Como a erosão constrói montanhas.

Nicholas Pinter e Mark T. Brandon.

Entender como forças tectônicas, erosivas e climáticas interagem para dar forma às montanhas facilita a compreensão da história da Terra.

As montanhas evocaram reverência e inspiraram artistas e aventureiros durante toda a existência humana. Pesquisas recentes levaram a novas e importantes concepções sobre como estas magníficas formações da Terra vieram a existir. Ao que parece, montanhas são criadas e tomam forma não apenas pelo movimento das vastas placas tectônicas que constituem o exterior da Terra, mas também pelo clima e pela erosão. Em particular, as interações entre processos tectônicos, climáticos e erosivos exercem influência sobre a forma e altura máxima das montanhas, além do tempo necessário para formar – ou destruir – uma cadeira inteira de montanhas. Paradoxalmente, a moldagem das montanhas parece depender tanto das forças destrutivas da erosão quanto do poder construtivo da tectônica. De fato, depois de 100 anos considerando a erosão a irmã frágil da tectônica, muitos geólogos agora acreditam que a erosão possa ser o membro mais poderoso da família, como expresso por um grupo de pesquisa, “Saboreie a ironia. As montanhas talvez devam seu vigor às minúsculas gotas de chuva”. Devido à importância da formação de montanhas na evolução da Terra, estes achados têm implicações significativas para cada ramo das geociências. Para um geólogo, planícies, desfiladeiros e, em particular, montanhas da Terra revelam o perfil do desenvolvimento do planeta ao longo do tempo. Nesta história de expansão, as montanhas apontam onde eventos na crosta da Terra, ou logo abaixo dela, como as colisões das placas tectônicas, lançaram impetuosamente esta camada superficial em direção ao céu. Portanto, montanhas são manifestação mais visível das poderosas forças tectônicas em operação e dos vastos períodos temporais em que essas forças operaram. A tentativa de entender a formação de montanhas tem uma longa história. Um dos primeiros modelos gerais foi o Ciclo geográfico, publicado em 1899. Esse modelo propôs um ciclo de vida hipotético para as cadeias de montanhas, desde um nascimento violento provocado por um breve mas poderoso espasmo de soerguimento tectônico até um deslizamento gradual à “senilidade” devido à erosão lenta, mas persistente. A beleza e a lógica do Ciclo geográfico convenceram os geólogos, por quase um século, a fazer vista grossa para suas limitações. Nos anos 60, a revolução da tectônica de placas explicou como a formação de montanhas está relacionada a movimentos horizontais de vastos blocos da litosfera – a porção relativamente fria e quebradiça do exterior da Terra. De acordo com este amplo arcabouço teórico, a energia térmica interna dá forma à superfície do planeta por compressão, aquecimento e quebra da litosfera, cuja espessura varia de 100 km ou menos abaixo dos oceanos, até 200 km ou mais abaixo dos continentes. A litosfera não é uma carapaça sólida, mas está subdividida em dezenas de placas. Impelidas pelo calor vindo de baixo essas placas se movem umas em relação às outras, explicando a maioria das características e fenômenos superficiais familiares do nosso mundo, como terremotos, bacias oceânicas e montanhas. Os geocientistas não descartaram a tectônica de placas como uma força na formação de montanhas. Nas últimas décadas, porém, chegaram à conclusão de que uma melhor descrição das montanhas seria dizer que não resultam apenas da tectônica, mas são produtos de um sistema que abrange processos erosivos e climáticos, além dos tectônicos, e tem interações complexas com esses componentes. [...]

Clima e erosão.

A concepção emergente orientada por sistema da edificação de montanhas adiciona a esses fenômenos tectônicos os efeitos muitas vezes intimamente entrelaçados de erosão e clima. Erosão inclui a desagregação da rocha-mãe, o desprendimento do sedimento das encostas e o transporte do sedimento pelos rios. A mistura de agentes erosivos numa dada paisagem – gravidade, água, vento e gelo glacial – depende do clima local, da declividade da topografia e dos tipos de rocha da ou próximos da superfície. O clima está ligado à erosão porque afeta a velocidade média da perda material de uma paisagem. Em geral, condições mais úmidas favorecem maiores velocidades de erosão. Entretanto, maior umidade também promove o crescimento da vegetação, que ajuda a “blindar” a superfície. Montanhas em latitudes polares são menos vulneráveis à erosão, em parte devido à aridez dos climas frios e também porque lâminas de gelo continental, como as da Groenlândia e Antártida, geralmente estão congeladas na rocha subjacente e provocam erosão reduzida. Em contraste, geleiras de montanha, como as dos Alpes europeus e Sierra Nevada da Califórnia atacam agressivamente a rocha subsuperficial e, portanto, este tipo de geleira pode ser o agente erosivo mais potente da Terra. Existem muitas outras ligações entre erosão, clima e topografia. Por exemplo, montanhas desviam os ventos que fluem sobre elas, provocando maior precipitação em certas áreas e, consequentemente, intensificando a erosão. Conhecido como orografia, este efeito é também responsável pela “sombra da chuva”, que cria desertos nas encostas a sotavento de muitas cordilheiras. A elevação também pode afetar a erosão porque a temperatura média diminui com a altitude de maneira que picos mais elevados são menos propensos à proteção da vegetação e mais facilmente erodíveis pelas geleiras. Nas regiões temperadas, a velocidade de erosão é proporcional à declividade média da topografia, aparentemente porque gravidade e processos impelidos pela água são mais efetivos em encostas mais íngremes. Considerados juntos, todos estes fatos sugerem que as montanhas desenvolvem seus próprios climas à medida que crescem – tornando-se tipicamente mais úmidas, frias e caracterizadas por erosão mais intensa.

As ligações descritas demonstram a conveniência de considerar as cadeias de montanhas um sistema. Para entender o comportamento de qualquer sistema desse tipo, é necessário identificar seus componentes e as interações entre eles. Já que essas interações são complexas, algumas contribuições ao sistema podem levar a resultados surpreendentes. Essas complexidades incluem ligações estabilizadoras ou desestabilizadoras de feedback entre processos. No exemplo simples que descrevemos, o sistema é forçado pela colisão tectônica, que adiciona massa ao cinturão montanhoso e a resposta é um aumento na altura média da cadeia de montanhas. À medida que as montanhas se elevam, aumenta sua erosão, inibindo o ritmo de crescimento. Este exemplo ilustra um feedback negativo, onde uma força positiva contínua aplicada a um sistema leva a uma resposta progressivamente reduzida. Em contraste, o feeedback positivo tem o efeito posto, acelerando quaisquer alterações em um sistema. A criação de uma sombra de chuva é um exemplo de feedback positivo. A erosão é inibida, permitindo que uma cadeia de montanhas continue o crescimento rápido. A sombra de chuva ao norte dos Himalaias contribui para a formação do altaneiro Platô Tibetano

O conceito de feedback está no centro da nova concepção de como as montanhas são erigidas – e até como a construção de montanhas afeta o sistema terrestre como um todo. Vários tipos diferentes de feedback foram reconhecidos ou postulados. Entre as ideias mais inesperadas que resultaram dessas descobertas está a percepção de que vários feedbacks importantes permitem que processos de superfície, como clima e erosão, influenciem profundamente os processos tectônicos muito abaixo da superfície (e vice-versa).

Isostasia é a chave Um feedback importante ocorre através do fenômeno conhecido como isostasia, que se refere à flutuabilidade da crosta terrestre sobre o manto mais denso. Uma cadeia de montanhas, como qualquer estrutura física, deve ser sustentada e ocorre que essa sustentação vem principalmente da força da crosta e da isostasia. Sob os picos vertiginosos de toda cadeia de montanhas está uma “raiz” flutuante de crosta que penetra no manto. Icebergs oferecem uma analogia útil: já que o gelo tem cerca de 90% da densidade da água, uma dada massa de gelo acima da água é sustentada por nove vezes essa massa abaixo da linha da água. A crosta continental tem cerca de 80% a 85% da densidade do manto abaixo, permitindo que raízes crustais de dezenas de quilômetros de profundidade sustentem montanhas com milhares de metros de altura. Isostasia é o mecanismo central que vincula a evolução tectônica, ou interna, de uma montanha ao seu desenvolvimento geomórfico, ou externo. Quando a erosão na superfície remove massa a isostasia responde pelo soerguimento de toda a cadeia de montanhas para substituir cerca de 80% da massa removida. Esse soerguimento explica vários fenômenos que eram enigmáticos antes que os pesquisadores tivessem avaliado inteiramente o papel do feedback na edificação de montanha.

Por exemplo, levantamentos topográficos de alta precisão ao longo da margem oriental dos Estados Unidos revelaram que o solo está subindo a velocidades de poucos milímetros a poucos centímetros por século. Isso era intrigante porque os Montes Apalaches situam-se no interior da placa norte-americana, onde não existem bordas convergentes que expliquem o soerguimento. Alguns geólogos sugeriram que os resultados do soerguimento deveriam, portanto, estar errados. Dada nossa nova interpretação, contudo, parte ou todo o soerguimento pode ser a resposta isostática à erosão, particularmente nas áreas de alto relevo dos Apalaches. A erosão que se concentra na base dos vales fluviais pode ser especialmente significativa porque pode erguer picos de montanha a elevações maiores que aquelas antes do início da erosão. Isso é possível porque a remoção da massa é localizada (nos vales), mas a resposta isostática ergue o bloco montanhoso inteiro, inclusive vales e picos. Embora a isostasia consiga escorá-las por muitos milhões de anos, paisagens sem elevação tectônica realmente acabam sucumbindo à erosão. Vários estudos sugeriram que grandes áreas da Austrália são bons exemplos de paisagens decadentes muito velhas. Essas áreas, que não passaram por soerguimento tectônico por milhões de anos, estão, no máximo, a poucas centenas de metros acima do nível do mar. Seus índices de soerguimento superficial parecem compatíveis apenas com resposta isostática à erosão. Em montanhas tectonicamente ativas como os Himalaias e os Alpes europeus, o soerguimento medido reflete uma combinação de forças tectônicas propulsoras e soerguimento isostático impelido por erosão. Dados os ritmos em que as montanhas crescem e depois decaem, podemos inferir que dezenas de grandes cadeias de montanhas surgiram e desapareceram na Terra em toda a sua história. [...]

Três estágios Embora seja crença geral que relativamente poucas montanhas da Terra estejam em perfeito equilíbrio, muitas delas podem ter atingido esse equilíbrio em algum ponto de sua história. Cadeias de montanhas, ao que parece, muitas vezes passam por três fases distintas. A primeira, que é o estágio formativo, começa com a convergência de placas ou algum outro evento tectônico que engrossa a crosta e provoca a ascensão da topografia. Durante este estágio, as velocidades de soerguimento são maiores que as de erosão. As velocidades de erosão, contudo, aumentam à medida que aumentam as elevações. Dependendo do tamanho da cadeia e do clima local, o soerguimento pode persistir até que os ritmos de erosão ou a força da crosta limitem a elevação média da cadeia e impeçam o aumento adicional. Este é o segundo estágio, um equilíbrio dinâmico que pode continuar enquanto as velocidades de soerguimento e de erosão continuarem iguais. Quando diminui o soerguimento, a erosão começa a dominar e começa o estágio final. Neste estágio final, a elevação média da cadeia de montanhas inicia um longo e lento declínio. O ciclo pode ser interrompido ou complicado em qualquer estágio por eventos tectônicos ou climáticos, bem como por feedback entre aqueles processos e a erosão. O novo modelo de como as montanhas se desenvolvem promete ser tão revolucionário quanto foi a tectônica de placas há cerca de quatro décadas. Assim como a tectônica de placas conseguiu explicar a distribuição mundial de terremotos, vulcões, fósseis e muitas rochas e minerais diferentes, a nova interpretação da formação de montanhas mostra como as forças tectônicas, o clima da Terra e a topografia interagem para criar algumas das paisagens mais espetaculares da Terra. Assim como a tectônica de placas, o novo modelo também elucida fenômenos que há muito confundiam os geólogos. Simulações computacionais que incorporam muitos dos principais preceitos do modelo, por exemplo, se mostraram eficientes em mimetizar os efeitos das complexas histórias tectônicas, variabilidade climática e diferentes cenários geológicos. Novas pesquisas fornecerão mais detalhes ainda de como as magníficas cadeias de montanhas da Terra crescem, evoluem e declinam, além dos detalhes sobre a importância das montanhas na moldagem do clima e na tectônica da Terra.

PINTER, Nicholas; BRANDON, Mark T. “Como a erosão constrói montanhas”. In: Scientific American Brasil,  As formas mutantes da Terra, edição especial n. 20. São Paulo: Duetto. p. 76-83.