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GEOLOGÍA
El Sistema Tierra y su origen. Métodos de estudio en
Geología.
Introducción:
La Tierra es un sistema complejo formado por varios subsistemas que interacciónan entre sí y por tanto, no son independientes. El concepto de sistema nos facilita el estudio separado de sus componentes.
Subsistemas:
- Atmósfera : capa gaseosa de la Tierra. Es la más eterna y densa.
- Biosfera : conjunto de seres vivos del planeta Tierra y el medio físico que les rodea.
- Hidrosfera : formado por todo el agua que se encuentra bajo y sobre la superficie terrestre.
- Litosfera : constituye toda la Tierra sólida. En geología, litosfera se refiere solo a lo superficial, ya que es lo que interacciona. Da lugar a los principales procesos geológicos. Interacciona con: -Atmósfera: produce alteraciones en las rocas (meteorización) -Hidrosfera: produce efectos sobre rocas, hielo, etc. -Biosfera: -Litosfera: formación de rocas, metamorfismo, etc. (Ciclo de las rocas)
El método científico en Geología:
La geología estudia sistemas complejos y heterogéneos de diferentes escalas temporales y espaciales, con frecuencia irrepetibles en el laboratorio. Consta de pocas leyes universales. Se forman teorías o hipótesis basándose en modelos a escala o analógicos, resultando teorías estables que aguantan el paso del tiempo. El método fundamental utilizado en Geología es el Actualismo (interpreta el pasado a través del presente) La Geología actual se basa en el paradigma de la Tectónica de placas (años 60-70)
ACTUALISMO
Actualismo
Interpretamos el registro a través de los procesos vistos en la actualidad. Sin embargo, surgen dificultades como:
- Eventos del pasado que han ocurrido y no se ven en el presente (como impactos de meteoritos que causan cráteres -> analógicos)
- Hay rocas en el registro que no se forman en la actualidad (como formaciones del hierro bandeado)
- Hay rocas que no se forman porque las condiciones no se dan.
- Los procesos ocurren a grandes profundidades que no podemos estudiar.
- Los procesos se producen tan lentamente que no lo apreciamos (tiempo ecológico ≠ tiempo geológico)
Formación de Hierro Bandeado
El origen del Universo:
El universo se expande. El origen de nuestro universo está en una gran explosión: “Big-Bang”. Su edad aproximada es de 13. millones de años.
El origen del Sistema Solar:
Deriva seguramente de una nebulosa que empezó a contraerse y a girar (no se sabe el motivo de su rotación) Algunos dicen que depende de factores externos como la explosión de una supernova cercana. Hace unos 5.000 millones de años que comenzó a contraerse y rotar. En el Sistema Solar, los elementos químicos se forman por fusión. Muchos se crean en los primeros minutos, y otros a lo largo del tiempo en las estrellas. En estrellas como el Sol se forman por ejemplo el Helio pero para formar compuestos más pesados o complejos se necesitan supernovas. El hierro podía ser todo primigenio, pero era bastante y por eso se cree que su explosión (ya que se formó en supernovas) produjo la rotación de la nebulosa. La mayoría de la masa formó un protosol en el centro, básicamente de H y el resto (H y He con cantidades más pequeñas de elementos pesados: Si, Fe, Mg, Al, Ca y otros) formó un disco alrededor. Con el tiempo, se enfrió y el gas comenzaría a condensarse, pero la condensación era diferente: primero los elementos más pesados (óxidos de Al y Ca y Fe y Ni. Son minerales muy duros que se forman
En la Tierra también hay cráteres de meteoritos pero no tantos en otros planetas, debido a que tiene procesos de renovación litosférica. Este proceso también ocurre en Venus y Marte.
Cráter en la Tierra
Historia de la Luna:
Se formó como consecuencia del impacto de un cuerpo del tamaño de Marte. Los fragmentos resultantes de la colisión formaron la Luna sin los elementos más pesados (Fe) ni los más ligeros (H 2 0, CO 2 , etc.) Se distinguen dos zonas: -Highlands: zonas más antiguas (> 4.400 m.a) Son zonas claras (feldespatos) -Maria: zonas más modernas (3.500-3.800 m.a) Zonas oscuras.
Historia de la Tierra:
El gran bombardeo meteorítico provocó un aumento de la temperatura y una fusión parcial en las zonas superficiales de los planetas interiores. Además, se produjo una fusión profunda provocada por la gran cantidad de desintegraciones radioactivas. Las otra fuente de calor tiene su origen en la decantación por densidades (el hierro fue al fondo para formar el núcleo. Las más densas formaron el manto, y las más ligeras contribuyen a la formación de la corteza)
Origen de las capas fluidas:
La liberación de una cantidad de gases y volátiles formaron la protoatmósfera. Al enfriarse se produce la condensación del agua en grandes masas, formando océanos. Hay rocas en la corteza (algunas de probable origen marino) de hace 3.800 m.a. Una vez formadas estas capas fluidas, comienzan los procesos geológicos propiamente dichos. Venus no tiene océanos porque no se condensó, la temperatura no descendió lo suficiente. En Marte seguramente se formaría un océano incluso antes que en la Tierra. Al ser tan pequeño, se fue evaporando y perdiendo.
Origen de la vida:
En la Tierra, la vida aparece muy pronto (3.000-3.500 m.a) Cuando se estabiliza en la Tierra la atmósfera, la hidrosfera y la vida, comienza la Tierra geológica.
Composición de la Tierra:
La Tierra sólida está estructurada en minerales.
La curva cósmica relata la abundancia de elementos químicos en el universo. Los más abundantes son los más ligeros. El zig-zag en la curva tiene que ver con la estabilidad de los elementos (los números pares son más estables que los impares) La mayor parte de los minerales están formados por los ocho elementos químicos (Fe, O, Si, Mg, Ca, Al, Na y K. Los ocho fantásticos) Son los más abundantes. El H se encuentra fundamentalmente en las estrellas y el He en Júpiter y en el Sol. El helio es abundante en el universo pero no el la Tierra. El carbono y nitrógeno son escasos en la Tierra. Se encuentran formando el hielo del sistema solar (NH3, CH4 y H20) El hierro en la corteza no es tan abundante, ya que está prácticamente en el núcleo, al igual que el níquel (la mayor parte de este último procede de los meteoritos) El más abundante es el oxígeno.
¿Qué es un mineral?
- Es un sólido homogéneo
- Natural
- Sustancia inórganica
- Posee una estructura atómica ordenada
- Tiene una composición química definida o que varía entre límites establecidos: Olivino -> SiO 4 (Mg, Fe) (^2)
- Se forman por unión de elementos que siguen las reglas de la química. Existen distintos tipos de enlace: iónico, metálico y fuerzas de Van der Waals.
Estructura atómica:
La materia es cristalina. Casi todas las sustancias sólidas tienden a ordenarse, formando estructuras cristalinas con ángulos y medidas determinadas. La estructura condiciona las propiedades de los minerales. Ejemplos: la estructura cúbica condicionará a que se rompa por las zonas más débiles formando cubos. (Como el grafito, de fácil exfoliación por las fuerzas de Van der Waals o el diamante con igual composición pero más duro debido a los enlaces covalentes)
Dureza:
Silicatos:
Elementos más abundantes de la corteza terrestre. La mayor parte de la tierra, excluyendo el núcleo, son silicatos.
- Normales: fallas con desplazamiento vertical. Se forman por distensión (tirando de la roca) En las fallas normales, el bloque hundido está por encima del plano de falla.
- Inversas: fallas con desplazamiento vertical. Asociadas a compresión (empujando la roca) En las fallas inversas, el bloque levantado está por encima del plano de falla.
- De desgarre: fallas en las que el desplazamiento dominante es horizontal y paralelo a la dirección de la superficie de la falla.
Cabalgamientos: asociaciones de pliegues y fallas. Primero se forma un pliegue, y luego una falla. Es un esfuerzo asimétrico. Son a pequeña escala.
Diaclasas:
Son fracturas a lo largo de las cuales no se ha producido un desplazamiento apreciable. Las diaclasas columnares se forman cuando las rocas ígneas se enfrían y se desarrollan fracturas de retracción que producen columnas alargadas en forma de pilares. Pero la mayoría de las diaclasas se producen cuando se deforman las rocas de la corteza más externa. Pueden darse por esfuerzos tensionales y cizallamiento asociado con los movimientos de la corteza o a levantamientos y hundimientos regionales. Las diaclasas juegan un importante papel en la meteorización de las rocas puesto que el agua puede meterse entre estas fracturas y producirse meteorización física por gelifracción.
Mantos de corrimiento: desplazamiento grande de más de decenas de kilómetros (Por ejemplo: los Pirineos y el Valle de Ordesa)
LA TECTÓNICA DE PLACAS
A principios del siglo XX comenzó una revolución sobre el pensamiento que se tenía de los continentes. De esto fue responsable
una propuesta sencilla de que los continentes derivaban sobre la superficie de la Tierra. Las evidencias de que esto ocurre son: -El encaje de la dorsal oceánica, así como de los continentes y de algunas cadenas montañosas como los Apalaches, las montañas de Noruega y las de Irlanda (al cerrar el océano Atlántico puede verse como encajan y el tipo de formación es el mismo) -Evidencias fósiles: la distribución de ciertos fósiles llevan a pensar que en la antigüedad los continentes estuvieron unidos, puesto que se han encontrado los mismos fósiles en diferentes continentes (como Sudamérica y África) Pero no fue hasta los años 70 que esta teoría terminó de aceptarse y completarse. Se debió gracias a la deriva polar. La deriva polar: algunos minerales ricos en hierro sirven de “brújulas fósiles”, puesto que en función de la temperatura a la que se hayan calentado pueden registrar la localización de los polos magnéticos. Se observó que el alineamiento magnético de los minerales ricos en hierro de las coladas de hierro de diferentes épocas variaba mucho. La explicación a esto es que los polos magnéticos se hayan desplazado a lo largo del tiempo, o como es más lógico, que los continentes se hayan desplazado. Otra idea revolucionaria fue la de la expansión del fondo oceánico. El fondo oceánico es mucho más joven que el continental. Esto se explicó mediante una teoría en la que se propone que las dorsales oceánicas son lugares de ascenso del manto. A medida que el material procedente del manto asciende, éste se expande lateralmente por el fondo oceánico a ambos lados de las dorsales expandiéndose así los fondos oceánicos. Además, las fosas oceánicas son lugares donde la corteza oceánica vuelve al interior de la Tierra. De esta manera, la corteza oceánica va formándose y consumiéndose de forma gradual. Estos avances científicos permitieron desarrollar una teoría más completa y sólida: la tectónica de placas.
Se sabe que la corteza está “dividida” en dos tipos: -Corteza oceánica: compuesta por basalto y gabro. Es mucho más reciente que la corteza continental, puesto que tiene tan solo 180 m.a. -Corteza continental: tiene más de 1.700 m.a. Su composición es félsica, en su mayoría granitos y gneises. La zona más antigua de la corteza continental son los cratones, mientras que las zonas más modernas de la corteza continental son los orógenos (coinciden con las montañas más altas). El conjunto de ambas cortezas y el manto superior forman la litosfera. Esta litosfera está fracturada en placas, las cuales están en movimiento y cambian de forma y tamaño. El movimiento de las placas hace que interaccionen unas con otras en los llamados bordes de placas. Hay tres tipos, y en ellos se general terremotos, volcanes y se deforman grandes masas de roca en las montañas.
