TEMA 1.- EL PLANETA TIERRA Y SU ESTUDIO

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1 TEMA 1.- EL PLANETA TIERRA Y SU ESTUDIO 1. LA GEOLOGÍA COMO CIENCIA La Geología es la ciencia que estudia el origen, formación y evolución de la Tierra (la geosfera), los materiales que la componen y su estructura. Como ciencia que es no puede limitarse al terreno teórico, sino que juega un papel muy importante en nuestra vida cotidiana: evaluación y extracción de recursos, prevención y corrección de los procesos geológicos que afectan a las obras públicas, prevención de riesgos (inundaciones, terremotos, vulcanismo ), estudio del suelo como soporte básico del crecimiento vegetal Las principales ramas de la geología son: Geoquímica, estudia los elementos químicos del planeta (distribución, dinámica ). Cristalografía, estudia los cristales. Mineralogía, estudia los minerales. Petrología o estudio de las rocas y sus aplicaciones. Gemología, las gemas, aquellas rocas o minerales que se usan para uso decorativo o adorno personal. Paleontología, que estudia los fósiles (paleobotánica, paleozoología, paleontología humana, palinología, paleoicnología ). Tectónica o geología estructural, centrada en todo lo referente a las placas tectónicas (deformaciones de rocas y movimientos de la litosfera). Sismología, se encarga del estudio de los terremotos. Vulcanología, que está especializada en los volcanes y el magmatismo. Geofísica, que estudia los fenómenos físicos a los que está sujeta la Tierra. Geomorfología, que explica las diferentes formas que adopta el relieve terrestre. Sedimentología, que se encarga de los sedimentos y depósitos de materiales. Estratigrafía, estudia las series estratigráficas y lso ambientes de sedimentación. Edafología o pedología, que estudia el suelo. Hidrología, encargada de estudiar el agua (distribución, circulación ). Hidrogeología, que está centrada en todo lo que tiene que ver con las aguas subterráneas. Ingeniería geológica o geotecnia, aplicada a obra civil y construcciones. Geología ambiental, que aplica los conocimientos geológicos al medio ambiente. Geología conservacionista, que estudia el patrimonio geológico (conservación y valoración). Planetología, que se centra en el estudio de la Tierra en el contexto del Sistema Solar y las características geológicas de los planetas). En cuanto a la metodología del trabajo geológico se puede dividir en varias partes: 1. Al igual que en el resto de las ciencias, la investigación científica en geología comienza por el planteamiento de una pregunta. 2. Esta pregunta generalmente presupone una posible respuesta o respuestas que sirven al investigador para establecer una hipótesis de trabajo. 3. Una vez establecido y delimitado el problema, se procederá a una recogida de datos de campo mediante el levantamiento de cortes y mapas geológicos, descripción de las rocas, estructuras sedimentarias, estructuras tectónicas y fósiles, toma de muestras, recogida de datos geofísicos y geoquímicos. 4. Una vez obtenida la base de datos se procede a su análisis en el laboratorio y gabinete de los datos y muestras recogidos (análisis químicos, petrográficos, paleontológicos, geofísicos, etc.). 5. Finalmente, todo el proceso analítico dará lugar a una interpretación de los datos utilizando los principios geológicos enunciados en el apartado anterior, de manera que se pueda establecer la historia geológica de la zona estudiada o las condiciones bajo las que se desarrollo el proceso geológico estudiado. GEOLOGÍA_Tema 1_UNIVERSIDAD 1

2 2. ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN DE LA TIERRA La geosfera se divide en capas atendiendo a su composición química llamadas corteza, manto y núcleo o se divide en capas atendiendo al comportamiento, llamadas litosfera, mesosfera y núcleo o endosfera. El primero es la división desde el punto de vista geoquímica y el segundo desde el punto de vista dinámico Modelo geoquímico. Desde el punto de vista químico o composicional. Establecido gracias a los cambios en las velocidades de las ondas sísmicas (P y S). Las distintas capas quedan separadas por discontinuidades sísmicas, zonas del interior de la Tierra en las que se producen cambios bruscos en la trayectoria y velocidad de las ondas sísmicas, debido probablemente a que separan regiones con distintas características, indicándonos que pueden aparecer rocas distintas porque cambia la densidad o indicándonos que las rocas se pueden encontrar a mayor presión o temperatura o en estado líquido porque cambia la rigidez (la velocidad de las ondas sísmicas depende de la rigidez más rígidez más velocidad- y de la densidad más densidad menos velocidad-, como la discontinuidad es la zona donde cambia la velocidad nos indica que en esa zona cambia la rigidez o densidad). Las discontinuidades más importantes son la discontinuidad de Mohorovic, de Gutenberg y de Wiechert-Lehmann: - Discontinuidad de Mohorovic: A unos 5-10 Km de profundidad bajo los océanos y entre Km en los continentes aumentan de manera súbita las velocidades de las ondas (ondas P pasan de 6 km/s a 8 km/s y ondas S pasan de 3 km/s a 4,5 km/s), este aumento de velocidad se interpreta como un cambio brusco en la composición química de las rocas. La discontinuidad de Mohorovic nos marca el límite entre corteza y manto. - Discontinuidad de Gutenberg: Situada a Km de profundidad, en ella, las ondas P que disminuyen bruscamente de velocidad (pasan de 13 km/s a 8 km/s) y lo más sorprendente es que las ondas S dejan de propagarse. Como las ondas S no se propagan en fluidos se deduce que por debajo de km el material está fundido. La discontinuidad de Gutenberg marca el límite entre manto y núcleo. - Discontinuidad de Wiechert- Lehmann: A unos km de profundidad se produce un brusco aumento de velocidad de las ondas P que se interpreta como resultado de un cambio en el estado físico de los materiales del núcleo, que pasan de líquido a sólido. La discontinuidad de Lehmann permite diferencia el núcleo externo (líquido) del núcleo interno (sólido). GEOLOGÍA_Tema 1_UNIVERSIDAD 2

3 Así la geosfera queda dividida en las siguientes capas: Corteza; Se extiende desde la superficie terrestre hasta el manto delimitado por la discontinuidad de Mohorovic que se encuentra a unos 5 10 km profundidad en los océanos y a unos km profundidad en los continentes, distinguiéndose así una corteza oceánica y una continental. - Corteza continental: en su parte más externa predominan los sedimentos y rocas sedimentarias, mientras que en la parte media e inferior abundan las rocas metamórficas (como gneis y esquistos) e ígneas (tipo granodiorita). La antigüedad de las rocas continentales pueden alcanzar los 4000 millones de años. La corteza continental tiene una densidad media de 2,7 g/cm 3. - Corteza oceánica: tiene una fina capa de sedimentos en la parte superficial, seguida en profundidad por rocas volcánicas (principalmente basalto en lavas almohadilladas y diques) y por debajo gabros (rocas plutónicas básicas). La antigüedad de la roca oceánica va de millones de años, por lo que son más jóvenes que las rocas de la corteza continental. La corteza oceánica es un poco más densa que la continental, tiene una densidad media de 3 g/cm 3. Manto: se extiende desde la discontinuidad de Mohorovic hasta la discontinuidad de Gutenberg a 2900 km de profundidad. El manto ocupa el 82 % del volumen de la tierra, es el 68 % de la masa de la Tierra. El manto se divide a unos 670 km de profundidad en manto superior y manto inferior. El manto está formado por rocas ultrabásicas del tipo de las peridotitas que contienen silicatos (olivino y piroxenos). Conforme aumenta la profundidad la presión es tan grande que produce una reorganización de los minerales produciendo rocas más densas, por lo que podemos decir que el manto inferior tiene la misma composición que el manto superior pero con mayor densidad. La densidad del manto superior es 3,5 g/cm 3 aproximadamente y el del manto inferior a 5,5 g/cm 3. Las ondas P y S aumentan progresivamente su velocidad en profundidad. Núcleo: va desde la discontinuidad de Gutemberg (2.900 km de profundidad) hasta el centro de la Tierra que tiene aproximadamente km. El núcleo ocupa el 16 % del volumen terrestre y representa el 32% de su masa (unos km de espesor). La densidad del núcleo es de g/cm 3. En la discontinuidad de Gutemberg desaparece las ondas S, por lo que se supone que los materiales están fundidos. A los 5150 km de profundidad aparece una elevación importante de las ondas P (discontinuidad de Lehmann) por lo que se considera sólida y divide el núcleo en núcleo interno líquido y núcleo externo sólido. Su composición por comparación con los sideritos (meteoritos metálicos con 95% de Fe y 5% Ni), por la densidad tan elevada y por la formación del campo magnético terrestre, se supone que se compone fundamentalmente de Fe (95%), con un 5 % de Ni y algunos elementos menos densos como S, Si En el núcleo externo los movimientos de fluidos de minerales férricos serían los causantes de la inducción y mantenimiento del campo magnético terrestre. En el núcleo interno, que abarca desde km de profundidad hasta el centro de la tierra a km, a pesar de la elevada temperatura constituye una esfera totalmente sólida debido a la altísima presión reinante a esa profundidad Modelo geodinámico. Según el comportamiento de los materiales, tenemos la litosfera, mesosfera y endosfera. Litosfera: es la parte sólida y rígida que comprende la corteza y parte del manto superior, rota en fragmentos llamados placas tectónicas o litosféricas. Llega hasta los km en los océanos (bajo las dorsales el espesor puede ser de tan sólo 5-10 km) y GEOLOGÍA_Tema 1_UNIVERSIDAD 3

4 km en los continentes (incluso bajo algunos continentes antiguos llega hasta 300 km), justo antes de llegar al canal de baja velocidad de ondas. Mesosfera: comprende el resto del manto, es decir la parte más profunda del manto superior y todo el manto inferior, es sólida (a pesar de las altas temperaturas la presión mantiene los materiales sólidos) En ella se producen las corrientes de convección motivadas por las diferencias de temperatura y, por tanto, de densidad. En la base del manto se encuentra la capa D o nivel D (se dice D doble prima) que es una capa discontinua e irregular con un espesor entre km donde se depositan los materiales más densos y donde probablemente se originan las corrientes de convección que actúan como plumas convectivas que son corrientes ascendentes de materiales del manto originadas por el calor del núcleo en contacto con esta base del manto, estos materiales pueden llegar a la superficie terrestre originando los puntos calientes que son lugares en la superficie terrestre con gran actividad volcánica como Hawai. Endosfera: Coincide con el núcleo del modelo geoquímico. Se divide en núcleo externo (desde km hasta 5.150km) fundido que presenta corrientes de convección (la diferente velocidad de rotación respecto al núcleo interno origina y mantiene el campo magnético del planeta) y el núcleo interno sólido, donde se alcanzan las mayores temperaturas y presiones. A medida que el núcleo libera calor a través del manto, el hierro cristaliza y se acumula en el núcleo interno. Este hierro sólido, seguramente desprovisto de los elementos ligeros que existen en el núcleo externo, es el que constituye el núcleo interno. GEOLOGÍA_Tema 1_UNIVERSIDAD 4

5 3. TEORÍA DELA TECTÓNICA DE PLACAS La Teoría de la Tectónica de Placas es hoy en día el paradigma geológico que nos va a explicar toda la dinámica cortical. Según esta teoría, la litosfera aparece dividida en una serie de fragmentos, denominados placas, que en lento, pero continuo movimiento, interaccionan unas con otras. La Tectónica de Placas aporta una explicación global de los siguientes procesos: La formación y distribución de erógenos (cordilleras). La expansión del fondo oceánico. La distribución de volcanes y seísmos (terremotos). La deriva de los continentes. La distribución de yacimientos. Elaborar predicciones futuras de la evolución geológica de nuestro planeta. 4. EL TIEMPO GEOLÓGICO. Los cambios en la geología de nuestro planeta ocurren de manera extraordinariamente lenta. Esto exige, para poder comprender como suceden, pensar en escalas de tiempo muy distintas a las que usamos habitualmente. Cuándo sucedió un hecho? Cuándo se inició un proceso? Qué sucedió antes? Son preguntas importantes de contestar si queremos encontrar una explicación a la historia de la Tierra. Debemos buscar un concepto de tiempo que se adapte a la edad de la propia Tierra (unos 4500 millones de años). A este concepto lo denominamos tiempo geológico (tiempo transcurrido desde la formación de nuestro planeta hasta la actualidad). El tiempo geológico se divide en una serie de intervalos denominados unidades geocronológicas: Eón Era Periodo Época Edad Zona. GEOLOGÍA_Tema 1_UNIVERSIDAD 5

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