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GEOLOGIA APLICADA A LA BIOLOGIA (UCM)

GEOLOGÍA TEMAS 2-

DE DIOS CENTENO CARRILLO,

JUAN

CURSO 13-

Geología 1

Juan D Centeno

Departamento de Geodinámica

Facultad de Ciencias Geológicas

Universidad Complutense de Madrid

• 2. MINERALES Y ROCAS Índice resumido
• 3. TEMA 3. ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN DE LA TIERRA.........................
• 4. TEMA 4. MAGMATISMO Y ROCAS MAGMÁTICAS
• 5. METAMORFISMO Y ROCAS METAMÓRFICAS
• 6. TEMA 6. TECTÓNICA DE PLACAS
• 7. TEMA 7. DEFORMACIÓN DE LAS ROCAS
• 2. MINERALES Y ROCAS Índice detallado
• 2.1. Conceptos de cristal y mineral
• 2.2. Estructura interna de los cristales y los minerales
  • 2.2.1. Tipos de enlace....................................................................................................................................
  • 2.2.2. Redes cristalinas..................................................................................................................................
  • 2.2.3. Los principales sistemas de cristalización...........................................................................................
  • 2.2.4. Imperfecciones, maclas y agregados cristalinos..................................................................................
• 2.3. Isomorfismo y polimorfismo
• 2.4. Minerales petrográficos
  • 2.4.1. Minerales silicatados: su clasificación y propiedades de los principales minerales............................
  • 2.4.2. Minerales no silicatados: su clasificación y propiedades de los principales minerales.
• 2.5. Concepto de roca.......................................................................................................................................
• 2.6. Clasificación de las rocas
  • 2.6.1. Rocas endógenas: magmáticas y metamórficas
  • 2.6.2. Rocas exógenas
• 2.7. Recursos
• 2.8. Palabras clave............................................................................................................................................
• 3. TEMA 3. ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN DE LA TIERRA.........................
• 3.1. Origen de la Tierra..................................................................................................................................
• 3.2. Métodos de estudio del interior terrestre
  • 3.2.1. Métodos sísmicos
  • 3.2.2. Métodos magnéticos..........................................................................................................................
  • 3.2.3. Métodos gravimétricos......................................................................................................................
  • 3.2.4. Métodos geotérmicos
  • 3.2.5. Métodos astronómicos: los meteoritos
• 3.3. Estructura vertical de la Tierra
  • 3.3.1. El núcleo
  • 3.3.2. El manto
  • 3.3.3. La corteza..........................................................................................................................................
  • 3.3.4. El concepto de litosfera y su importancia en la Geología moderna...................................................
  • 3.3.5. La hidrosfera
  • 3.3.6. La atmósfera......................................................................................................................................
• 3.4. Palabras clave..........................................................................................................................................
• 4. TEMA 4. MAGMATISMO Y ROCAS MAGMÁTICAS
• 4.1. Origen y evolución de los magmas.........................................................................................................
  • 4.1.1. Fusión de las rocas
  • 4.1.2. Evolución de los magmas..................................................................................................................
  • 4.1.3. Fases de la consolidación magmática................................................................................................
• 4.2. Criterios de clasificación de las rocas magmáticas............................................................................... GEOLOGíA – 1ª parte – Temas 2 a 7 - Índice
  • 4.2.1. Textura y composición
  • 4.2.2. Composición
• 4.3. Principales familias de rocas magmáticas.............................................................................................
  • 4.3.1. Rocas plutónicas................................................................................................................................
  • 4.3.2. Rocas volcánicas
• 4.4. Plutonismo: mecanismos de emplazamiento e intrusión......................................................................
• 4.5. Vulcanismo
  • 4.5.1. Tipos de erupción y Relación entre la evolución de los magmas y los tipos de erupción.................
  • 4.5.2. Los volcanes del mundo y su importancia social
• 4.6. Índice alfabético
• 5. METAMORFISMO Y ROCAS METAMÓRFICAS
• 5.1. Las condiciones del metamorfismo y los procesos que intervienen.
• 5.2. Límites del metamorfismo
• 5.3. Termodinámica y estabilidad mineral como concepto básico del metamorfismo.
• rocas. 5.4. Tipos de metamorfismo: en qué consisten, en qué condiciones se dan y qué efectos tienen sobre las
  • 5.4.1. Metamorfismo dinámico (de alta presión)
  • 5.4.2. Metamorfismo de contacto o térmico (de alta temperatura)..............................................................
  • 5.4.3. Metamorfismo regional (de alta presión y temperatura)
  • 5.4.4. Metasomatismo
• 5.5. Rocas metamórficas
  • 5.5.1. Características generales de las rocas metamórficas
  • 5.5.2. Principales tipos de rocas metamórficas............................................................................................
• 5.6. Palabras clave..........................................................................................................................................
• 6. TEMA 6. TECTÓNICA DE PLACAS
• 6.1. Litosfera: los conceptos de litosfera oceánica, litosfera continental y placa litosférica.....................
• 6.2. Distribución geográfica de las placas litosféricas
• 6.3. Los límites entre placas...........................................................................................................................
  • 6.3.1. Bordes constructivos, divergentes o dorsales....................................................................................
  • 6.3.2. Bordes destructivos, convergentes o zonas de subducción
  • 6.3.3. Fallas transformantes
• 6.4. Los fenómenos intraplaca.......................................................................................................................
  • 6.4.1. Bordes continentales pasivos
  • 6.4.2. Puntos calientes.................................................................................................................................
• 6.5. El modelo del Ciclo de Wilson como sistema de representación.........................................................
• 6.6. Palabras clave..........................................................................................................................................
• 7. TEMA 7. DEFORMACIÓN DE LAS ROCAS
• 7.1. Relación entre esfuerzo y deformación
• 7.2. Pliegues: deformación plástica...............................................................................................................
  • 7.2.1. Elementos de un pliegue
  • 7.2.2. Clasificación de pliegues...................................................................................................................
  • 7.2.3. Mecanismos de plegamiento
• 7.3. Fracturas: fallas y diaclasas
  • 7.3.1. Elementos de una falla (Figura 6)
  • 7.3.2. Clasificación de fallas (Figura 7)
• 7.4. Mantos de cabalgamiento
• 7.5. Diapiros....................................................................................................................................................
• 7.6. Recursos
• 7.7. Palabras clave..........................................................................................................................................

GEOLOGíA: Tema 2. Minerales y Rocas – Juan D Centeno

2. Minerales y Rocas

2.1. Conceptos de cristal y mineral

Un cristal es cualquier sólido cuyos átomos o moléculas están ordenados en el espacio, formado una estructura. Los cuerpos sólidos cuyos átomos no tienen una estructura fija reciben el nombre de amorfos (p.ej. el vidrio de las ventanas ¡no es un cristal! y los volcanes producen materiales amorfos que se describen como vidrios, como la obsidiana )

Mineral es cualquier sólido natural e inorgánico que tiene una composición fija (o con variaciones dentro de límites claros) y todos sus átomos o moléculas ordenados en el espacio y formando una estructura característica. Una muestra de un mineral puede estar formada por uno o varios cristales.

2.2. Estructura interna de los cristales y los minerales

2.2.1. Tipos de enlace Los componentes de cualquier mineral o cristal se mantienen es sus posiciones dentro de la estructura mediante fuerzas que los unen y se conocen como enlaces.

Tabla 1. Conceptos de cristal, mineral y sustancia amorfa. Cristal Sólido Estructura Amorfo Sólido Sin Estructura

Mineral Sólido Natural Inorgánico Composición fija Estructura

Figura 1. Tipos de Enlace (Enciclopedia Encarta, 1996)

Los enlaces entre átomos son de tres tipos principales: iónico , covalente o metálico. A estos tipos de enlace hay que añadir otras fuerzas de atracción entre moléculas , como las Fuerzas de Van der Waalls o los Puentes de Hidrógeno. (Hay una interesante historia del trabajo de Van de Waals en el capítulo 4 del libro de Ball (2004) 1

(^1) Philip BALL (2005), Critical Mass , Arroz Books, UK, 644 pp.

GEOLOGíA: Tema 2. Minerales y Rocas – Juan D Centeno

Hay polimorfismo cuando dos minerales tienen la misma composición pero diferente estructura (y propiedades). La formación de minerales polimorfos depende de las condiciones ambientales en la que se formen. Por ejemplo, la temperatura y la presión determinan que se forme grafito o diamante (C), y la química de las soluciones acuosas determinan la formación de calcita o aragonito (CaCO3)

2.4. Minerales petrográficos

Dado que los minerales son el elemento básico con el que se construyen las rocas, los relieves y las estructuras geológicas, el conocimiento de algunos de ellos es fundamental para abordar un curso de Geología. Aunque hay miles de especies minerales, la mayoría de las rocas están formadas por unos pocos minerales, que bastan para describirlas (Petrografía), y el resto aparecen como minerales accesorios. La clasificación de minerales se basa en su composición química, que permite definir clases minerales.

2.4.1. Minerales silicatados: su clasificación y propiedades de los principales minerales. El 80% de la corteza terrestre está formado por rocas silicatadas. Por eso, los minerales silicatados son enormemente importantes. Todos los minerales silicatados están formados a partir de un elemento estructural básico: un tetraedro formado por cuatro átomos de oxígeno y uno de silicio (SiO 4 4+^ ), conocidos como tetraedros de sílice. El tetraedro tiene una carga eléctrica que es neutralizada por cationes de todo tipo lo que permite una gran variedad de minerales que difieren por su composición y estructura. La clasificación de los silicatos se basa en la disposición de los tetraedros de sílice. Éstos pueden estar aislados, emparejados, formado anillos cerrados, cadenas sencilla o dobles, capas de tetraedros o entramados tridimensionales y esta es la base de la clasificación. La estructura de los silicatos es muy importante para entender propiedades de las rocas y los minerales. Por ejemplo, las arcillas deben muchas propiedades a la estructura laminar de sus filosilicatos; de igual forma, la explosividad de los volcanes depende del contenido en sílice y la posibilidad de formar nesosilicatos (volcanes poco explosivos con lava fluida) o tectosilicatos (volcanes muy explosivos). Tabla 2. Clasificación general de los minerales silicatados Nesosilicatos Olivino , Granate , Circón Sorosilicatos Epidota , Hemimorfita Ciclosilicatos Berilo, Turmalina Inosilicatos Diópsido, Augita Filosilicatos Moscovita, Biotita, Clorita, Talco, Caolinita (minerales de la arcilla) Tectosilicatos Cuarzo, Ortosa (feldespatos)

Figura 2. El elemento básico de los silicatos es un tetraedro formado por un átomo de silicio y cuatro de oxígeno. Pero estos tetraedros se polimerizan formando parejas, cadenas, cadenas cerradas, planos y estructuras tridimensionales. Al compartir oxígenos se crea un desequilibrio químico que lo compensan algunos iones

GEOLOGíA: Tema 2. Minerales y Rocas – Juan D Centeno

Figura 3. Organización estructural de los silicatos (www.ebrisa.com)

2.4.2. Minerales no silicatados: su clasificación y propiedades de los principales minerales. Los minerales no silicatados se clasifican basándose en su composición química. En la tabla de clasificación general aparecen los grupos más importantes.

Tabla 3. Clasificación general de los minerales no silicatados Elementos nativos Oro, Plata, Cobre, Azufre Haluros Halita (NaCl) , Fluorita (CaF (^) 2) , Silvina (KCl) Sulfuros Galena(PbS), Calcopirita (CuFeS 2 ), Cinabrio (HgS), Blenda (ZnS), Rejalbar (AsS), Estibina (Sb 2 S (^) 3) Carbonatos Calcita, Dolomita, Aragonito Nitratos Nitratina Boratos Borax Fosfatos Apatito, Piromorfita Sulfatos Yeso, glauberita, baritina Wolframatos y Tungstatos

Wolframita, Scheelita

Óxidos Magnetita, Cuprita, Corindón Hidróxidos Goethita , Limonita

2.5. Concepto de roca

Una roca es un agregado natural, coherente y multigranular formado por uno o varios minerales. Los distintos minerales de una roca pueden ser cristales formados en la roca o granos (minerales o rocosos) transportados hasta formar la roca. Puestos que la definición de mineral exige que sea una sustancia sólida, las rocas tienen que ser sólidas. Sin embargo, el petróleo se considera una roca constituida por un tipo especial de sustancia mineral (mineraloides).

2.6. Clasificación de las rocas

Las rocas se clasifican primero a partir de los procesos de formación y luego de su composición mineralógica - aunque, la composición química se puede usar para clasificar rocas en detalle. Sin embargo otros conceptos como textura o estructura , pueden ser importantes para la clasificación.

GEOLOGíA: Tema 2. Minerales y Rocas – Juan D Centeno

(síntesis, chelación, etc.). De esta forma, la enorme variedad de condiciones ambientales da lugar a una enorme variedad de rocas y límites muy imprecisos para la clasificación.

Tabla 5. Clasificación básica de las rocas exógenas

Conglomerado = Rudita... PudingasBrechas

Detríticas ……………. (^) Arenisca = Samita Limo = Limonita Arcilla = Lutita

Ejemplos: Conglomerado cuarcítico con cemento calcáreo, Arcilla caolinítica. Se describen usando la textura y la composición dominante de los clastos, cementos o matrices.

Químicas y bioquímicas…. Rocas carbonatadas …….^

Caliza Dolomía

Evaporitas ……………

Yeso Anhidrita Halita

Químicas ……………….

Residuales ……………. Costras …………………..

Ferruginosas Alumínicas Silíceas Calcáreas Silíceas ……………….. DiatomitaRadiolarita

Organógenas…………… Fosfatadas Fosfatita

Orgánicas ……………… CarbónPetróleo

2.7. Recursos

ƒ Rock tipes. Open2.net. The Open University-BBC. En: http://open2.net/sciencetechnologynature/worldaroundus/tooklit/rocktypes.html ƒ The rock cycle. Open2.net. The Open University-BBC. En: http://open2.net/geologytoolkit/rockcycle_embedded.html

2.8. Palabras clave

agregados cristalinos .............................................. 2 alteración................................................................ 5 Amorfo................................................................... 1 clases de simetría ................................................... 2 cristal...................................................................... 1 elementos de simetría............................................. 2 enlace ..................................................................... 1 estructura................................................................ 4 estructura cristalina ................................................ 2 imperfecciones cristalinas ...................................... 2 isomorfismo ........................................................... 3 maclas .................................................................... 3 magma.................................................................... 5 Metamorfismo........................................................ 5 meteorización......................................................... 5 Mineral................................................................... 1 Minerales petrográficos.......................................... 3

minerales silicatados .............................................. 3 número de coordinación......................................... 2 obsidiana ................................................................ 1 poliedro de coordinación........................................ 2 polimorfismo.......................................................... 3 red cristalina........................................................... 2 redes de Bravais ..................................................... 2 redes planas............................................................ 2 redes tridimensionales............................................ 2 roca ........................................................................ 4 rocas sedimentarias ................................................ 5 rocas silicatadas ..................................................... 3 sedimentación ........................................................ 5 sistemas de cristalización ....................................... 2 tetraedros de sílice ................................................. 3 textura .................................................................... 4 vidrio...................................................................... 1

GEOLOGíA: 3. Estructura y composición de la Tierra – Juan D Centeno

3. Tema 3. Estructura y composición de la Tierra

3.1. Origen de la Tierra

El origen de la Tierra está ligado al del Sol y el Sistema Solar. Para entenderlo, son necesarias algunas ideas sobre el origen y evolución de las estrellas. La Vía Láctea es una galaxia espiral formada por millones de estrellas, una de ellas es el Sol. Las estrellas se forman cuando el gas y el polvo de una nebulosa , por atracción gravitatoria, se condensan y calienta hasta presiones y temperaturas que permiten iniciar las reacciones nucleares de formación de He a partir de H. (^1) H + 2 H = 2 He + E H + Li* = He + E (*U otros metales ligeros) H + H = He (por catálisis de C o Ni). Secuencia principal. Conforme se va gastando H, el tipo de reacciones que se dan en la estrella van cambiando y su características de temperatura y tamaño. En las fases finales la estrella se convierte en una gigante roja que acaba desprendiéndose de sus capas exteriores:

• mediante explosiones (nova o supernova) y dejando una estrella de neutrones o un pulsar
• sin explosiones, dejando una nebulosa planetaria (polvo y gases fríos) y ocasionalmente una estrella enana blanca El polvo y el gas desprendidos por las estrellas viejas tienen mayor variedad de elementos que las estrellas de las que proceden (porque las reacciones nucleares de la estrella sintetizan elementos). Por la presencia de elementos, sabemos que el Sistema Solar procede de una nebulosa planetaria de “segunda generación”.

Figura 5. Evolución de una estrella dependiendo de su masa.

Respecto al origen del Sistema Solar, una serie de rasgos dan las pistas principales respecto a su origen. Estos rasgos pueden clasificarse en dos tipos:

1. Movimiento de los planetas y satélites:
   • Todos los planetas giran alrededor del Sol más rápido que éste sobre si mismo.
   • Casi todos los planetas giran alrededor del Sol en órbitas aproximadamente contenidas en el mismo plano.
   • Todos los planetas giran alrededor del sol en el mismo sentido (antihorario visto desde la estrella Polar).
   • El eje de rotación de casi todos los planetas es casi paralelo al eje de rotación solar o de las órbitas planetarias.
   • Casi todos los satélites de los planetas giran alrededor de sus planetas en órbitas contenidas en el mismo plano que las órbitas planetarias.
2. Composición de los planetas:
   • Los 92 elementos químicos de la Tierra existen en proporciones variables en todo el Sistema Solar.
   • Los planetas internos son pequeños y densos mientras los externos son grandes y ligeros. Con estos datos se han manejado dos hipótesis: la de una nebulosa planetaria en rotación y la de la aproximación de dos estrellas. La hipótesis de una nebulosa planetaria en rotación es la más aceptada y puede describirse en los siguientes pasos:

Nebulosa de gas y polvo

Nova o supernova y estrella de neutrones o pulsar Nebulosa planetaria y enana blanca

GEOLOGíA: 3. Estructura y composición de la Tierra – Juan D Centeno

Métodos sísmicos Comportamiento mecánico de los materiales del interior. Métodos magnéticos Composición del núcleo. Crecimiento de la corteza oceánica. Deriva continental. Métodos gravimétricos Distribución de materiales en la litosfera. Métodos geotérmicos Temperatura del interior

3.2.1. Métodos sísmicos Los terremotos y acontecimientos similares (como las explosiones) producen ondas que se propagan por la Tierra y se conocen como ondas sísmica s. Hay varios tipos de ondas cuyas características aparecen en la Tabla 7 y en la Figura 8.. Tabla 7. Tipos de ondas sísmicas y sus propiedades Primarias P Ondas longitudinales que oscilan en la misma dirección en la que se transmiten. Penetran en profundidad.

Másicas

Secundarias S Ondas transversales cuya oscilación se produce en un plano perpendicular a la dirección de transmisión. Penetran en profundidad. Rayleigh R Vibran en un plano vertical que contiene a la dirección de propagación. Sólo cerca de la superficie.

Superficiales

Love L Vibran en un plano horizontal que contiene a la dirección de propagación. Sólo cerca de la superficie.

La información más importante que suministran las ondas se obtiene del estudio de la propagación de estas ondas. La velocidad de los distintos tipos de ondas sísmicas depende de las propiedades de los materiales por los que viajan y sus trayectorias pueden ser refractadas por los cambios de las mismas propiedades a lo largo de una trayectoria. Para estudiar la velocidad y trayectoria, se estudian las ondas recibidas en estaciones sismológicas de todo el mundo y así se reconstruye la trayectoria de los distintos

La Figura 8. muestra cómo varía la velocidad de las ondas P y S conforme viajan hacia el centro de la tierra.

La velocidad de las ondas primarias (V (^) P) y secundarias (V (^) S) puede calcularse según estas ecuaciones:

δ

μ 3

4

=

K VP δ

μ VS =

Donde: K=módulo de compresibilidad μ=rigidez δ=densidad

Figura 7. Trayectorias de las ondas sísmicas. Wikipedia Commons.

GEOLOGíA: 3. Estructura y composición de la Tierra – Juan D Centeno

Figura 8. Tipos de ondas sísmicas (izquierda) y distribución vertical de la velocidad de propagación de las ondas primarias y secundarias (derecha). Fuente: http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/profesor/index.htm.

Como hay que esperar una tendencia al aumento en profundidad de la densidad, el aumento de velocidad con la profundidad debe responder aun aumento de la compresibilidad y la rigidez; es decir, viene determinado por los materiales por los que viajan las ondas sísmicas. Respecto a la estructura del interior de la Tierra, la distribución vertical de velocidad de las ondas sísmicas se conoce con bastante exactitud desde 1936 y, sobre todo, desde el trabajo de Gütemberg de 1951. Estos datos se representan tradicionalmente en un gráfico Velocidad/Profundidad, como el de la Figura 8. , del que se deducen los elementos más importantes de esta estructura interna. La estructura viene definida por cambios importantes en la velocidad ( discontinuidades ), zonas en las que no se transmiten las ondas secundarias ( zonas de sombra ) y, junto a otras fuentes de información, sirven para definir las principales capas del interior terrestre: Corteza, Manto y núcleo.

Podemos asumir que las zonas de sombra responden a partes del planeta en un estado fluido de rigidez nula (lo que impide el paso de las ondas S puesto que μ=0). Las ondas S no se transmiten más allá de los 2900 km de profundidad de donde se deduce una barrera fluida. La principal zona de sombra es la parte superior del Núcleo, o Núcleo Externo, que se considera fluido. Por la misma regla, la zona de baja velocidad entre los 100 y los 400 km de profundidad (la Astenosfera)es considerada una zona plástica por algunos científicos. Actualmente es el elemento más controvertido de este modelo. Después de ser considerado fundamental en la Teoría de Tectónica de Placas, los estudios recientes indica que no se extiende por todo el planeta sino que se trata de focos de calor (plumas térmicas) residuales.

GEOLOGíA: 3. Estructura y composición de la Tierra – Juan D Centeno

• Las anomalías magnéticas (irregularidades en la distribución del campo magnético) actuales sirven para entender la estructura regional de la corteza y para la exploración de yacimientos metálicos (hematites, pirita, siderita, etc.).
• El paleomagnetismo se produce porque los minerales con cierto contenido metálico quedan magnetizados en función de la localización geográfica en la que se formaron (ver Tabla 8). Este fenómeno permite reconstruir la posición de las rocas y ha servido para entender el desplazamiento de las placa tectónica y los continentes a lo largo de la historia geológica. Particularmente interesante es el fenómeno de la inclinación magnética que reperesenta el ángulo ente la horizontal y orientación de la brújula en cada latitud. Aunque difícil de apreciar a simple vista, permite saber a qué latitud se formó un cuerpo que conserva una orientación mágnética, como muestra la Figura 10..
• Las inversiones del campo magnético (el polos N y S invierte su posición) quedan registradas en las rocas con minerales ferromagnéticos mediante el mismo proceso de magnetización remanente y eso ha servido para resolver problemas como la creación de corteza oceánica o la datación de eventos en el Cuaternario. Por ejemplo, a ambos lados de las dorsales oceánicas hay un bandeado de rocas con polaridad normal (la actual por convención) y polaridad invertida que se relacionan con la creación de corteza en las dorsales ( ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. ). Ver por ejemplo la página web: http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/1bachillerato/estrucinternatierra/contenido5.htm

3.2.3. Métodos gravimétricos La fuerza de la gravedad en la superficie de la Tierra viene dada por la expresión (1) y se manifiesta por la aceleración que sufre dicho cuerpo y que viene espresad en la ecuación (2)

(1) (^) 2 r

K M m Fg × × =

Tabla 8. La magnetización remanente Algunos minerales tienen propiedades ferromagnéticas y, si hay posibilidad de movimiento, se orientan en función del campomagnético formando imanes permanentes. Además, todas las sustancias ferromagnéticas pierden esa propiedad para convertirse en paramagnéticas cuando su temperatura sube por encima de la temperatura o punto de Curie (por su descubridor Pierre Curie). En las rocas ígneas o metamórficas los minerales ferromagnéticos se convierten en paramagnéticos cuando sufren altas temperaturas y, al enfriarse, adquieren la magnetización correspondiente al campo magnético del momento en que su temperatura baja del punto de Curie. Después quedan bloqueados en el cuerpo rocoso y conservan su “orientación” En las rocas sedimentarias, los mierales que poseen una magnetización se depositan reorientándose en función del campo magnético de ese momento. Material P Curie (ºK) P Curie (ºC) Co 1388 1114, Fe 1043 769, NiOFe 2 O 3 858 584, MgOFe 2 O 3 728 454, Ni 627 353, CrO 2 386 112, Gd 292 18,

Figura 11. Origen del bandeado magnético. http://recursos.cnice.mec.es.

GEOLOGíA: 3. Estructura y composición de la Tierra – Juan D Centeno

donde: K=Constante de gravitación universal (6,67•10 -11^ Nw•m^2 /kg 2 ) M=Masa de la Tierra (5,9•10^24 kg) m=masa del cuerpo que sufre la atracción. r=radio de la Tierra (6378 m)

(2) (^) 2 9 , 8 m / s^2 r

K M g = × =

Este valor sería muy preciso si la Tierra fuera una esfera (perfecta) de masa uniformemente distribuida o, más exactamente si todas las medidas las tomásemos sobre el geoide (ver Tabla 9). Pero la medición de la gravedad en la superficie real muestra algunas irregularidades respecto a lo predicho por estas fórmulas. Las irregularidades dependen de unos pocos factores: la altitud, la latitud, la topografía y la densidad de los materiales subyacentes. Algunas de estas irregularidades se corrigen antes de cualquier medida. Por ejemplo, el efecto de la altitud se corrige mediante la Corrección de Aire Libre ; o el efecto de la masa de tierra situado entre el geoide y el punto de medida se corrige mediante la Corrección de Bouguer. Pero, a pesar de las correcciones, siguen apareciendo anomalías derivadas de las distribución de materiales en la corteza. Por ejemplo, medidas bajas de gravedad sobre un plutón granítico o altas sobre un yacimiento metálico. Estas medidas se usan para entender la estructura de la corteza y para prospección de recursos.

3.2.4. Métodos geotérmicos El calor que procede del interior de la tierra se conoce como flujo geotérmico. En una primera aproximación, y admitiendo un significado amplio de la palabra conductividad, el flujo se mide a partir de la ecuación (3)

(3) dz

dT Q = k •

donde: k=conductividad térmica dT/dz=gradiente vertical de temperatura o gradiente geotérmico

De esta forma el gradiente geotérmico , que es la variación de temperatura con la profundidad es una medida directa del flujo geotérmico en una región. El gradiente geotérmico promedio es de 30ºC/km (o un aumento de 1ºC/30 m) con valores normales entre 10 y 80 ºC/km, aunque han llegado a medirse gradientes de 200 ºC/km. Las fuentes de ese calor pueden ser la desintegración radiactiva, el calor primitivo y el calor de transformación (por ejemplo, por solidificación del núcleo externo). El transporte de calor puede hacerse por conducción, radiación o convección. Con todo esto, cualquier anomalía térmica puede deberse a fuentes de calor o a cambios en la capacidad de transporte de calor, y esas anomalías pueden usarse para identificar las causas. Por ejemplo, puede detectarse la presencia de una cámara magmática, o cambios en el espesor de los

3.2.5. Métodos astronómicos: los meteoritos Su estudio ha servido para:

1. entender la composición de las capas internas de la Tierra,
2. calcular la edad del Sistema Solar y la Tierra y
3. calcular la edad de algunos acontecimientos en la historia terrestre.

Tabla 9. El Geoide El geoide es una forma teórica definida por una superficie de igual potencial gravitacional equivalente al de la superficie del océano.

Tabla 10. Tipos de meteoritos y sus propiedades Tipo % Composición Comentarios Condritas 86 Códrulos Materia orgánica (aminoácidos) Granos presolares

4500 m.a., cinturón de asteroides

Acondritas 8 Parecidos a las rocas ígneas terrestres Grupos de procedencia:

GEOLOGíA: 3. Estructura y composición de la Tierra – Juan D Centeno

En cuanto a la composición del manto, los meteoritos condríticos tienen silicatos muy similar a las rocas básicas del vulcanismo submarino. Del estudio de estos minerales y de los datos sísmicos se deducen dos hipótesis:

• manto peridotítico, con una composición distinta de la corteza
• manto eclogítico, con una composición similar a la corteza pero con otra estructura de los minerales Las rocas del vulcanismo básico de los océanos hacen pensar que el manto se compone principalmente de peridotitas (rocas donde predominan los silicatos férricos y magnésicos, como el olivino, y menos ricas en sílice que la corteza continental). Sin embargo, hay otras rocas en la corteza, las eclogitas (formadas por piroxeno y granate en proporciones similares y pequeñas cantidades de otros minerales como olivino y diópsido) de composición muy parecida a la corteza pero con una estructura más densa, que podrían formar una parte del manto. El manto, salvo la parte superior, es suficientemente plástico como para que se produzca convección.

3.3.3. La corteza La corteza forma la capa externa de la parte sólida del planeta. Su origen se atribuye a las primeras fases de enfriamiento del planeta en las que los materiales se ordenaron por su densidad (diferenciación gravitacional) pero ha evolucionado mucho posteriormente. Se distinguen dos tipos de corteza: oceánica y continental. Corteza Oceánica. En la vertical, se distinguen tres capas: sedimentos, capa de coladas volcánicas y capa de gabros y peridotitos. Los sedimentos tiene un espesor muy variable, pero están presentes en casi toda la corteza oceánica. Proceden principalmente de la caída al fondo de restos orgánicos del plancton (en todo el océano) o de aportes desde los continentes (en las zonas próximas al litoral). La dos capas de materiales ígneos están formadas por materiales de composición basáltica (formados principalmente por olivino y algunas plagioclasas pobres en sílice). Estas rocas pueden ser basaltos en la capa superior y gabros y peridotitas en la inferior, que se diferencia más por el grado de cristalinidad que por la composición. En la horizontal puede hablarse de tres zonas principales: dorsales oceánicas, llanuras abisales y fosas oceánicas. Las dorsales oceánicas son elevaciones lineales donde hay un vulcanismo basáltico importante. Las llanuras abisales son llanuras interrumpidas por pocos relieves salvo edificios volcánicos. Las fosas oceánicas son depresiones alargadas que constituyen las zonas más profundas de los océanos. Corteza continental. Verticalmente pueden distinguirse dos capas separadas por la discontinuidad de Conrad , aunque esta distinción no es clara en todas partes. Aunque en la corteza continental hay sedimentos, no forman una cubierta contínua (o casi contínua) como en los océanos. Los sedimentos aparecen dispersos en cuencas interiores y en la cordilleras. La capa superior está formada por rocas sedimentarias, metamórficas e igneas. Predominan las rocas ricas en sílice y en alumino-silicatos, como granitos. En los libros más antiguos se llama a esta capa SIAL , por Silicio y Aluminio. La capa inferior está formada por rocas metamórficas de alto grado y rocas ígneas más básicas, como los gabros. En los libros más antiguos se llama a esta capa SIMA , por Silicio y Magnesio.

3.3.4. El concepto de litosfera y su importancia en la Geología moderna La litosfera está formada por la parte superior del manto (por encima de la Astenosfera o de la zona más plástica de éste) y la corteza. Ambas son relativamente rígidas y su dinámica parece estar bastante unida. Este hecho es fundamental para entender el concepto de Tectónica de Placas (TdeP) moderno. En la TdeP la parte exterior del planeta está formado por placas de litosfera que se mueve unas respecto a otras como consecuencia de la convección en el manto. La TdeP es fundamental porque explica casi todos los procesos globales de la parte sólida de la Tierra. Entre otras cosas, la TdeP demuestra que el concepto relativamente antiguo del ciclo de las rocas , de Hutton, tiene bastante sentido. El ciclo de las rocas propone que los materiales de la Tierra (aunque se refiere esencialmente a la litosfera) se reciclan constantemente a través de unos pocos procesos de los que Magmatismo, Metamorfismo, Erosión y Sedimentación son los principales. Un buen ejemplo de este ciclo puede verse en http://www.open2.net/sciencetechnologynature/worldaroundus/toolkit/rockcycle.html o en la Figura 14.

GEOLOGíA: 3. Estructura y composición de la Tierra – Juan D Centeno

Magma

Figura 14. Esquema simplificado del ciclo de las rocas Este ciclo es posible gracias al conjunto de procesos de formación y destrucción de litosfera que predice el modelo de TdeP que veremos más adelante.

3.3.5. La hidrosfera La hidrosfera es un rasgo distintivo de la Tierra (incluso después de que se haya encontrado agua en Marte). Los océanos constituyen el 71 % de la superficie terrestre y entre las aguas oceánicas y las continentales (superficiales o subterráneas) constituyen el 91 % del agua de la Tierra. El resto es agua incorporada a las rocas y los minerales. Para explicar la hidrosfera, resulta muy cómodo imaginarla como una serie de almacenes de agua interconectados por varios mecanismos de transporte o flujo. Esta idea se traduce en el ciclo hidrológico o ciclo del agua, que puede ver en la Figura 15.. Además, la Tabla 11 muestra los principales almacenes y procesos.

Figura 15. Ciclo del agua (Wikimedia Commons y USGS)

Tabla 11. Almacenes y flujos en el ciclo del agua. Según el U.S Geological Survey y Botkin & Keller, 1995 ALMACEN VOLUMEN % FLUJOS Océanos 1230000000 97, Glaciares (Criosfera) 28600000 2, Aguas subterráneas (hasta 800 m de profundidad

Lagos (de agua dulce) 123000 0, Atmósfera 127000 0, Ríos 1200 0, TOTAL 1262851200 100

Evaporación Advección Condensación Precipitación(lluvia)

Congelación Fusión Sublimación Escorrentía Infiltración

Roca metamórfica Roca ígnea

Roca sedimentaria Sedimento

Solidificación Fusión (cristalización)

Calor o presión Meteorización y transporte Meteorización y Calor o presión transporte Meteorización y transporte Litificación: Compactación y cementación