Origen, Evolución y Composición de la Tierra

Origen, Evolución y Composición de la Tierra

• La Tierra es un sistema dinámico y complejo con una historia de transformaciones de aproximadamente 4.540 millones de años.
• Entender el origen, evolución, estructura y composición ayuda a comprender los procesos que la han moldeado y continúan influyendo en ella.

Origen de la Tierra

• La Tierra se formó como parte del Sistema Solar hace unos 4.600 millones de años a partir de una nube molecular de gas y polvo conocida como nebulosa solar.
• El colapso gravitatorio de esta nebulosa resultó en la formación del Sol en el centro y un disco protoplanetario de material residual.
• La acreción es el proceso de acumulación gradual de polvo y gas del disco bajo la influencia de la gravedad, formando planetesimales.
• Estos planetesimales colisionaron y se fusionaron, creando protoplanetas, entre ellos la Tierra.
• Se piensa que hace 4.500 millones de años, Theia colisionó con la Tierra primigenia, lo que resultó en la expulsión de escombros que formaron la Luna.

Evolución de la Tierra

• Eón Hadeico (4.600-4.000 millones de años atrás): La Tierra tenía temperaturas muy altas, con una superficie fundida y actividad volcánica.
• La atmósfera estaba compuesta principalmente por metano, amoníaco, vapor de agua y dióxido de carbono, con poco oxígeno.
• La superficie terrestre se enfrió y solidificó gradualmente, formándose una corteza sólida.
• El vapor de agua se condensó, dando lugar a la formación de los océanos y el establecimiento de la hidrosfera inicial.
• Eón Arcaico (4.000-2.500 millones de años atrás): Se caracteriza por la aparición de la vida, probablemente en forma de organismos unicelulares.
• Hay evidencia de la formación inicial de masas continentales y de la acumulación gradual de oxígeno atmosférico gracias a bacterias fotosintéticas.
• Eón Proterozoico (2.500-541 millones de años atrás): Las formas de vida se volvieron más complejas y la corteza terrestre se estabilizó.
• Ocurrió el Gran Evento de Oxigenación, incrementando sustancialmente las concentraciones de oxígeno atmosférico.
• Eón Fanerozoico (desde hace 541 millones de años hasta el presente): Se distingue por la diversificación y expansión de formas de vida complejas, incluyendo flora, fauna y el Homo sapiens.
• Los movimientos tectónicos continuaron, culminando en la disposición actual de los continentes.

Estructura de la Tierra

• La Tierra se compone de varias capas con características distintas.
• Corteza: Es la capa sólida más externa, con un grosor de 5 a 70 km.
• Se divide en corteza continental, más gruesa y menos densa, y corteza oceánica, más fina y densa.
• Manto: Se extiende hasta 2.900 km de profundidad y está compuesto principalmente por rocas de silicato en estado semisólido.
• Las corrientes de convección dentro facilitan la tectónica de placas.
• El núcleo se divide en dos componentes.
• Núcleo externo: Capa líquida de hierro y níquel que genera el campo magnético terrestre.
• Núcleo interno: Esfera sólida de hierro y níquel a gran presión, con temperaturas similares a las de la superficie del Sol.

Composición de la Tierra

• Elementos predominantes: hierro (32,1%), oxígeno (30,1%), silicio (15,1%), magnesio (13,9%), azufre (2,9%), níquel (1,8%), calcio (1,5%) y aluminio (1,4%).
• Minerales y rocas: La corteza está formada por silicatos, cuarzo y feldespato, y óxidos.
• Manto: Predominantemente formado por rocas ultramáficas como la peridotita.
• Núcleo: Principalmente una aleación de hierro y níquel.
• Atmósfera: Compuesta mayormente por nitrógeno (78%), oxígeno (21%) y argón (0,9%), además de trazas de dióxido de carbono y vapor de agua.
• Hidrosfera: Cubre aproximadamente el 71% de la superficie terrestre, principalmente en océanos, pero también en ríos, lagos, glaciares y aguas subterráneas.

Procesos Dinámicos

• Tectónica de placas: La litosfera está dividida en placas que se mueven por convección del manto, provocando terremotos, erupciones volcánicas y formación de cadenas montañosas.
• Ciclo de las rocas: Las rocas se transforman continuamente por erosión, sedimentación, metamorfismo y fusión, pasando de formas ígneas a sedimentarias o metamórficas.
• Sistema climático: Influenciado por interacciones entre la atmósfera, hidrosfera, criosfera, litosfera y biosfera, impulsadas por la energía solar.

Minerales

• Los minerales son sólidos inorgánicos naturales con una composición química definida y estructura cristalina.
• Son componentes importantes de las rocas en procesos geológicos, biológicos e industriales.

Estructura y propiedades de los minerales

• Estructura cristalina: Los minerales tienen una disposición atómica ordenada que forma una red cristalina, determinada por la disposición periódica de átomos, iones o moléculas.
• Composición química: Definida por una fórmula química específica, como cuarzo (SiO₂) o calcita (CaCO₃).
• Algunos minerales tienen composiciones variables debido a la sustitución iónica.
• Propiedades físicas:
  • Dureza: Resistencia al rayado, medida en la escala de Mohs (1-10).
  • Hendidura y fractura: Manera en que un mineral se rompe, ya sea a lo largo de planos de debilidad o de forma irregular.
  • Brillo: Propiedades reflectantes de la superficie (metálico, vítreo o mate).
  • Color y veteado: El color está influenciado por la composición química, mientras que la veta es el color en forma de polvo.
  • Densidad: Varía debido a diferencias en el peso atómico y el empaquetamiento espacial.
  • Magnetismo y reactividad: Algunos minerales tienen propiedades magnéticas, mientras que otros reaccionan con ácidos.

Formación de minerales en la Tierra

• Los minerales se forman a través de procesos geológicos.
• Procesos ígneos: Cristalización a partir de magma o lava; el tamaño del cristal es afectado por la velocidad de enfriamiento.
  • Enfriamiento lento: Cristales grandes.
  • Enfriamiento rápido: Cristales pequeños o vidrio.
• Minerales ígneos comunes: cuarzo, feldespato, mica y olivino.
• Procesos sedimentarios: Acumulación y compactación de sedimentos o precipitación de soluciones acuosas.
  • Clásticos: Fragmentos meteorizados de rocas preexistentes (cuarzo, minerales arcillosos).
  • Químicos: Precipitación de soluciones (halita y yeso).
  • Biogénicos: Desarrollo a través de la actividad biológica (calcita en la piedra caliza).
• Procesos metamórficos: Evolución de minerales cuando las rocas preexistentes se someten a presión y temperatura elevadas, provocando la recristalización sin fusión.
  • Minerales arcillosos se transforman en mica; la calcita se recristaliza en mármol.
  • Índices como el granate y la cianita, indicadores de condiciones metamórficas específicas.
• Procesos hidrotermales: Minerales generados a partir de fluidos calientes enriquecidos en minerales que circulan a través de fracturas en las rocas
  • Fluidos cálidos suelen depositar minerales como cuarzo, sulfuros (pirita) y oro.
  • Característica de dorsales oceánicas y sistemas volcánicos.
• Procesos biológicos: Formación debido a la actividad de organismos vivos.
  • Carbonato cálcico (CaCO₃) en conchas y arrecifes de coral.
  • Fosfatos aparecen en huesos y dientes.
  • Los microorganismos precipitan minerales como la pirita y la magnetita.

Categorías principales de minerales

• Silicatos: Predominantes estructurados por tetraedros SiO₄ (cuarzo, feldespato, mica).
• Carbonatos: Tienen el grupo CO₃²⁻(calcita y dolomita).
• Óxidos: Presencia de oxígeno unido a iones metálicos (hematites y magnetita).
• Sulfuros: Azufre unido a iones metálicos (pirita y galena).
• Sulfatos: Incluyen el grupo SO₄²⁻ (yeso y barita).
• Haluros: Elementos halógenos como cloro/flúor (halita y fluorita).
• Elementos nativos: Formados por un único elemento (oro, diamante y azufre).

Importancia de los Minerales

• Recursos económicos: Indispensables para la industria, tecnología y construcción (hierro, cobre, aluminio).
• Indicadores medioambientales: Proveen datos sobre la historia y condiciones del planeta.
• Función biológica: Nutrientes vitales como calcio y fósforo, y componentes estructurales (huesos y conchas).

Vulcanismo, Plutonismo y Meteorización

• Vulcanismo, plutonismo y meteorización: Procesos geológicos básicos que modelan la superficie y el interior de la Tierra.
• Vulcanismo: Erupción de magma en la superficie, formando volcanes y liberando gases a la atmósfera.
  • Erupciones efusivas: Flujo suave de lava (volcanes en escudo como Mauna Loa).
  • Erupciones explosivas: Descarga de cenizas y piroclastos (estratovolcanes como el Monte Santa Helena).
  • Erupciones fisurales: Emisión de magma a través de fracturas (mesetas de lava como las Trampas del Decán).
• Importancia del vulcanismo: Configuración del relieve, composición atmosférica, ciclo de nutrientes y fuente de riesgos.
• Plutonismo: Actividad ígnea intrusiva, formación de rocas ígneas intrusivas bajo la superficie.
  • Estructuras: batolitos (Batolito de Sierra Nevada), diques (láminas verticales), dolinas (láminas horizontales).
  • Rocas plutónicas: Granito y diorita, enfriamiento lento que permite el crecimiento de grandes cristales.
• Papel del plutonismo: Formación de corteza continental, concentración de minerales y levantamiento de cadenas montañosas.
• Meteorización: Descomposición de minerales y rocas en la superficie por mecanismos físicos, químicos y biológicos.
  • Física: Con el agua expandiendo y fracturando las rocas, o la expansión térmica de ciclos de calor.
  • Química: Hidrólisis (minerales interactúan con el agua), oxidación (minerales con el oxígeno).
  • Biológica: Raíces de plantas o microorganismos.
• La velocidad y naturaleza de la meteorización dependen del clima, la litología y la topografía.
  • Climas cálidos y húmedos: Meteorización química.
  • Climas fríos y áridos: Meteorización física.
• Relevancia de la meteorización: Pedogénesis, desarrollo del paisaje, ciclo de nutrientes y suministro de elementos esenciales para los ecosistemas y la agricultura.

Rocas Ígneas, Sedimentarias y Metamórficas del Cusco

• Las rocas ígneas se originan por enfriamiento, cristalización y solidificación del magma o lava.
• Una vez creadas, las rocas se meteorizan y erosionan.
• Los sedimentos se transportan, depositan y litifican, formando rocas sedimentarias.
• Bajo la corteza, la presión y temperatura transforman sedimentos en rocas metamórficas

Rocas Ígneas

• Se originan por la cristalización, enfriamiento y solidificación del magma silicatado.
• Se clasifican según su entorno (intrusivas o extrusivas) y su composición mineral (félsicas, intermedias, máficas o ultramáficas).
• Constituyen la fuente principal de rocas sedimentarias y metamórficas.
• Son importantes para información sobre la dinámica del manto terrestre y la tectónica de placas.
• Sirven como piedra de cantera valiosa para construcción e industrias.
• La extracción y uso dependen del entorno geológico, las propiedades físicas, la accesibilidad y las consideraciones ambientales.

Rocas Ígneas en Saqsaywaman y Rumiqolqa

• El sitio destaca por dioritas y andesitas (durabilidad y moldeabilidad).
• Piedras modeladas con técnicas de minería antiguas.
• Rumiqolqa: basalto y andesita (Vinculadas geológicamente al Coricancha y otros sitios).
• El basalto: Textura de grano fino, durabilidad.
• Andesita: Contenido intermedio de sílice, equilibrio entre dureza y facilidad de modelado.
• En Cuzco: Las dioritas verdes son comunes para la arquitectura.
• Importantes canteras incas de andesita: Centros volcánicos de Waqoto, Oropeza y Lucre (usando técnicas de cuña y ranura).

Rocas Sedimentarias

• Formadas por la acumulación litificación (compactación y cementación) de partículas minerales/orgánicas.
• Derivan de la meteorización y erosión de rocas preexistentes a lo largo de los procesos químicos/biológicos.
• Suelen contener fósiles (información de cronologías e historia) y almacenan aguas subterráneas y recursos económicos vitales.
• Las rocas sedimentarias cubren aproximadamente el 75% de la superficie.
• La presencia de depósitos de evaporita sugiere condiciones áridas, mientras que el carbón sugiere antiguos ambientes pantanosos.
• Yuncaypata: Rocas de evaporitas (yeso y halita en áreas lacustres/cuencas sedimentarias).

Rocas Metamórficas

• Formadas por la transformación (metarnorfismo) de protolitos (rocas existentes).
• Este proceso altera la composición mineral, la textura y la estructura de las rocas originales a temperaturas y presiones elevadas.
• Pueden ser dinámicas (de contacto, regional, o plutónicas)
• La clasificación (tipos) se basa en su protolito (la roca inicial) y las condiciones metamórficas.
• El esquisto: Se transforma en pizarra con metamorfismo de bajo grado.
• La Caliza: mármol a través de metamorfismo.
• En la región de Cusco: Están fuertemente conectadas con la historia geológica y la herencia local, evidenciando una sinergia entre geología y la historia en la región.

Piedra Caliza

• Saqsaywaman: Proviene de Yunkaypata y es caracterizada por textura fina, composición integra, con alta resistencia.
• Chinchero: La piedra caliza es famosa por su alta calidad, caracterizada por su homogeneidad e integra estructura.
• Yucay. La piedra caliza fue usada en terrazas y edificios e Yucay, la presencia la incluye en secuencias en ambientes lacustres.
• Tarawasi: Refleja la tradición religiosa de la sociedad Inca y tiene grabados intrincados que muestran el poder espiritual.
• Cerca de Tarawasi: Las herramientas demostraron que la geología andina estudiada también cambio los patrones de los humanos.

Granos y Resistencia del Concreto

• Las propiedades mecánicas impactan directamente y la resistencia de los materiales de construcción.
• La estructura en forma de granos mineralógicos pequeños tiene una mayor resistencia por su cohesión al movimiento.
• Los débiles limites internos entre los minerales llevan a microfisuras que comprometen las estructuras
• Los granos finos crean barreras tenaces en los agregados
• El proceso conocido como "detención de grietas”, aumenta la energía que necesita penetrar las microestructuras.
• Un tamaño optimo de grano maximiza la resistencia a las estructuras de tensión alta y cíclica