1.Fundamentos de Geologia Completo PDF

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Tema I: LA GEOLOGÍA Y EL PLANETA TIERRA 1.- ALCANCE Y RAMAS DE LA GEOLOGÍA La geología moderna tiene por objeto descifrar la evolución completa de la tierra y sus habitantes, desde los tiempos más antiguos cuyas huellas puedan descubrirse en las rocas, hasta la actualidad. Un programa tan ambicioso ...

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Tema I: LA GEOLOGÍA Y EL PLANETA TIERRA 1.1.-

ALCANCE Y RAMAS DE LA GEOLOGÍA

La geología moderna tiene por objeto descifrar la evolución completa de la tierra y sus habitantes, desde los tiempos más antiguos cuyas huellas puedan descubrirse en las rocas, hasta la actualidad. Un programa tan ambicioso exige una profunda subdivisión de esfuerzos, y en la práctica es conveniente dividir el tema en cierto número de secciones, donde se indique las principales relaciones entre la geología y otras ciencias principales (Fig. 1.1). Las palabras claves de las principales ramas son los materiales del armazón rocoso de la tierra ( mineralogía y petrología), y sus disposiciones, o sea, su forma, estructura e interrelaciones (geología estructural); los procesos geológicos o mecanismos de la tierra, por los que se producen cambios de todo tipo ( geología física); y finalmente la sucesión de estos cambios en el tiempo, o la historia de la tierra (geología histórica). La tierra está formada por una gran variedad de materiales, como aire, agua, hielo y organismos vivos, así como minerales y rocas, y los útiles depósitos de minerales metálicos y de combustibles que se asocian con aquéllos. Los movimientos relativos de estos materiales (el viento, la lluvia, los ríos, las olas, las corrientes y los glaciares; el crecimiento y movimientos de los animales y plantas; y los movimientos de materiales ardientes en el interior de la tierra, atestiguados por la actividad volcánica) ocasionan todos los cambios en la corteza terrestre y en su superficie. Los cambios comprenden la formación de nuevas rocas a partir de otras antiguas; estructuras nuevas en la corteza y nuevas distribuciones de mares y continentes, montañas y llanuras, y aún de tiempo y clima. El escenario actual es solamente la última fase de una serie variadísima e infinita de paisajes terrestres y marinos. La GEOLOGÍA FÍSICA estudia todos los agentes terrestres y procesos transformadores, así como los efectos por ellos causados. Esta rama de la geología no se reduce, como ya hemos visto, a la geomorfología. Se interesa principalmente en los mecanismos de la tierra, y en los resultados, pasados y presentes, de los varios procesos implicados, los cuales están aún operando activamente en la superficie terrestre o cerca de ella o en profundidad, donde no podemos verlo. De estos resultados son ejemplos importantes los cambios de posición de continentes y océanos, de montañas plegadas, dorsales y fosas oceánicas. Otros ejemplos son las estructuras de las rocas -como los pliegues- resultantes de los movimientos y deformación de la corteza terrestre. La tectónica, que estudia estas estructuras, es una parte importante de la geología estructural, la cual trata también de las formas y estructuras que caracterizan las rocas en el momento de formarse. Cambios de todas clases se han sucedido continuamente en el transcurso de la existencia de la tierra, es decir, durante unos 4600 millones de años. Para el geólogo, una roca es algo más que un agregado de minerales; es

una página de la autobiografía de la tierra, con una historia por descubrir con tal de que aquél llegue a leer la lengua en la que están escritos los datos. Dispuestas en orden apropiado, de la primera a la última (estratigrafía) y datadas, cuando es posible, mediante la determinación de la edad de los minerales y rocas radiactivos ( geocronología), estas páginas engloban la historia de la tierra. Además, es cosa ya bien sabida que muchas capas de rocas contienen los restos o las impresiones de conchas, huesos u hojas. Estos objetos se llaman fósiles, término que fue usado por primera vez por Agrícola (1494-1555) para designar cualquier cosa de interés excavada del suelo, incluyendo los minerales. Desde fines del siglo XVIII, sin embargo, el término se ha usado sólo para restos de animales y plantas que habitaron la tierra en tiempos pretéritos. La paleontología es el estudio de los restos de vida ancestrales, algunas de las cuales, al igual que ciertos tipos de algas marinas, se remontan a, por lo menos, 3000 millones de años. Así, vemos que la geología Histórica trata, no sólo de la secuencia de los hechos causados por la acción de los procesos físicos, sino también de la historia del largo proceso de la vida a través de las edades. La geología no está en modo alguno desprovista de importancia práctica en relación con las necesidades e industrias de la humanidad. Desde luego, la investigación de combustibles ha sido siempre un importante estímulo para el progreso geológico. A lo largo del siglo XVIII se fue reconociendo que el trabajo hecho por caballos, molinos de viento y turbinas se podía aumentar mucho utilizando la energía almacenada en el carbón. En la prospección del carbón, y más tarde en la de minerales de hierro y otros metales útiles, tuvo la geología su verdadero inicio, hace casi 200 años. En nuestro siglo, la investigación petrolífera, de uranio y otras fuentes de «combustible atómico» han llevado a nuevos esfuerzos geológicos. Al aumentar la demanda de combustibles, y con el agotamiento de las reservas de petróleo en tierra, la cooperación de los geofísicos ha dado como resultado el descubrimiento de gas y petróleo en las rocas de las plataformas continentales. GENERALIDADES DE LA TIERRA

EDAD Y ORIGEN DE LA TIERRA.La datación radiométrica ha permitido a los científicos calcular la edad de la Tierra en 4.650 millones de años. Aunque las piedras más antiguas de la Tierra datadas de esta forma, no tienen más de 4.000 millones de años, los meteoritos, que se corresponden geológicamente con el núcleo de la Tierra, dan fechas de unos 4.500 millones de años, y la cristalización del núcleo y de los cuerpos precursores de los meteoritos, se cree que ha ocurrido al mismo tiempo, unos 150 millones de años después de formarse la Tierra y el Sistema Solar (véase Sistema Solar: Teorías sobre el origen); es decir que 4.500 m.a. es la edad de la roca cristalizada, pero la tierra ya hacía 150 m.a. que se había formado.

Después de condensarse a partir del polvo cósmico y del gas mediante la atracción gravitacional, la Tierra habría sido casi homogénea y relativamente fría. Pero la continuada contracción de estos materiales hizo que se calentara, calentamiento al que contribuyó la radiactividad de algunos de los elementos más pesados. En la etapa siguiente de su formación, cuando la Tierra se hizo más caliente, comenzó a fundirse bajo la influencia de la gravedad. Esto produjo la diferenciación entre la corteza, el manto y el núcleo, con los silicatos más ligeros moviéndose hacia arriba para formar la corteza y el manto y los elementos más pesados, sobre todo el hierro y el níquel, sumergiéndose hacia el centro de la Tierra para formar el núcleo. Al mismo tiempo, la erupción volcánica, provocó la salida de vapores y gases volátiles y ligeros de manto y corteza. Algunos eran atrapados por la gravedad de la Tierra y formaron la atmósfera primitiva, mientras que el vapor de agua condensado formó los primeros océanos del mundo. Principales componentes de la esfera terrestre Si orbitaramos alrededor del planeta veríamos con mucha claridad que la porción más externa de La Tierra puede describirse como una bola rocosa (litosfera) parcialmente recubierta de agua ( hidrosfera) y todo ello dentro de una envoltura gaseosa ( atmósfera). A estas tres componentes físicas se debe adicionar una componente biológica ( biosfera) ya que se trata de un planeta habitado. La atmósfera es la capa de gases y vapor de agua que envuelve a la tierra. Desde la superficie de la tierra hasta una altura cercana a los 80 kilómetros la composición química de la atmósfera es notoriamente uniforme en la proporción de los gases que la constituyen. La misma está caracterizada por una mezcla de nitrógeno y oxígeno con participación menor de vapor de agua, anhídrido carbónico y gases inertes como el argón. Su importancia geológica radica en que la atmósfera constituye el medio en el cual se manifiestan la radiación solar, el viento, la lluvia, las nubes y la nieve; todos ellos fenómenos climáticos que interactúan directamente con las porciones rocosas más externas del planeta. La hidrosfera incluye los océanos, mares, ríos, lagos y glaciares. Cubre la tierra casi en un 70% de su superficie. Sin embargo bajo tierra, a pocos centenares de metros, los intersticios y fisuras de las rocas están también ocupados por agua concentrada en manantiales y pozos. De ese modo, un manto de agua subterránea se desarrolla alrededor de la tierra en forma aproximadamente continua, saturando las rocas en continentes y océanos. La biosfera abarca tanto los grandes bosques, praderas y desiertos con su notoria diversidad de faunas y floras, como los extensos ambientes marinos en los que habitan algas, arrecifes coralinos, moluscos, peces, mamíferos y una gran variedad de microorganismos. La importancia geológica de la biosfera no sólo esta en la interrelación directa que existe entre las propiedades físico-químicas del sustrato y las características de la forma de vida que soporta; sino también en la localización y abundancia de productos tales como carbón, petróleo, gas natural, oxígeno, calizas, etc.

Como parte de la litosfera, la corteza es una delgada capa rocosa situada en la porción más externa de la tierra sólida. Su espesor varía entre los 7 km que presentan algunos sectores oceánicos y los 70 km que se registran en las cadenas montañosas más elevadas en los continentes. Estos cuatro componentes no actúan de modo independiente, sino que intercambian materia y energía por medio de variados fenómenos y procesos que transforman a la esfera terrestre en un gran ecosistema.

De lo mencionado queda expresado que un ecosistema puede ser considerado como un sistema de mayor escala, el que esta integrado por sistemas o subsistemas naturales de menor escala. Así, el planeta Tierra puede ser considerado un gran ecosistema el cual a su vez esta conformado por diversos sistemas de menor jerarquía como son la hidrosfera, la atmósfera, la litósfera y la biosfera en interacción contínua. Por lo tanto, los distintos componentes de la esfera terrestre definidos al principio del presente capítulo pueden ser reunidos en los siguientes sistemas o subsistemas que muestra la figura 3.

HIDROSFERA

LITOSFERA

ATMOSFERA

BIOSFERA

ANTROPOSFERA

Sistema antrópico

sistema geológico-

sistema

geomorfológico

climático ECOSISTEMA TIERRA

sistema

sistema

biogeográfico

hidrológico

figura 3: PRINCIPALES SISTEMAS COMPONENTES DEL ECOSISTEMA TIERRA.

 Sistema geológico-geomorfológico: se refiere a las rocas, sedimentos y formas de relieve la superficie terrestre resultantes de la acción de un conjunto de procesos naturales que modelan el relieve planetario. Se considera relevante la relación entre este sistema y los sistemas climático e hidrológico. Ello se debe a que el sistema geomorfológico por definición es un sistema abierto. Significa que intercambia energía y materia con los medios aledaños a través de los limites que los pone en contacto. Así, la principal fuente de energía de la que se sirve el sistema para funcionar sería la energía solar, seguida por la rotación de la tierra y otras fuentes mas localizadas como la energía geotérmica, los fenómenos tectónicos, etc.

 Sistema climático: se refiere a todos los fenómenos y procesos físicos y químicos que tienen lugar en la atmósfera durante un período prolongado y que afectan por lo tanto una determinada porción de la superficie terrestre.  Sistema hidrológico: se refiere fundamentalmente al comportamiento de las aguas continentales, tanto superficiales como subterráneas y de su vinculación con los climas, formaciones vegetales, suelos y formas de relieve.  Sistema biogeográfico: comprende las características relacionadas con los elementos fitogeográficos y zoogeográficos presentes en la superficie terrestre, los que están estrechamente vinculados con las características climáticas y edafológicas de una región. En síntesis, la interacción de todos estos sistemas condiciona el comportamiento del sistema natural de mayor escala (ecosistema, medio ambiente). Sin embargo, debe recordarse que la actividad humana, cuando existe, puede convertirse en un factor relevante que altera y modifica el funcionamiento de los procesos que caracterizan los distintos sistemas naturales. Es allí donde la geografía física encuentra su integración con la rama social de la geografía. Por ello, algunos autores, como Pech y Regnault (1997), adicionan a litosfera, hidrosfera, biosfera y atmósfera una quinta componente que denominan antropósfera , la que bajo la teoría de sistemas esbozada más arriba debería corresponder a un quinto sistema que aquí denominaremos informalmente sistema antrópico.

TIEMPO GEOLÓGICO.El tiempo geológico lo podemos pensar de dos maneras una relativa y otra absoluta 

Tiempo absoluto.-

El tiempo absoluto mide el evento geológico, nos dice si este tuvo lugar hace unos cuantos miles de años, hace mil millones de años, o en alguna fecha mas lejana. Nosotros usamos el año, que es el tiempo en que la Tierra da un circuito alrededor del Sol. En geología sin embargo, el problema consiste en determinar cuantas de estas unidades de tiempo transcurrieron en el pasado cuando no existía quien los contara. Las velocidades de desintegración de los minerales radiactivos nos proporcionan una solución a este problema. Radiactividad: Los núcleos de ciertos elementos emiten partículas espontáneamente, y al hacerlo producen nuevos elementos 

Tiempo relativo.-

Al situar eventos geológicos en orden cronológico, estamos subdividiendo el tiempo geológico sobre una base relativa, usando ciertas marcas para indicar el tiempo relativo. El tiempo geológico relativo ha sido determinado, en gran parte, por la posición relativa de las rocas sedimentarias, ya que una capa sedimentaria representa cierta cantidad de tiempo La ley de superposición: En una serie de rocas sedimentarias que no hayan sido volcadas, la capa mas alta es siempre la mas joven y la capa mas baja es siempre la mas antigua. ESCALA DEL TIEMPO GEOLÓGICO Edad (Ma)

Era

Periodo

0.01-0

Holoceno

1.8-0.01

Cuaternario

5.3-1.8 23.7-5.3

Época

Pleistoceno Plioceno

Cenozoico

36.6-23.7

Mioceno Terciario

Oligoceno

57.8-36.6

Eoceno

66.4-57.8

Paleoceno

144-66.4 208-144

Cretácico Mesozoico

Jurásico

245-208

Triásico

286-245

Pérmico Carbonífero (Mississípico y Pensilvánico)

360-286 408-360

Paleozoico

Devónico

438-408

Silúrico

505-438

Ordovícico

570-505

Cámbrico

2500-570

Proterozoico

2500

Arqueozoico

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LA TIERRA

FORMA Y TAMAÑO DE LA TIERRA.El primer viaje de circunnavegación, comenzado en Sevilla por Magallanes en 1519, y acabado en la misma ciudad por Elcano en 1522, estableció sin disputa que la tierra es un globo. Actualmente es posible circunnavegar la tierra y fotografiar su superficie desde alturas en las que es bien patente la curvatura de la tierra. Pitágoras (hacia 530 a.C.) fue probablemente el primero en considerar que la tierra podía ser una esfera. Observando cómo se acercaban los buques desde el horizonte primero los palos y las velas y después el casco- comprobó que la superficie del mar no era plana, sino curvada. Sin embargo, la tierra no es exactamente esférica. También fue Newton el primero en demostrar que, a causa de la rotación de la tierra, su materia se encuentra afectada, no sólo por la gravitación hacia el interior, sino también por una fuerza centrífuga hacía el exterior, que alcanza su máximo en el ecuador. Dedujo la existencia de un abombamiento ecuatorial, donde el valor aparente de la gravedad era más reducido, y en compensación, un achatamiento polar, en el que la fuerza centrífuga se iba desvaneciendo, hasta hacerse muy pequeña. Resumiendo: de acuerdo con los datos deducidos desde satélites, si la superficie terrestre estuviera en todas partes al nivel del mar, su forma -el geoide o figura de la tierra- sería muy aproximada a la de un elipsoide de rotación (o sea, un esferoide oblado), con un eje ecuatorial 42,8 km más largo que el eje polar. De estos datos se sabe que el eje polar es ligeramente más largo desde el centro de la tierra al polo norte, que desde el centro al polo sur, y que actualmente se describe como en forma de pera. Sin embargo, la desviación de forma respecto a la de un esferoide oblado es muy pequeña. Pero, entonces, ¿cómo es que la tierra no posee exactamente la forma de un esferoide? La razón está en que las rocas de la corteza no tienen en todas partes la misma densidad. Como el abombamiento ecuatorial es una consecuencia del valor relativamente bajo de la gravedad alrededor de la zona ecuatorial, se deduce que habrá también abombamientos en los demás lugares donde la gravedad sea relativamente baja; es decir, donde la parte externa de la corteza se componga en gran parte de rocas siálicas livianas. Estos lugares son los continentes. En cambio, en donde la parte externa de la corteza se compone de rocas pesadas, la gravedad es relativamente alta y la superficie será, por consiguiente, deprimida. Estas regiones son las cuencas oceánicas. La tierra tiende continuamente hacia un estado de equilibrio gravitacional. Si no existieran la rotación ni ninguna diferencia lateral en la densidad de las rocas, la tierra sería una esfera. Como resultado de la rotación, se convierte en esferoide. Como consecuencia, además, de las diferencias de densidad y espesor en las rocas de la corteza y en el manto subyacente, los continentes, las cordilleras y las cuencas oceánicas son irregularidades superpuestas a la superficie del esferoide. La Tierra no es una esfera perfecta sino que tiene forma de pera. Cálculos basados en las perturbaciones de las órbitas de los satélites artificiales

revelan que la Tierra es una esfera imperfecta porque el ecuador se engrosa 21 km; el polo norte está dilatado 10 m y el polo sur está hundido unos 31 m. LAS ZONAS EXTERNAS DE LA TIERRA La tierra puede describirse físicamente como una bola rocosa (la corteza), parcialmente recubierta de agua (la hidrosfera) y todo ello dentro de una envoltura gaseosa (la atmósfera). A estas tres zonas físicas es conveniente añadir una zona biológica (la biosfera). El sistema, corteza, atmósfera e hidrosfera se suelen considerar como un sistema cerrado, o sea, estabilizado. Esto significa que si un miembro del sistema tiene pérdidas se compensa con adiciones en los demás. Sólo el helio y el hidrógeno son suficientemente livianos para escapar del sistema. 

Atmósfera.-

La atmósfera es la cubierta gaseosa que rodea el cuerpo sólido del planeta. Aunque tiene un grosor de más de 1.100 km, aproximadamente la mitad de su masa se concentra en los 5,6 km más bajos. Es la capa de gases y vapor de agua que envuelve a la tierra. Está constituida esencialmente por una mezcla de nitrógeno y oxígeno, con cantidades menores de vapor de agua, anhídrido carbónico y gases inertes, como el argón. Geológicamente, tiene importancia por ser el medio donde se manifiestan el clima y el tiempo, el viento, las nubes, la lluvia y la nieve. 

Hidrosfera.-

Comprende todas las aguas naturales del exterior de la tierra. Los océanos, mares, lagos y ríos cubren alrededor de las tres cuartas partes de su superficie. Pero no es esto todo. Bajo tierra, en una extensión de unos pocos centenares de metros, en algunos lugares, los intersticios y fisuras de las rocas están también ocupados por el agua. Tal agua subterránea, como se llama, se concentra en manantiales y pozos, y algunas veces apar...