pasaron a denominarse geosinclinales.