Master de Profesor de Educación Secundaria Obligatoria y Bachillerato, Formación Profesional y Enseñanzas de Idioma (Módulo Específico de Biología y Geología) Complementos de Geología Ángel Carmelo Prieto Colorado Física de la Materia Condensada, Cristalografía y Mineralogía Facultad de Ciencias Universidad de Valladolid
Complementos de Geología Tema 2 Principios fundamentales de la Geología
Consideraciones: El tiempo geológico se mide en 10 6 años. Los fenómenos geológicos son lentos respecto a la vida de los seres humanos. La tierra es un planeta dinámico.
Hasta principios del s.xx ningún método de terminación de la edad de las rocas de la Tierra demostró ser fiable. Lo que los científicos buscaban era una fecha numérica que especificará el número real de años que han pasado desde que un acontecimiento ha ocurrido. En la actualidad, nuestro conocimiento de la radiactividad nos permite determinar con exactitud las fechas numéricas para las rocas que representan acontecimientos importantes en el pasado lejano de la Tierra.
Pero antes del descubrimiento de la radiactividad, los geólogos no tenían método fiable de datación numérica y tenían que depender únicamente de la datación relativa. La datación relativa significa que las rocas se colocan en una secuencia de formación adecuada: cuál se formó en primer lugar, en segundo, en tercero y así sucesivamente. No puede decirnos cuánto hace que sucedió algo, sólo qué ocurrió después de un acontecimiento y antes que otro. Las técnicas de datación relativa que se desarrollaron son válidas y continúan siendo muy utilizadas, todavía hoy.
Los métodos de datación numérica no sustituyeron a esas técnicas; simplemente las complementaron. Para establecer una escala de tiempo relativo, hubo que descubrir unos pocos principios o reglas básicos y aplicarlos. Hoy pueden parecernos obvios pero, en su época constituyeron avances importantes del pensamiento, y su descubrimiento fue un logro científico importante.
Conceptos Geológicos básicos Contactos: Interfase entre dos superficies con cuerpo y composición de rocas distintas. Discordancias y planos de estratificación: son los dos contactos existentes en cada capa con cuerpo homogéneo de rocas. Estrato: Capa individual. Estratos: Grupo de capas. Estratigrafía: Estudio de los estratos. Formación: Cuerpo de roca con litología distintivo que está limitada por los contactos. Debe ser lo suficientemente gruesa como para poder cartografiar (> 6 m de espesor). Afloramiento: Exposición donde las rocas están expuestas en la superficie de la tierra. A. Carmelo Prieto Colorado
Contacto entre dos formaciones geológicas: Capa de Caliza Harrodsburg (blanca) se superpone a la capa de Limonita Borden (marrón).
Estrato Estratos Afloramiento con exposición de estratos geológicos
Los principios fundamentales de la Geología están referidos a la unidad fundamental en Geología: el suceso geológico, el cual queda definido por cinco variables, que permiten efectuar una datación relativa 1. Localización y alcance temporal del suceso, atendiendo al tiempo transcurrido entre la producción y la observación del suceso. 2. Energía puesta en juego durante el suceso. 3. Variación de energía por unidad de tiempo. 4. Conjunto de sucesos simultáneos y próximos. 5. Localización y alcance espacial del suceso, (xyz).
Los pilares básicos de la Geología son los Principios Fundamentales que, aunque pueden presentar excepciones, son válidos para comprender los mecanismos que rigen el funcionamiento de la Tierra
I. Principio de la Superposición de los Estratos (Nicolás Steno, 1669) Los terrenos están dispuestos en capas sucesivas, denominadas estratos, dando lugar a secuencias de rocas, siendo las superiores las mas recientes.
Steno (Niels Stensen) nace en Copenhague en 1638, allí estudió medicina, siendo sus primeros aportes a la ciencia en el campo de la anatomía. Más adelante viaja a Francia e Italia, y ahí es donde nace su interés por la geología (y por la religión católica). En 1666, estudiando una cabeza de tiburón, observa que sus dientes se parecen mucho a unos objetos que se encontraban en las rocas y q u e s e c o n o c í a n c o m o p i e d r a s lengua (glossopetrae). Como Robert Hooke o John Ray, supone que los fósiles provienen de organismos vivos antiguos. Pero también observa que la composición de los dientes de tiburón no es igual a la de los fósiles, lo que le hace preguntarse cómo un objeto sólido pasa a estar contenido por otro objeto sólido. Así acaba publicando De solido intra solidum naturaliter contento dissertationis prodromus.
Más recientes Principio de la Superposición de los Estratos
II. Principio de la Horizontalidad Original (Nicolás Steno, 1638-1686) Las rocas sedimentarias tienden a depositarse en estratos horizontales. En una sucesión de estratos, no deformados, los más jóvenes se asientan sobre los más viejos.
Principio de la Horizontalidad Original Por la gravedad las partículas sedimentarias forman capas horizontales -o casi horizontales- denominadas estratos. Por tanto, los estratos inclinados abruptamente, es que se han movido de su posición original.
Horizontalidad Original Las rocas sedimentarias son horizontales debido a que los sedimentos originales eran horizontales
Estas capas fueron una vez horizontal Por qué están ahora inclinadas?
III. Principio de la Continuidad Lateral Original (Nicolás Steno, 1638-1686) En el momento de su formación un estrato sedimentario tiende a formar un manto continuo que se extiende en todas las direcciones.
Principio de la Continuidad Lateral Original Los estratos originalmente se extendía en todas direcciones hasta que su espesor tiende a cero en los bordes de deposición. Por lo tanto, los estratos que afloran en lados opuestos de un valle se correlacionan.
IV. Principio de la Uniformidad (James Hutton, 1788) Las Leyes y Procesos que rigen el Universo han permanecido uniformes a lo largo del tiempo.
V. Principio del Actualismo (Charles Lyell, 1832) Los fenómenos Geológicos han ocurrido en el pasado de la misma forma que se desarrollan en la actualidad. Por consiguiente se puede aplicar la experiencia actual para la reconstrucción del pasado y reproducción del futuro.
Ambos principios deben aplicarse con precaución dado que rocas y minerales con aspecto semejante, pueden tener orígenes muy diversos De los principios IV de la Uniformidad Principio y V del Actualismo, se deriva una conclusión muy relevante para la investigación geológica: El presente es la clave del pasado
VI. Principio de la Intersección Una intrusión ígnea o una falla es más reciente que las rocas en las que intruye o fractura.
Diques de rocas ígneas (negro) en granito (rosa) Invadir una roca ígnea es siempre más joven que la roca que entromete. Es un indicador de la edad relativa.
Escala temporal relativa por dique de intrusión
Fallas atravesando estratos sedimentarios Las fallas son más jóvenes que las rocas que atraviesan. Las fallas mayores se ven compensados por otras menores. Es el Principio de Intrusión o de Relaciones Transversales.
VII. Principio de Inclusión Las inclusiones o fragmentos de una roca dentro de una capa, procedentes de otra capa adyacente, son más antiguos que la misma capa de roca.
Las inclusiones son rocas que están contenidas dentro de otra capa de rocas diferentes. El estrato contiguo al que contiene la inclusión, debe ser quien proporciona los fragmentos de roca. Por lo tanto, el estrato que contiene las inclusiones es más joven de el estrato contiguo que aporto las inclusiones.
Las discordancias indican un largo período durante el cual se detuvo la deposición. La erosión elimina rocas previamente formadas, y posteriormente se reanuda la deposición. Son relevantes para interpretar y datar rocas. Discordancia angular: Son rocas sedimentarias inclinadas o deformadas por debajo de las rocas sedimentarias planas que sustentan. Discordancia paralela: dos capas de rocas sedimentarias paralelas están separados por una superficie de erosión. Paraconformidad: Discordancia paralela entre rocas sedimentarias sin presencia de superficie de erosión. Inconformidad: la superficie de erosión separa rocas ígneas o metamórficas viejas de rocas sedimentarias más jóvenes.
Paraconformidad Discordancia Discordancia Angular Inc onf or mid ad Estructuras geológicas del Gran Cañón del Colorado
Siccar, Escocia (UK). Punto donde Hutton descubre el significado de las discordancias geológicas. Discordancia angular Lecho con s u a v e pendiente de una arenisca roja devónica datada en 325 Ma, que reposa sobre estratos verticales de g r a u v a c a silúrica con una estimación de 425 Ma
VIII. Principio de la Correlación Orgánica o de la Sucesión Biótica (Georges Cuvier, 1812) Los fósiles que se encuentran en capas superiores son más modernos que los que se encuentran en capas inferiores.
Los vacíos estratigráficos en el registro fósil, que no permitían deducir una continuidad de las formas orgánicas, se explican mediante teorías catastrofistas: se produce la extinción de las especies y su sustitución por otras. Las nuevas especies procederían de regiones del planeta no afectadas por la catástrofe.
Plantas con Flores Dinosaurios Trilobites Los fósiles no están distribuidos al azar, si no, con un orden vertical único, capa a capa, que permite correlacionar la edad entre rocas que están en estratos muy separados.
Trilobites fósil del Periodo Cambrico y sucesión cronológica de trilobites fósiles.
IX. Principio de Equilibrio o de Adaptación al Medio Ambiente Todo material tiende a alcanzar las condiciones de equilibrio del medio ambiente en que se encuentra siempre que sean diferentes a las que dieron lugar a su origen.
Granito: Afloramiento y alteración Arena: Con la profundidad se transforma en arenisca Carbón: Origen en acumulaciones vegetales Pirita: Procesos de oxidación Olivinos: Evolución estructural en función de P y T Cloritas: Su composición química se correlaciona con el proyecto termodinamico dominante en su formación
PRINCIPIO DE SUPERPOSICIÓN DE ESTRATOS (Steno, 1638-1686). La capa/estrato más antiguo está en la parte inferior. La más reciente en la superior. PRINCIPIO DE HORIZONTALIDAD ORIGINAL (Steno). Los sedimentos se depositan en capas horizontales. PRINCIPIO DE CONTINUIDAD LATERAL ORIGINAL (Steno). Una capa de sedimentos, cuando se deposita, se extiende lateralmente en todas las direcciones, hasta que termina contra el borde de la cuenca de sedimentación. PRINCIPIO DE ACTUALISMO O DE UNIFORMISMO (Hutton; Lyell en Principios de Geología, 1830). Los procesos geológicos actuales han estado operando a lo largo de toda la historia de la Tierra. PRINCIPIO DE INTERSECCIÓN (Hutton, 1726-1797). Una intrusión ígnea o una falla es más reciente que las rocas en las que intruye o fractura. PRINCIPIO DE INCLUSIÓN Las inclusiones o fragmentos de una roca dentro de una capa de otra, son más antiguos que la misma capa de roca. PRINCIPIO DE LA SUCESIÓN DE FÓSILES (o Principio de la Sucesión Faunística y Floral) (Smith, 1796-1839). Los fósiles de la parte inferior de una secuencia de estratos son más antiguos que aquellos situados en la parte superior de la secuencia. PRINCIPIO DEL EQUILIBRIO MEDIOAMBIENTAL Los materiales tienden a alcanzar las condiciones de equilibrio del medio ambiente en que se encuentra, siempre que sean diferentes a las que dieron lugar a su origen.
Ángel Carmelo Prieto Colorado Física de la Materia Condensada, Cristalografía y Mineralogía Facultad de Ciencias Universidad de Valladolid