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tema 3, el cual trata sobre los materiales terrestres. Profesora: Marta Ceballo...

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FUNDAMENTOS DE CIENCIAS DE LA TIERRA

BLOQUE 3 Materiales terrestres CURSO 2018-2019

FUNDACIÓN SAN PABLO ANDALUCIA CEU

Bloque 3 Materiales terrestres GP114 Fundamentos de Ciencias de la Tierra

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Bloque 3. Materiales terrestres. Minerales y rocas. Fósiles. 3.1. Minerales 3.1.1. Concepto de mineral 3.1.2. Minerales: composición química y estructura cristalina 3.1.3. Isomorfismo y polimorfismo 3.2. Rocas 3.2.1. Concepto de roca 3.2.2. El ciclo de las rocas 3.2.3. Tipos de rocas 3.3. Fósiles. Historia de la vida en la Tierra

Las rocas son el ingrediente principal de la Tierra. Casi todo lo que hay bajo nuestros pies es roca. Puede que a veces no la veamos porque esté enterrada, pero siempre está ahí. Las rocas están llenas de sorpresas y de secretos. Nos proporcionan piedras preciosas, oro y recursos como el hierro o el vidrio, y escrita en piedra está la fascinante historia de la vida sobre la Tierra, conservada en forma de fósiles.

3.1. MINERALES La corteza terrestre es fuente de una gran cantidad y variedad de minerales esenciales y útiles para el ser humano. Casi todo el mundo sabe que el cobre se utiliza para hacer cables eléctricos o que el oro se emplea en joyería, pero no tanta gente sabe que la base de muchos productos cosméticos, el talco, es otro mineral pulverizado, o que el cuarzo es el principal ingrediente del cristal (vidrio) de nuestros vasos y ventanas; que los usamos para construir nuestras casas y coches, para hacer calculadoras y televisores, para lavarnos los dientes y la ropa, para cocinar y para comer con ellos. Incluso el papel que usamos para escribir contiene minerales. Probablemente cualquier cosa de nuestras casas que no sea de origen animal o vegetal está hecha con minerales.

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3.1.1. Concepto de mineral Podemos definir un mineral como un sólido inorgánico natural que posee una estructura interna ordenada y una composición química definida. Si un material cumple todas esas propiedades excepto la estructura cristalina definida, hablamos de mineraloide. Son ejemplos de mineraloides el ópalo, la obsidiana y la piedra pómez.

3.1.2. Minerales: composición química y estructura cristalina Si profundizamos en la definición de mineral, esta nos lleva a los conceptos de cristal y de materia cristalina, que veremos en la práctica 3 de Geología (ver protocolo). Aquí recordaremos que la materia está constituida por elementos químicos, la mayor parte de los cuales se combinan unos con otros para formar compuestos. Cuando los elementos geoquímicos (que forman la corteza terrestre) se combinan entre sí, forman la materia mineral, los minerales. Según su organización interna, en la naturaleza distinguimos dos tipos de materia: -

Amorfa: Cuando los átomos y moléculas que forman la materia se sitúan en el espacio de una forma desordenada.

-

Cristalina: Cuando los átomos y moléculas se ordenan en el espacio según formas geométricas definidas.

En algunos casos la materia mineral no solo presenta una estructura cristalina internamente, sino que también la presenta externamente, manifestándose en una forma poliédrica más o menos perfecta: el cristal. La forma y el tamaño de los cristales depende fundamentalmente del espacio que hayan tenido para desarrollarse (a mayor espacio, más perfecta será su forma y estructura) y del tiempo (cuanto más lentamente se forme el cristal, más grande y perfecto será). En la naturaleza los cristales se forman por alguno de estos procesos (en la práctica de laboratorio reproduciremos uno de ellos): -

Solidificación de materiales fundidos de magma (así se forman los cristales de cuarzo, mica y ortosa en los granitos)

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Sublimación inversa, es decir, el paso directo de gas a sólido (así se forman los cristales de azufre a partir de los gases emitidos por las fumarolas volcánicas).

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-

Precipitación de una disolución saturada (así ocurre con los cristales de sal en las salinas).

-

Formación de un precipitado a partir de ciertas reacciones químicas.

Actividad 3.1: Cuestionario de minerales Tras consultar detenidamente la bibliografía disponible, responder al cuestionario disponible en moodle.

3.1.3. Isomorfismo y polimorfismo Como hemos visto, un mineral está caracterizado fundamentalmente por su composición química y su estructura (además de ser natural, sólido e inorgánico). Atendiendo a estos dos aspectos, cada mineral es diferente de cualquier otro, pero pueden darse dos situaciones: a)

se llama minerales isomorfos a Por ejemplo, la halita (NaCl) y la galena (PbS) presentan una red interna cúbica, aunque su composición es totalmente diferente, ya que la halita contiene sodio (Na) y cloro (Cl) y la galena plomo (Pb) y azufre (S).

Halita

b)

Galena

se denomina minerales polimorfos a aquellos que tienen la misma composición química pero distinta estructura cristalina, lo que hace que sus propiedades físicas puedan variar enormemente. Su existencia se debe a la posibilidad de que sus moléculas se combinen de modo diferente según las condiciones de presión y temperatura durante su proceso de formación. Este es el caso del grafito (muy blando) y el diamante (muy duro) ambos formados por carbono puro (C); o el de la calcita y el aragonito formados por carbonato cálcico (CaCO3).

Grafito

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Diamante

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3.2. ROCAS 3.2.1. Concepto de roca Se puede definir una roca como un agregado de uno o más minerales. El término “agregado” implica que dichos minerales aparecen mezclados de tal manera que mantienen sus propiedades individuales. La mayoría de las rocas están formadas por varios minerales; sin embargo hay algunas, como la calcita, constituidas por masas de un único mineral con impurezas.

3.2.2. El ciclo de las rocas El ciclo de las rocas es una forma de ver muchas interrelaciones en geología. Muestra el origen de los tres tipos básicos de rocas (ígneas, sedimentarias y metamórficas) e ilustra cómo diferentes procesos geológicos transforman unas en otras. Veremos cómo este ciclo, que dura cientos de millones de años y está íntimamente relacionado con lo que estudiamos en el tema anterior sobre tectónica de placas, de manera que al ir desarrollándolo deberemos tener presente la dinámica de las placas litosféricas. Por otra parte, como acabamos de decir, se trata de un ciclo muy lento, lo que nos lleva a considerar la cuestión del tiempo geológico, que desarrollaremos al final de este bloque. Las rocas ígneas se forman cuando los materiales fundidos de las profundidades de la Tierra (el magma) se enfrían y solidifican. Este proceso, llamado cristalización, puede ocurrir en la superficie de la Tierra (y se forma por ejemplo basalto), o por debajo de la superficie (y se forma granito, por ejemplo). Cuando las rocas ígneas quedan expuestas a la superficie, experimentan meteorización, un proceso en el que por acción de la atmósfera se desintegra y descompone lentamente la roca. Los fragmentos resultantes pueden desplazarse por efecto de la gravedad, y también ser transportados por distintos agentes erosivos, como los ríos, los glaciares, el viento o las olas. Finalmente, estas partículas y sustancias disueltas, llamadas sedimentos, quedan depositadas en las llamadas cuencas sedimentarias. A continuación, los sedimentos sufren un proceso de diagénesis o litificación, es decir, se convierten en roca. Esto puede suceder bien por compactación (por el peso de las sucesivas capas de sedimentos) o bien por cementación (cuando el agua va percolando y rellenando los huecos del sedimento con minerales, haciendo que las partículas vayan quedando gradualmente cementadas formando una roca). Este proceso de litificación de los sedimentos da lugar a rocas sedimentarias, como la arenisca, el esquisto y los conglomerados. Si las rocas sedimentarias, por efecto de la tectónica de placas, son enterradas a gran profundidad, quedan sometidas a grandes presiones y elevadas temperaturas. Cualquier roca sujeta a estas condiciones (grandes presiones y/o temperaturas), se transforma en el tercer tipo de roca: las rocas metamórficas. Cuando las rocas que se encuentran en

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ambientes metamórficos a elevadas temperaturas se ven expuestas a fuerzas direccionales, se pliegan con facilidad. Si las rocas metamórficas se ven sometidas a más cambios de presión o a temperaturas aún mayores, acaban fundiéndose, dando lugar de nuevo a magma, que por cristalización formará rocas ígneas.

Como hemos visto, las rocas se transforman de un tipo en otro en un ciclo sin fin. Sin embargo, los materiales terrestres no siempre siguen el camino descrito más arriba, y es igual de probable que en distintos momentos sigan caminos alternativos. Por ejemplo, cuando las rocas sedimentarias o las metamórficas quedan expuestas a la superficie, también están expuestas al proceso de meteorización y producen sedimentos que por diagénesis formarán nuevas rocas sedimentarias. Y cuando las rocas ígneas se ven sujetas a las presiones y temperaturas de las grandes profundidades, se deforman generando rocas metamórficas. https://youtu.be/aCmhGI6oZn4 (Gea y la formación de las rocas) FUNDACIÓN SAN PABLO ANDALUCIA CEU

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3.2.3. Tipos de rocas Veremos a continuación más en detalle los tres grandes tipos de rocas: ígneas, sedimentarias y metamórficas. a) Rocas sedimentarias: Se forman en la superficie de la corteza terrestre por un proceso de diagénesis (como vimos más arriba, proceso de transformación de los sedimentos en roca por compactación y cementación). Pueden ser de tres tipos: •

Rocas detríticas: se forman por procesos de erosión, sedimentación y transporte de granos de mineral y rocas de distintos tamaños por acción del agua, el hielo o el aire, ayudados por la fuerza de la gravedad. Ejemplos de rocas sedimentarias detríticas son los conglomerados, areniscas y lutitas.

•

Rocas orgánicas: se forman cuando junto con los sedimentos inorgánicos se acumulan restos de organismos marinos (fundamentalmente plancton) que no llegan a descomponerse por falta de oxígeno. La acumulación de nuevas capas de sedimento hace que aumente la temperatura de las capas que contienen materia orgánica, que empiezan a transformarse y dan lugar a una roca sedimentaria orgánica: el petróleo.

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Rocas químicas: se forman en la propia cuenca de sedimentación (no por transporte de materiales) a partir de la disolución de componentes químicos disueltos en el agua. Ejemplos de rocas sedimentarias químicas son la caliza (por disolución de las conchas y caparazones de animales marinos que contienen carbonato cálcico) y el yeso (por precipitación de sulfato cálcico disuelto en aguas estancadas).

b) Rocas metamórficas: se forman por metamorfismo de rocas preexistentes (de cualquiera de los tres tipos). El metamorfismo consiste en que variaciones en la presión y/o temperatura, producen transformaciones en la roca original que afectan tanto a su textura como a sus minerales. Hay una gran variedad de rocas metamórficas, ya que el resultado final depende por una parte de las condiciones de presión y temperatura y por otra del tipo de roca original sometida a metamorfismo. Ejemplos de rocas metamórficas son las pizarras, que proceden de rocas sedimentarias arcillosas, o el mármol, que procede de rocas calizas. c) Rocas ígneas: se forman por la solidificación o cristalización de magmas. La composición y características finales de la roca vienen determinadas por la composición química del magma, la forma en que viaja por la corteza terrestre y la velocidad de enfriamiento. Hay dos grandes grupos de rocas ígneas:

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Rocas plutónicas: el magma asciende lentamente por la corteza y en su ascenso funde parte del material continental, incorporándolo. A medida que sube, el magma se enfría lentamente y se hace más viscoso hasta que no puede subir más y se emplaza a una determinada profundidad, generándose así una roca ígnea plutónica (por ejemplo, el granito).

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Rocas volcánicas: el ascenso del magma se produce rápidamente, sale al exterior formando coladas de lava y el material se enfría bruscamente. Los minerales tienen poco tiempo para formarse (y son por tanto muy pequeños) o incluso se forma un vidrio, la obsidiana, que es una sustancia amorfa, sin estructura cristalina. Ejemplos de rocas ígneas volcánicas son el basalto y la pumita (piedra pómez).

Actividad 3.2: Clave dicotómica Tras consultar detenidamente la bibliografía disponible, proponer criterios de clasificación para elaborar una clave dicotómica que permita identificar las rocas del listado. Granito, pizarra, piedra pómez, arenisca, caliza, obsidiana, mármol y yeso.

3.3. FÓSILES. HISTORIA DE LA VIDA EN LA TIERRA Como comentábamos al introducir el ciclo de las rocas, igual que al hablar de la dinámica de las placas tectónicas, estos son procesos muy lentos, que abarcan millones, incluso cientos y miles de millones de años, lo que nos obliga a considerar una escala de tiempo diferente de la cotidiana para referirnos a los fenómenos terrestres y a la historia de la vida asociada a ellos. Los geólogos han establecido una escala de tiempo geológico, dividiendo y subdividiendo los 4.500 millones de años de nuestro planeta en intervalos de tiempo de distintas magnitudes. Es la escala de tiempo geológico, que nos proporciona un marco de referencia tanto para ordenar los acontecimientos que ha vivido el planeta como para conocer las edades de sedimentos y fósiles. La escala del tiempo geológico se lee de abajo arriba, de lo más antiguo a lo más moderno, y no está dividida a intervalos exactamente regulares, como sucede con otras magnitudes físicas; las eras o los períodos no tienen todos exactamente la misma duración, porque lo que marca el paso de una era a otra o de un período al siguiente son precisamente los acontecimientos en la historia de la vida y del planeta. La primera división del tiempo geológico es en eones. Hace 540 millones de años comienza el Fanerozoico (en griego, “vida visible”), con gran abundancia de fósiles. Todo el tiempo

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anterior, casi 4.000 millones de años, dividido en otros tres eones, se conoce normalmente como Precámbrico, por ser el Cámbrico el primer período del Fanerozoico. Los eones a su vez se dividen en eras, las eras en períodos y los períodos en épocas. En el anexo tema 3 podéis ver todas las divisiones, junto con los acontecimientos más importantes de cada tiempo geológico. Siguiendo con el Fanerozoico, está dividido en tres grandes eras: Paleozoico (comúnmente conocido como “Era primaria”), Mesozoico (“Era secundaria”) y Cenozoico (“Era terciaria”), que llega hasta nuestros días. En griego, respectivamente, “vida antigua”, “vida intermedia” y “vida reciente”. Como ejemplos de organismos característicos de cada una, podemos recordar que en el Paleozoico abundan los trilobites, el Mesozoico es la era de los dinosaurios y el Cenozoico es la de los mamíferos.

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Las eras se dividen a su vez en períodos, que vienen marcados por cambios en el registro fósil, y por ejemplo el Mesozoico está dividido en los períodos Triásico, Jurásico y Cretácico. Al final del Cretácico tiene lugar la mayor de las cinco grandes extinciones de la historia de la vida, que marca el paso a la siguiente era en lo que se conoce como el “límite K-T”. Se produce la desaparición de grandes grupos, como los amonites y los belemnites, aparte de los dinosaurios. La última era, el Cenozoico, llega hasta nuestros días y está dividida en dos períodos: Paleógeno y Neógeno. Se conoce como “la era de los mamíferos”, pues este grupo experimenta una gran radiación adaptativa tras extinguirse los dinosaurios al final del Mesozoico. Nuestra propia especie aparece al final de esta era, en el período conocido como Cuaternario. Actividad 5.3 Poniendo orden Busca imágenes de los siguientes organismos y ordénalos cronológicamente en la escala geológica del tiempo según su momento de máxima expansión en la historia de la vida. Si actualmente no existen indica el momento de su extinción. Amonites, Trilobites, Tigre dientes de sable, Lepidodendron, Tyranosaurus rex, Carcharodon.

Organismo

Foto/dibujo

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ERA

Período...