Introducción a la Geología PDF

Apuntes Cátedra Geología Aplicada Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de San Juan UNIDAD I TEMA 1 Geología. Ramas de la geología. Actualismo. Origen de la Tierra. Configuración de la Tierra: estructura interna y composición; distribució...

Apuntes Cátedra Geología Aplicada Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de San Juan UNIDAD I TEMA 1 Geología. Ramas de la geología. Actualismo. Origen de la Tierra. Configuración de la Tierra: estructura interna y composición; distribución de densidades; gradiente geotérmico. Concepto sobre tectónica de placas. Concepto de edad relativa y edad absoluta. Cuadro Geocronológico general. Sismos: Generalidades. Escalas de medición de sismos. Distribución geográfica de los sismos. GEOLOGÍA - Definición A diferencia de la Geografía, que se ocupa de los rasgos físicos de la superficie terrestre, la Geología se ocupa de la Tierra como un todo, estudiando sus características externas e internas y su evolución en el tiempo. El término Geología proviene del griego y se refiere al "conocimiento de la Tierra" (geo=tierra, logia= conocimiento de). La geología es la ciencia que estudia la Tierra, su composición, su estructura, los fenómenos de toda índole que en ella tienen lugar y su pasado, mediante los documentos que de él han quedado en las rocas. No es una ciencia meramente descriptiva, sino que en cada caso busca el porqué de los fenómenos observados, su mutua dependencia, las leyes que los rigen y el encadenamiento de hechos que constituye la historia de la Tierra. RAMAS DE LA GEOLOGÍA Para un mejor y más completo estudio, las ciencias se clasifican en ramas. Las principales ramas de la geología son: Mineralogía: estudia los minerales, su forma, composición, propiedades y origen. La cristalografía es la rama de la mineralogía que estudia la estructura interna de los minerales. Petrología: es el estudio sistemático de las rocas, especialmente su origen, incluye a la Petrografía, que trata de la descripción y clasificación de las rocas y a la Petrogénesis que estudia el origen de los distintos tipos de rocas. Paleontología: estudia los seres orgánicos que habitaron la Tierra en épocas pasadas y cuyos restos se encuentran fósiles. Geología estructural, junto con la Tectónica, se dedica a estudiar la corteza terrestre, sus estructuras y su relación en las rocas que las contienen. Estudia la geometría de las formaciones rocosas y la posición en que aparecen en superficie. Geomorfología, estudia las formas superficiales de la Tierra describiéndolas (morfología) e investigando el origen y el desarrollo de las mismas (morfogénesis). Geología Histórica, parte de la geología que trata de reconstruir la historia de la Tierra desde la consolidación de la corteza, para ello se parte de una cronología relativa y una absoluta. Se relacionan con ésta la Estratigrafía y la Paleontología Geoquímica: estudia la composición química de la Tierra, los elementos que la integran (clase y porcentaje) y los procesos químicos en la formación y transformación de las rocas. 1  Apuntes Cátedra Geología Aplicada Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de San Juan Geofísica: en sentido amplio estudia las propiedades físicas de la Tierra. Incluye a la Geofísica general que estudia las propiedades físicas de la parte sólida de la Tierra y a la Geofísica práctica o aplicada, que tiene por objeto la búsqueda de yacimientos minerales, agua subterránea y el conocimiento de la estructura interna de la Tierra. Hidrogeología: estudia todo lo relacionado a las aguas. ACTUALISMO - UNIFORMISMO Hasta que se postuló la hipótesis del Uniformismo, el origen de la Tierra estaba asociado a la teoría del Catastrofismo, la cual afirmaba que la Tierra, en su origen, había sido creada de manera súbita y catastrófica. Es decir, tras sufrir eventos climáticos y desastres naturales como tornados, terremotos o inundaciones. James Hutton, geólogo y naturalista británico conocido como el padre de la geología moderna, fue el primero en proponer realmente la teoría del uniformismo, en el siglo XVIII. Los estudios de Hutton afirmaban que el planeta Tierra no había sido modelado por hechos violentos y rápidos, sino por procesos lentos, constantes y graduales. Los mismos procesos que pueden verse en acción en el mundo actual fueron los responsables de darle forma a la Tierra. Por ejemplo: el viento, el clima y el flujo de las mareas. Los principios fundamentales de esta teoría son: ❖ El presente es la clave del pasado: los eventos ocurren a la misma velocidad ahora que siempre lo han hecho. ❖ Los procesos han ocurrido a una frecuencia constante a lo largo de la historia natural. ❖ Las fuerzas y procesos observables en la superficie de la Tierra son los mismos que han dado forma al paisaje terrestre a lo largo de la historia natural. ❖ Los procesos geológicos, como la erosión, deposición o compactación son constantes, aunque ocurren a velocidades extremadamente bajas. ORIGEN DE LA TIERRA Cuando se investiga el origen de nuestro planeta es necesario hacerlo juntamente con el origen del sistema solar, ya que es difícil que la Tierra y demás planetas se hallan originado de cualquier otra forma que no sea como parte integral de este sistema; y es inaceptable que éste haya llegado a existir independientemente del resto del universo. El modelo que se presenta a continuación, la “teoría del Big Bang” o “Gran Explosión”, es el más coherente para explicar hasta ahora lo que observamos en la actualidad, pero recuerde que, como todas las hipótesis científicas, ésta está sujeta a revisión e incluso puede quedar descartada si aparece una hipótesis con más fundamento. Esta teoría se basa en observaciones rigurosas y es matemáticamente correcta desde un instante después de la explosión, pero no tiene una explicación para el momento cero del origen del Universo, llamado "singularidad". Las matemáticas son inadecuadas e impotentes para explicar lo que sucedió en las fronteras del tiempo y del espacio. ¿Qué había antes del tiempo cero? ¿Qué era el espacio antes del Big Bang? ¿Cuánto tiempo pasó antes del Big Bang? Científicamente es 2  Apuntes Cátedra Geología Aplicada Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de San Juan imposible definir un tiempo cero, momento en el cual la temperatura alcanzaría un valor infinito y el espacio tendría un volumen cero. Sencillamente, ese es el límite de nuestros conocimientos. La teoría de la Gran Explosión sostiene que nuestro universo, tal y como lo conocemos, se inició hace miles de millones de años en una gran explosión. Toda la materia existente en el universo estaba concentrada en una zona extraordinariamente pequeña del espacio, y explotó. Se postula que esto sucedió hace unos 15.000 millones de años, y que en ese momento la temperatura alcanzó valores gigantescos: 1028 grados de temperatura y tal vez 10.000 millones de grados (1010 grados) tan sólo unos minutos más tarde. Esta etapa en la que el universo recién estaba creado, se le denomina universo primigenio. Ese universo inicial estaba completamente desorganizado, no poseía galaxias, ni estrellas, ni moléculas, ni átomos, ni siquiera núcleos de átomos. Sólo era un caldo de materia informe, a una temperatura de miles de millones de grados. A medida que ese universo se fue enfriando, las partículas elementales se fueron aglutinando y formando núcleos, átomos, moléculas, nebulosas, estrellas, galaxias y planetas. Se cree que, en uno de los tantos conjuntos de gases, polvo y de miles de millones de estrellas llamados galaxias, específicamente en la galaxia que fue llamada Vía Láctea, una estrella cercana explotó hace unos 4.600 millones de años convirtiéndose en supernova (explosión estelar que se produce como conclusión de la etapa final de la vida de una estrella). La onda de choque de esa explosión puso en movimiento los materiales presentes, ocasionando que esa a nube comenzara a girar más rápido y se aplanara formando un disco. Las fuerzas gravitatorias reunieron la mayor parte de la masa en una esfera central y, a su alrededor, quedaron girando otras mucho más pequeñas. Estás últimas, debido a colisiones repetidas, comenzaron a unirse formando cuerpos más grandes, del tamaño de un asteroide, denominados protoplanetas, que en unas pocas decenas de millones de años crecieron hasta convertirse en planetas. Nuestro Planeta Después de ese periodo de formación inicial, la Tierra era una masa incandescente. La temperatura del interior del planeta era suficiente para que el hierro y el níquel presente en la materia, empezara a fundirse, migrando junto con otros elementos pesados, hacia el interior. Este proceso sucedió rápidamente en la escala de tiempo geológico y formó el núcleo denso rico en estos metales. Al mismo tiempo, se producía otro proceso de diferenciación química, por medio del cual la fusión formó masas flotantes de roca fundida que ascendieron hacia la superficie, donde se solidificaron y formaron la corteza primitiva. Estos materiales rocosos estaban enriquecidos en oxígeno, silicio y aluminio, con cantidades menores de calcio, sodio, potasio, hierro y magnesio. Este primer período de segregación química estableció las tres divisiones básicas del interior de la Tierra: el núcleo rico en hierro; la corteza primitiva, muy delgada; y la capa más gruesa de la Tierra, denominada manto, que se encuentra entre el núcleo y la corteza. Al principio la Tierra no tenía atmósfera, y por eso recibía muchos impactos de meteoritos. La actividad volcánica era intensa, lo que motivaba que grandes masas de lava candente saliesen y aumentasen, gradualmente, el espesor de la corteza al enfriarse y solidificarse. 3  Apuntes Cátedra Geología Aplicada Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de San Juan Esta actividad de los volcanes generó una gran cantidad de gases, al igual que lo hacen en la actualidad, que acabaron formando una capa sobre la corteza. Su composición era muy distinta de la actual, pero fue la primera capa protectora y permitió la aparición del agua líquida. A esta capa los científicos le denominaron “atmósfera primordial de la Tierra”. En las erupciones, a partir del oxígeno y del hidrógeno, se generaba vapor de agua que, al ascender por la atmósfera, se condensaba, dando origen a las primeras lluvias. Al cabo del tiempo, con la corteza más fría, el agua de las precipitaciones se pudo mantener líquida en las zonas más profundas de la corteza terrestre, formando mares y océanos, es decir, una hidrosfera. Después de los acontecimientos que establecieron la estructura básica de la Tierra, la corteza primitiva se perdió a causa de la erosión y otros procesos geológicos, de manera que no se dispone de ningún registro directo de su composición. Cuándo y cómo exactamente apareció la corteza continental (y con ella las primeras masas continentales terrestres) es una cuestión que todavía es objeto de investigación. Sin embargo, existe un acuerdo general en que la corteza continental se formó de una manera gradual durante los últimos 4.000 millones de años. (Las rocas más antiguas descubiertas hasta hoy son fragmentos aislados, encontrados en el noroeste del Canadá que tienen unas fechas radiométricas de unos 4.000 millones de años.) CONFIGURACIÓN DE LA TIERRA: ESTRUCTURA INTERNA Y COMPOSICIÓN La estructura interna del planeta Tierra es algo que no podemos conocer de forma directa. Sin embargo, disponemos de algunas evidencias directas y de muchas indirectas que nos permiten especular acerca de la misma. Esto se debe a que no disponemos de la capacidad tecnológica necesaria para realizar una exploración en profundidad. Veremos a continuación, cuáles son esos métodos de estudio del interior de la Tierra, para después describir la estructura del planeta tal y como se propone en la actualidad. El conocimiento del interior de la Tierra puede ser realizado mediante dos tipos de estudios, los geológicos y los geofísicos. Los estudios geológicos proporcionan muy pocos datos sobre la constitución de las capas profundas del planeta. Las observaciones geológicas directas únicamente alcanzan unos pocos miles de metros de profundidad en las minas y sondeos más profundos. Este tipo de observaciones muestran que las rocas, a dichas profundidades, son esencialmente del mismo tipo que las existentes en la superficie terrestre. Un segundo tipo de datos geológicos, los indirectos, los suministran los estudios de los materiales más profundos llegados a la superficie a través de las erupciones volcánicas. La mayor parte de los datos que se poseen acerca de la composición y estructura interna de la Tierra han sido facilitados por las mediciones geofísicas, específicamente por los estudios sismológicos, que son los que tratan de las trayectorias seguidas por las ondas sísmicas en el interior del planeta; estudios gravimétricos, que han permitido, mediante el conocimiento de las anomalías de la gravedad, conocer el equilibrio de los diversos bloques de la corteza terrestre y sus movimientos en sentido vertical; estudios geomagnéticos y paleomagnéticos, que mediante el estudio de la variabilidad del campo magnético terrestre han puesto de manifiesto la movilidad horizontal de los bloques de la corteza terrestre, permitiendo la reelaboración de la teoría de la deriva continental. 4  Apuntes Cátedra Geología Aplicada Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de San Juan Un tercer grupo de datos, también indirectos, sobre el interior de la Tierra se obtiene del estudio de la composición y. del origen de los meteoritos, fragmentos de cuerpos celestes de nuestro sistema, de estructura y composición semejante a la de la Tierra. Sondeo del interior de la Tierra Mucho de lo que sabemos sobre el interior de nuestro planeta procede del estudio de las ondas sísmicas que cruzan la Tierra. La técnica consiste en la determinación precisa del tiempo que las ondas P (compresivas) y S (cizalla) necesitan para desplazarse desde un terremoto o explosión artificial hasta una estación sismográfica. Dado que el tiempo necesario para que las ondas P y S viajen a través de la Tierra depende de las propiedades de los materiales que cruzan, los sismólogos buscan variaciones relacionadas con el tiempo de desplazamiento que no puedan explicarse únicamente por diferencias en las distancias recorridas. Esas variaciones corresponden a cambios en las propiedades de los materiales atravesados. Los sismólogos de la primera mitad del siglo XX fueron capaces de utilizar esta técnica para detectar las principales capas de la Tierra, utilizando las propiedades o características que poseen las ondas sísmicas: 1. La velocidad de las ondas sísmicas depende de la densidad y la elasticidad de los materiales que atraviesan. Las ondas sísmicas viajan más deprisa en los materiales rígidos, que retornan elásticamente a sus formas originales cuando cesa el esfuerzo causado por una onda sísmica. Por ejemplo, una roca cristalina transmite las ondas sísmicas más deprisa que una capa de lodo no consolidada. 2. Dentro de una capa determinada, la velocidad de las ondas sísmicas aumenta generalmente con la profundidad, porque la presión aumenta y comprime la roca transformándola en un material elástico más compacto. 3. Las ondas compresivas (ondas P), que vibran hacia atrás y hacia delante en el mismo plano que su dirección de movimiento, son capaces de propagarse a través de líquidos, así como de sólidos. 4. Las ondas de cizalla (ondas S), que vibran en ángulo recto con respecto a su dirección de desplazamiento, no pueden propagarse a través de los líquidos. 5. En todos los materiales, las ondas P viajan más deprisa que las ondas S. 6. Cuando las ondas sísmicas pasan de un material a otro, la trayectoria de la onda se refracta. Además, la discontinuidad (el límite entre los dos materiales diferentes) refleja algo de la energía. Esto es similar a lo que ocurre a la luz cuando pasa del aire al agua. Por tanto, dependiendo de la naturaleza de las capas a través de las cuales pasen, las ondas sísmicas van más rápidas o lentas, y pueden refractarse o reflejarse. Estos cambios medibles en los movimientos de las ondas sísmicas permiten a los sismólogos sondear el interior de la Tierra. Ondas Sísmicas y la Estructura Interna de la Tierra Cuando se desarrollaron sismógrafos más sensibles, resultó más evidente que se producían cambios de velocidad bastante abruptos a profundidades concretas de la Tierra. Dado que estas discontinuidades se detectaron en todo el mundo, los sismólogos llegaron a la conclusión de que la 5  Apuntes Cátedra Geología Aplicada Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de San Juan Tierra debía estar compuesta por distintas capas con propiedades mecánicas o composicionales, o ambas cosas, variables. En la actualidad se han detectado tres discontinuidades principales o de primer orden: Así, se ha demostrado que la Tierra es heterogénea y está formada por unas capas concéntricas con distintas propiedades. Las principales discontinuidades del interior de la Tierra son las siguientes: a) Discontinuidad de Mohorovicic: - En esta zona, las ondas sísmicas P y S aumentan bruscamente su velocidad. - Separa los materiales menos densos de la corteza (silicatos de aluminio, calcio, sodio y potasio) de los materiales más densos del manto (silicatos de hierro y magnesio). - Se sitúa a una profundidad media de unos 35 km, pudiendo encontrarse a 70 km de profundidad bajo los continentes o a solo 10 km bajo los océanos. b) Discontinuidad de Gutenberg - Indica la separación entre el manto y el núcleo terrestre. - En esta zona, a unos 2900 km de profundidad, las ondas P disminuyen bruscamente su velocidad y las ondas S no pueden atravesarla, por lo que el núcleo debe encontrarse en un estado fluido. c) Discontinuidad de Wiechert-Lehmann- Jeffrys o discontinuidad de Lehmann - Situada a 5155 km de profundidad media, separa el núcleo externo (fluido) del núcleo interno (sólido) de la Tierra, donde se produce un aumento de la velocidad de las ondas P. - El centro de la Tierra está a unos 6371 km. Corteza Otras discontinuidades de segundo orden son: Discontinuidad de Conrad: Esta discontinuidad fue obtenida a partir del comportamiento de las ondas sísmicas al atravesar la corteza continental, las cuales aumentan de velocidad discontinuamente al atravesar esta zona. Está localizada entre los 15 y los 20 km de profundidad en la corteza continental, no estando presente en la corteza oceánica. Además de no estar presente en la corteza oceánica, tampoco está presente en todas las regiones continentales. 6  Apuntes Cátedra Geología Aplicada Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de San Juan Discontinuidad de Repetti: corresponde a la superficie de transición entre el manto superior y el manto inferior. Esta discontinuidad, localizada a cerca de 700 km de profundidad fue obtenida debido a que las ondas sísmicas aumentan repentinamente de velocidad, lo que lleva a concluir que el manto superior se encuentra en un estado más fluido que el manto inferior, cuya viscosidad se aproxima al estado sólido. ESTRUCTURA INTERNA DE LA TIERRA La separación en capas de distinta composición se produjo probablemente por la estratificación por densidades que tuvo lugar durante el período de fusión parcial de las primeras etapas de la historia de la Tierra. Durante este período, los elementos más pesados, principalmente el hierro y el níquel, se fueron hundiendo a medida que los componentes rocosos más ligeros flotaban hacia arriba. Antes bien, consiste en tres regiones principales que tienen composiciones químicas notablemente diferentes. Las principales capas que componen la Tierra son:  la corteza  el manto  el núcleo 7  Apuntes Cátedra Geología Aplicada Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de San Juan La segregación de material que empezó muy temprano en la historia de la Tierra tuvo como resultado la formación de tres capas definidas por su composición química: la corteza, el manto y el núcleo. Además de estas tres capas de diferente composición, la Tierra se puede dividir en capas en función de sus propiedades físicas. Las propiedades físicas utilizadas para definir estas zonas son su carácter sólido o líquido y cuán dúctil o resistentes son. El conocimiento de ambos tipos de estructuras en capas es esencial para la comprensión de los procesos geológicos básicos, como el volcanismo, los terremotos y la formación de montañas 1. Modelo Estático basado en la composición química de las capas: A. Corteza Es la capa rocosa externa, comparativamente fina en relación con las otras capas de la Tierra y es la parte más heterogénea de la misma, ya que está sometida a cambios continuos provocados por la acción de fuerzas antagónicas, las endógenas o constructoras de relieve (orogénesis, vulcanismo) y las exógenas o destructoras de relieves (erosión). Los conocimientos sobre la estructura de la corteza permiten distinguir en ella tres capas: ❖ Corteza superficial: es la capa sedimentaria superficial, discontinua. Está formada por rocas sedimentarias y sedimentos, cuyo espesor puede llegar en ciertas zonas continentales a varios miles de metros, mientras que en Jos fondos oceánicos raramente supera los 500 a 1 000 metros y en algunas zonas falta por completo. ❖ Corteza granítica intermedia, también denominada corteza continental. El espesor de esta capa es de 15 a 20 km. debajo de los continentes, faltando por completo en los fondos oceánicos. Está constituida por rocas cuya composición química media es similar a la del granito y cuya densidad relativa es de 2,7 g/cm3. Antiguamente se la denominada SIAL, término que resulta de combinar los elementos químicos más abundantes de la corteza: silicio (Si) y aluminio (Al). ❖ Corteza oceánica, también denominada corteza basáltica inferior. Está formada por materiales de composiciones muy similares al basalto y con una densidad relativa media de 3 g/cm3. Anteriormente se empleaba el término SIMA, término que resulta de combinar los elementos químicos más abundantes de la corteza: silicio (Si) y magnesio (Ma). En Jos fondos oceánicos la capa granítica falta por completo y determina que la corteza oceánica debajo de la delgada capa sedimentaria, y en algunos sectores donde falta esta última aflora directamente debajo del agua. B. Manto Es la capa intermedia que se extiende desde la base de la corteza, hasta los 2900 km de profundidad (donde se encuentra la "discontinuidad de Gutemberg"). El manto representa el 83% del volumen de la Tierra y el 65% de su masa. La presencia de una discontinuidad de segundo orden, a los 700 km. de profundidad "discontinuidad de Repettí", lleva a suponer que el manto tiene dos capas: 8  Apuntes Cátedra Geología Aplicada Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de San Juan ❖ Manto externo, desde la discontinuidad de Mohorovicic hasta la de Repetti. Esta zona, al menos en parte, podría estar parcialmente fundida ❖ Manto interno, desde la discontinuidad de Repetti hasta la discontinuidad de Gutemberg. Se admite que el manto está formado por rocas ultrabásicas (peridotitas), ricas en silicatos de hierro y magnesio y una mezcla de óxidos de magnesio, hierro y silicio. Su densidad oscila entre 3,3 a 6 g/cm3. Desde el punto de vista geológico, el manto tiene gran importancia, especialmente en la capa más superficial, pues con toda seguridad la corteza terrestre se formó por diferenciación de los materiales del manto superior. Por otra parte, numerosos e importantes fenómenos geológicos que afectan a la corteza terrestre como la orogénesis (formación de montañas), vulcanismo, sismos, etc. tienen su origen en el manto superior. La fuerza motriz que provoca los más importantes cambios en la corteza terrestre tiene su origen en el manto subcortical y se trata simplemente de corrientes de convección existentes en el mismo. El primero investigador en sostener la existencia de estas corrientes fue Meinesz (1946), quien suponía que en ciertas áreas locales o regionales del manto y debido a las altas temperaturas existentes, las rocas se dilataban, extendiéndose lateralmente bajo la corteza terrestre, enfriándose y descendiendo. Recientemente, el descubrimiento de las dorsales submarinas y el estudio de sus características parece probar la existencia de las corrientes de convección en el manto. Dichas dorsales, caracterizadas por altos flujos de calor y por una gran inestabilidad sísmica, corresponderían a las crestas de las corrientes de convección, que, por otra parte, serían la fuerza motora que produce el desplazamiento de los continentes. C. Núcleo. Es la capa más interna de la Tierra. Se extiende desde la discontinuidad de Gutemberg a 2900 km de profundidad, hasta el centro de la Tierra (6371 km). Representa aproximadamente el 14% del volumen de la Tierra y el 31 % de su masa. Los datos más recientes sobre el comportamiento sísmico del núcleo permiten suponer que está formado por dos partes claramente diferenciadas: núcleo externo y núcleo interno. Núcleo externo: se extiende desde los 2900 km. (discontinuidad de Gutemberg) hasta los 5150 km (discontinuidad de Weichert), con una densidad relativa de 10 g/cm3. Las características sísmicas del núcleo externo, especialmente la no transmisión de las ondas S, hacen suponer que se comporta como un líquido (para muchos autores sus materiales estarían en estado de fusión). Núcleo interno: se extiende desde los 5150 km hasta el centro de la Tierra, es sólido y tiene una densidad relativa de 13 g/cm3. Se cree que éste ha solidificado como resultado del congelamiento que se produce en la mayoría de los líquidos cuando la temperatura disminuye y la presión aumenta. Tanto por los procesos de diferenciación magmática (vistos con anterioridad) como por comparación con algunos meteoritos, se cree que ambas capas del núcleo están formadas por 90% hierro (Fe), 8% de níquel (Ni) y en menor proporción por azufre (S) y carbono (C) formando sulfuros 9  Apuntes Cátedra Geología Aplicada Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de San Juan y carburos metálicos. Anterior mente se denominada a esta capa como NIFE, término que surge de unir el nombre de los principales elementos químicos (hierro y níquel). Este núcleo metálico sería el principal factor estructural del campo magnético terrestre. Sobre las condiciones termodinámica de los materiales del núcleo se tiene pocos datos, pero se admite que las presiones alcanzan varios centenares de miles de atmósferas y que las temperaturas son del orden de algunos miles de grados centígrados. 2. Modelo Dinámico Basado en el comportamiento mecánico de los materiales, los geofísicos dividen a la Tierra en tres capas: A. Litosfera Comprende a la corteza y a la parte superior del manto superior. Las rocas de la litosfera tienen una densidad aproximada de 3,3 g/cm3. Está constituida por materiales rígidos y su espesor es de unos 150 km bajo los continentes y alrededor de 70 km bajo los océanos. Litosfera continental y litosfera oceánica Diversas pruebas científicas han establecido que la litosfera bajo los continentes es más gruesa que la litosfera bajo las cuencas oceánicas. Es así como se habla de una litósfera continental y una litósfera oceánica. ❖ Litosfera oceánica: Es la que está formada por corteza oceánica y la parte superficial sólida del manto, también llamado manto residual. Constituye los fondos de los océanos y tiene un espesor medio de 70 km, pero en las grandes cordilleras que hay en el fondo de los océanos, las denominadas dorsales oceánicas, su espesor es de sólo 7 km. ❖ Litosfera continental: Es la que está formada por corteza continental y manto residual. Es la que constituye los continentes. Tiene un espesor medio de unos 120 - 150 km. 10  Apuntes Cátedra Geología Aplicada Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de San Juan B. Astenosfera Capa blanda del manto superior. Se extiende por debajo de la litosfera hasta una profundidad de 600 a 800 km. Se supone constituida por materiales viscosos, susceptibles de deformarse y parcialmente fundidos. En ella se producen importantes movimientos de convección de la materia, los cuales tienen importancia en el movimiento de la litosfera. C. Mesosfera corresponde a la parte del manto situada debajo de la astenosfera, está constituida por materiales rígidos, poco susceptibles a deformarse. D. Endosfera Constituido por un núcleo externo fluido y un núcleo interno sólido. Se considera que las corrientes convectivas que se dan en esta capa son las responsables del Campo Magnético Terrestre. Equivale a la capa núcleo de la clasificación por composición. En algunos casos se omite esta capa considerando todo como núcleo externo e interno. La temperatura aumenta constantemente hacia adentro desde la superficie terrestre, de modo que el cambio de la litosfera a la astenosfera es gradual y no abrupto. El concepto importante que de deduce a partir de lo enunciado la litosfera es rígida y quebradiza, forma una cáscara dura capaz de desplazarse en bloque por encima de la astenosfera, blanda y plástica. Este movimiento es excesivamente lento y está distribuido a través de un grosor de muchas decenas de kilómetros. Cabe señalar que esta nueva estructura del manto propuesta por los geofísicos es perfectamente compatible con la tradicional división del interior de la Tierra, y se basa más que en criterios petrológicos, en criterios de elasticidad y rigidez de los materiales. 11  Apuntes Cátedra Geología Aplicada Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de San Juan Distribución de densidades El medir la densidad media de toda la Tierra requiere conocer tanto su masa como su volumen. Dividiendo la masa (6 x 1027 g) por el volumen (1.1 x 1027 cm3) se tiene una densidad media de 5.5 g/cm3. Esta cifra es el doble de la densidad del granito (2.6 g/cm3) densidad que se le atribuye a la corteza continental y la del basalto (3.0 g/cm3) densidad que se le atribuye a la corteza oceánica. Entre la capa más externa y el núcleo terrestre, la densidad media que se le atribuye al manto está sobre 4.0 y 6.0 g/cm3, estos valores corresponden a rocas ultramáficas. El núcleo tiene una alta densidad (10.0 a 12.0 g/cm3), siendo el núcleo sólido más denso que el externo, que es líquido. Se supone que este cambio de densidad es simplemente debido a la diferencia de densidad que existe entre las fases sólida y líquida de los metales que lo componen. A continuación, en la figura se muestra otro modelo de la posible distribución de densidades en el interior de la tierra. 3 Densidad (g/cm ) 2,90 3,5 4,3 5,5 10 12,3 13,3 GRADIENTE GEOTÉRMICO Al bajar en profundidad la temperatura sube 3.3°C cada 100 metros (aumenta 33° C grados cada kilómetro). Este aumento de temperatura en profundidad se conoce como gradiente geotérmico terrestre. Este incremento no se mantiene a grandes profundidades, sino que se atenúa. Si fuese así, a 1000 km de profundidad se alcanzaría una temperatura de 30000° C y todas las rocas del manto estarían fundidas. 12  Apuntes Cátedra Geología Aplicada Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de San Juan Se considera que en el manto el incremento de temperatura está en torno a 0.5° C / Km. Se calcula que, en el centro de la Tierra, a 6371 km, la temperatura no supera los 5000° C. Dos son las hipótesis que intentan explicar el origen del calor interno de la Tierra. La primera considera que se trata de un calor remante del primitivo estado de alta temperatura por el que pasó el planeta en sus primeras etapas de formación. La segunda hipótesis sostiene que el calor interno se debe a la energía liberada en la desintegración natural de los elementos radioactivos, que son especialmente abundantes en las capas bajas de la corteza terrestre y en las más superficiales del manto, es decir allí donde el gradiente geotérmico parece ser mayor. Actualmente muchos científicos consideran que el calor interno es una combinación de las dos hipótesis. NOCIONES DE TECTÓNICA DE PLACAS Teoría de la tectónica de placas y la deriva continental La teoría de tectónica de placas explica el proceso de formación, destrucción y movimientos de la corteza del planeta. La misma fue creada por diversos científicos quienes se basaron en la teoría la deriva continental propuesta por Wegener y la teoría de expansión de los océanos. La teoría de la deriva continental y la teoría tectónica de placas, erróneamente suelen ser consideradas como sinónimos. La teoría tectónica de placas explica cómo está conformada la litosfera (capa más superficial de la Tierra) y como se mueven las placas tectónicas; como se forman las cadenas montañosas, el origen de los volcanes y terremotos, entre otros fenómenos. Esta teoría recoge otras de mayor antigüedad, tal es el caso de la teoría de la deriva continental propuesta Alfred Wegener 50 años antes. Teoría de la deriva continental (1915) En 1915, Alfred Wegener propuso su Teoría de la deriva continental. Wegener fue uno de los pioneros en proponer que la superficie de la Tierra había cambiado con el paso del tiempo. Al igual que Magallanes, Wegener notó que los bordes de las líneas costeras de los continentes parecían encajar entre sí, tal como un rompecabezas. Por lo cual expuso que éstos pudieron haber formado un solo continente en el pasado al cual denominó “Pangea” que en griego significa “toda la tierra”. A su vez, diversos paleontólogos habían descubierto fósiles de criaturas similares a las encontradas en otros continentes. Además, se realizaron estudios del clima y revelaron que los glaciares cubrieron grandes partes del mundo que hoy se encuentran extensamente distanciadas. Estos hallazgos fueron suficientes para que Wegener considerara que la litosfera había estado en constante movimiento. Esta teoría fue rechazada por los científicos de la época, ya que no explicaba el porqué de los movimientos ni cómo se producían. 13  Apuntes Cátedra Geología Aplicada Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de San Juan Pangea Pangea (Pangaea) fue el nombre dado por Wegener a un supercontinente que existió hace más de 300 millones de años, en las eras Paleozoica y Mesozoica. La separación de este supercontinente a lo largo del tiempo dio origen a los continentes actuales. Se estima que Pangea era una masa de tierra con forma de "C”, la cual se encontraba distribuida a través del Ecuador y estaba rodeada por un extenso océano llamado Pantalasa (Panthalassa). Se cree que Pangea comenzó a separarse entre los períodos del Triásico y Jurásico. Como consecuencia de los cambios y movimientos de las placas tectónicas. Inicialmente Pangea se dividió en dos continentes, el continente al sur se denominó Gondwana y el del norte fue llamado Laurasia, los cuales se encontraban separados por un mar circunecuatorial (mar de Tetis). Así sucesivamente se fueron produciendo nuevos cambios y movimientos de las placas tectónicas que dieron origen a los continentes actuales. Cabe destacar que el proceso geológico de desplazamiento de los continentes o deriva continental, continúa en marcha. Pruebas de la deriva continental Wegener aportó 4 pruebas para formular su teoría: ❖ Geográficas: Wegener sospechó que los continentes en el pasado podrían haber estado unidos al observar una gran coincidencia en la forma de las costas de todos ellos, especialmente entre Sudamérica y África. Si en el pasado estos continentes hubieran estado unidos formando uno solo (Pangea) es lógico que los fragmentos encajen. ❖ Paleontológicas: Entre las pruebas más importantes están en las paleontológicas, es decir, las concernientes a los fósiles. Existen varios ejemplos de fósiles de organismos idénticos que se han encontrado en lugares que hoy distan miles de kilómetros, como la Antártida, Sudamérica, África, India y Australia. Esta prueba indica que los continentes estuvieron reunidos en alguna época pasada. ❖ Geológicas y tectónicas: si se unen los continentes en uno sólo se puede observar que los tipos de rocas, su cronología y las cadenas montañosas tendrían continuidad física, es decir formarían un cinturón casi continuo. ❖ Paleoclimáticas: este tipo de pruebas eran las más importantes para Wegener. El científico alemán descubrió que existían zonas en la Tierra cuyos climas actuales no coincidían con los que tuvieron en el pasado. Así, zonas actualmente cálidas estuvieron cubiertas de hielo en 14  Apuntes Cátedra Geología Aplicada Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de San Juan el pasado (India, Australia), mientras que en esa época el norte de América y Europa eran bosques muy cálidos. Teoría de las Placas Tectónicas Se basa en un sencillo modelo de la Tierra que expone que la rígida litosfera se encuentra fragmentada, formando un mosaico de numerosas piezas de diversos tamaños en movimiento llamadas placas, que encajan entre sí y varían en grosor según su composición ya sea corteza oceánica, continental o mixta. Mediante investigaciones geofísicas se ha observado que debajo de los océanos, a profundidades del orden de 4.000 m, se encuentran las denominadas Cordilleras o Dorsales Centro-Oceánicas, en las cuales se produce un intenso vulcanismo no explosivo. Como consecuencia de este proceso, el material incandescente, que asciende desde el manto superior, aflora en la superficie del fondo oceánico, a través de una depresión central. El material magmático se expande sobre el piso oceánico donde se enfría y solidifica, empujando a la litosfera hacia ambos lados de la dorsal, a razón de varios centímetros por año. Esto significa que las depresiones centrales de las Cordilleras Centro Oceánicas constituyen los lugares donde comienza la expansión de los fondos oceánicos. Para mantener un equilibrio global es necesario que el aporte del nuevo material ascendente, que forma nueva litosfera, sea compensado con la desaparición por absorción de la misma cantidad de litosfera, en otras zonas. Esto se produce en las fosas marinas, donde la litosfera oceánica se sumerge debajo de la litosfera continental, definiendo una geometría particular, a la que se denomina Zona de Subducción. Dicha zona comienza en el contacto de las dos placas y culmina generalmente a grandes profundidades (hasta 700 km), cuando la litosfera oceánica es absorbida por el manto 15  Apuntes Cátedra Geología Aplicada Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de San Juan Como resultado final, la interpretación de todos estos eventos se resume en la teoría de la tectónica de placas. Existen distintos tipos de placas: Placa Continental: es aquella formada principalmente por litosfera continental. Ejemplo: Placa de Arabia Oceánica: Esta no incluye continente alguno. Ejemplo: Placa de Nazca, Placa del Caribe, etc. Mixtas: formadas por litosfera oceánica y continental. Ejemplo: Placa Australiana La litosfera descansa sobre la astenósfera que es semiplástica, más caliente y débil, por lo que se cree que algún tipo de sistema de transferencia de calor dentro de la Tierra, procedente del núcleo y del manto, hace que las placas litosféricas se muevan. Entre 1923 y 1926, el científico irlandés John Joly propuso que, a causa de la mala conductividad térmica de la corteza, el calor radiactivo que se genera en la Tierra se acumula debajo de la corteza y funde el manto, lo que provoca una convección térmica (transferencia convectiva de calor). Esta hipótesis fue la base de la teoría de la convección en el manto, cuyo principal exponente Griggs (1939), la aplicó a la deriva continental. Esta teoría admite que la corteza terrestre está fragmentada en Placas Tectónicas, las cuales se desplazan pasivamente gracias a las corrientes de convección. Existen zonas donde las corrientes 16  Apuntes Cátedra Geología Aplicada Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de San Juan ascienden y otras en donde las corrientes descienden, siendo el propio peso de la masa hundida el que arrastra tras de sí al resto de la placa. El movimiento de las placas no se da en forma uniforme, se tienen zonas donde el movimiento es muy lento, del orden de una centésima de milímetro al año y otras en las cuales el movimiento es muy rápido, de más de 10 cm al año. De igual forma existen segmentos de la corteza que chocan entre sí y otros en que no existe este choque. Estos movimientos son llamados tectónicos y son los responsables de la aparición de montañas, volcanes, sismos, formación de plegamientos y fallas geológicas, expansión de océanos, desplazamiento de continentes y también está asociado a yacimientos minerales y petrolíferos. La configuración mundial de las placas es inestable y se está modificando lenta pero continuamente. Las principales Placas Tectónicas son: Africana, Antártica, Arábiga, Caribe, Cocos, Euroasiática, Filipina, Indoaustraliana, Norteamericana, Sudamericana y del Pacífico; otras menos grandes serian Nazca, Juan de Fuca y la Escocesa; existen, además, placas muy pequeñas llamadas microplacas como la Rivera, entre muchas otras y pueden estar situadas dentro de las principales o éstas pueden a su vez subdividirse, pero no todas están aún identificadas. Tipos de bordes de placas: Bordes Divergentes o dorsales oceánicas (bordes constructivos): Las placas se están separando una de otra debido a movimientos que las alejan. Cuando dos placas oceánicas se separan, la corteza se adelgaza y se fractura a medida que el magma, derivado de la fusión parcial del manto, asciende a la superficie, se filtra en las fracturas verticales y fluye sobre el suelo marino; al llegar a la superficie, sufre cambios formando una nueva corteza oceánica. Los lugares donde se crea nueva corteza oceánica se llaman centros de expansión, así como a las zonas de separación se le conocen como valles Rift o rift. La creación de nueva corteza es un resultado natural de la tectónica de placas. 17  Apuntes Cátedra Geología Aplicada Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de San Juan Al continuar separándose las placas esta nueva corteza oceánica es arrastrada hacia los lados y deja lugar para que ascienda más material del manto, este material caliente, y por lo tanto poco denso, transmite parte de su calor al material que tiene a los lados, el cual sube también, aunque no hasta la superficie, empujando el material que tiene encima y dando lugar a las grandes elevaciones sobre el nivel medio del fondo marino conocidas como dorsales o cordilleras oceánicas. La expansión también se presenta en placas continentales. Durante las primeras etapas de una ruptura continental, cuando el magma brota por debajo de un continente, la corteza se eleva, se estira y adelgaza produciendo valles tipo Rift. Conforme procede el agrietamiento la corteza continental acaba por romperse y las dos partes del continente se apartarán una de otra. Bordes Convergentes o zonas de subducción (bordes destructivos): En donde dos placas chocan, por tener movimientos con direcciones opuestas, la más densa se hunde debajo de la menos densa a lo largo de lo que se conoce como zona de subducción; la placa que subduce se va hacia el interior del manto, calentándose y fundiéndose parcialmente generando magma que asciende a la superficie. Una zona de subducción se caracteriza por deformación, vulcanismo, formación de montañas, metamorfismo, actividad sísmica y depósitos minerales importantes. 18  Apuntes Cátedra Geología Aplicada Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de San Juan Se reconocen tres modelos de límites en placas convergentes según sea la composición de las placas que interaccionan: a) Oceánico-Oceánico: En la colisión de dos placas oceánicas una de ellas, la del borde más denso, se desliza por debajo de la otra (subduce), ocasionando deformación en el borde no subducido y originando un hueco denominado fosa o trinchera oceánica; el magma producido por la placa, que entra y llega al manto, produce volcanes sobre la placa superior; estos volcanes pueden seguir creciendo superando el nivel del mar y formando arcos de islas o un arco insular volcánico (Ej.: islas del Japón y las Filipinas). b) Oceánico-Continental. En este caso, la corteza oceánica que es más densa se subduce debajo de la continental, que flota por ser más ligera, regresando al manto donde las altas temperaturas la funden. Las placas no se deslizan suave y continuamente una sobre otra, existe gran fricción debido a las fuerzas de compresión que actúan en el contacto entre las dos uniéndolas temporalmente, de manera que su movimiento relativo hace que ambas se deformen y parte de la deformación es permanente, contribuyendo a la formación de cadenas de volcanes llamadas montañas de arco o arco volcánico (Ej.: los Andes). c) Continental-Continental (obducción). El caso de una colisión continente contra continente tiene resultados distintos a los de los casos anteriores. Como ambas son demasiado livianas para hundirse en el manto no se produce el proceso de subducción correcto, como el movimiento debe ser absorbido de alguna manera, esto se lleva a cabo mediante la deformación en sentido vertical de ambas placas, que quedan unidas por una zona de sutura, formándose un cinturón montañoso interior y sufriendo, además, numerosos sismos. Este 19  Apuntes Cátedra Geología Aplicada Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de San Juan proceso es muy importante, pues es el que ha dado lugar a las cadenas de montañas más altas de la Tierra y es un proceso muy activo en la actualidad (Ej.: Los Alpes, Los Montes Urales y Montes Himalaya). Bordes Transformantes o fallas transformantes: Estos límites ocurren cuando dos placas se deslizan en sentido opuesto, de forma más o menos paralela a la dirección del movimiento de la placa, dando por resultado una zona rocosa muy fracturada que a menudo une secciones de cordilleras oceánicas o de trincheras. En este caso no hay creación ni destrucción de litósfera, pero la zona es idónea de sufrir numerosos sismos superficiales debido al rozamiento (Ej.: Falla de San Andrés, California). EDAD RELATIVA Y ABSOLUTA Interpretar la historia de la Tierra es un objetivo fundamental de la Geología. Como un detective actual, el geólogo debe interpretar las pistas que se encuentran conservadas en las rocas. Estudiando estas rocas, en especial las rocas sedimentarias, y los rasgos que contienen, los geólogos pueden desvelar las complejidades del pasado. Los acontecimientos geológicos por sí mismos, sin embargo, tienen poco significado hasta que se sitúan en una perspectiva temporal, se requiere de un ordenamiento u organización cronológica de los eventos. Por lo tanto, para conocer la historia de la Tierra es necesario que ordenemos los acontecimientos que conocemos. En geología, se pueden datar los sucesos o materiales de dos formas: 20  Apuntes Cátedra Geología Aplicada Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de San Juan ❖ Datación relativa: se trata de determinar que sucedió antes y que después sin ofrecer cifras numéricas de cada periodo. Consiste en ordenar rocas, fósiles o acontecimientos desde los más antiguos a los más modernos, sin precisar la edad que tienen. ❖ Datación absoluta: consiste en poner fecha a los materiales o sucesos, es decir, precisar mediante datos numéricos, los años que tienen. Datación relativa La datación relativa 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 esas técnicas; simplemente las complementaron. Para establecer una escala de tiempo relativo, hubo que descubrir unos pocos principios o reglas básicos y aplicarlos. ❖ Ley de la superposición La ley establece simplemente que, en una secuencia no deformada de rocas sedimentarias, cada estrato es más antiguo que el que tiene por encima y más joven que el que tiene por debajo. ❖ Principio de la horizontalidad original Se basa en que las capas de sedimento se depositan en general en una posición horizontal. Por tanto, cuando observamos estratos rocosos que son planos, deducimos que no han experimentado perturbación y que mantienen todavía su horizontalidad original. Si están plegados o inclinados deben de haber sido movidos a esa posición por perturbaciones de la corteza algún tiempo después de su depositación ❖ Principio de intersección Todo proceso o estructura geológica es más moderna que las rocas o estructuras a las que afecta y más antigua que las rocas o estructuras a las que no afecta. 21  Apuntes Cátedra Geología Aplicada Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de San Juan ❖ Principio de sucesión faunística Los organismos fósiles se sucedieron unos a otros en un orden definido y determinable, y, por tanto, cualquier período geológico puede reconocerse por su contenido en fósiles. Recordar: fósiles son restos de vida (animal o vegetal) prehistórica en las rocas. Datación absoluta La datación absoluta es un conjunto de técnicas que permiten determinar la edad concreta, en millones de años, de un material o acontecimiento geológico. Existen numerosos métodos para realizar una datación absoluta, que se diferencian en la técnica utilizada y en el rango de antigüedad que queremos determinar. Algunos de los principales métodos de datación absoluta son: ❖ La dendrocronología La dendrocronología consiste en la datación con el estudio de los anillos de los árboles. Cada año, los árboles generan un par de anillos, uno claro y otro oscuro, cuyo grosor depende de las condiciones ambientales en las que se ha desarrollado el árbol. Si han sido unas condiciones duras, como sequía o de bajo rendimiento fotosintético, los anillos son muy finos. Si las condiciones han sido favorables, los anillos son más gruesos. Aunque es una técnica de datación absoluta, es difícil de aplicar en geología por la poca antigüedad que se puede determinar. ❖ Varvas glaciares Las varvas glaciares son pares de estratos de pequeños grosores que se depositan en el fondo de los lagos de deshielo de un frente glaciar. Anualmente, alternan dos tipos de estratos: Un estrato claro, limoso o arenoso. Se deposita en primavera y otoño, con los sedimentos procedentes del glaciar. Un estrato oscuro, de arcilla y materia orgánica del lago. Se deposita en invierno, cuando el lago se hiela. 22  Apuntes Cátedra Geología Aplicada Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de San Juan Así, estudiando la variación de estas varvas glaciares, más o menos gruesas, se establece una secuencia que puede ser utilizada para correlacionarlas con las de otra parte de la región y obtener datos sobre la climatología y avances y retrocesos de los glaciares de la zona. ❖ Método radiométrico Es la técnica más utilizada. El método está basado en el hecho de que los átomos de ciertos elementos químicos inestables (“elementos padres”) experimentan con el tiempo un proceso de desintegración radiactiva que los transforman en otros elementos químicos estables (“elementos hijos”). Este proceso se realiza a velocidades constantes, de ahí su utilidad en la datación. Esto es, el tiempo que tarda un elemento en pasar de una forma a otra es siempre el mismo. Por tanto, si podemos saber la cantidad inicial de ese elemento y la cantidad final, podremos calcular el tiempo que ha pasado. CUADRO GEOCRONOLÓGICO Tiempo geológico La geología se rige por un sentido del tiempo diferente al que estamos acostumbrados a concebir los humanos. Debemos tener en cuenta que esta ciencia abarca toda la historia del planeta, un gran lapso en el que se hace inviable utilizar conceptos temporales de nuestra vida cotidiana como son los días, los 23  Apuntes Cátedra Geología Aplicada Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de San Juan meses o los años, incluso hablar de cientos o miles de años como se hace en historia. Por ello en Geología utilizamos otra unidad de tiempo: el millón de años (abreviado Ma). En el estudio de la Geología, es importante la apreciación de la magnitud del tiempo geológico, porque muchos procesos son tan graduales que se necesitan enormes lapsos antes de que se produzcan resultados significativos. ¿Qué representan 4.500 millones de años? Una interesante comparación es la siguiente: comprimamos, por ejemplo, los 4.500 millones de años de tiempo geológico en un solo año. A esa escala, las rocas más antiguas que conocemos tienen fecha de mediados de marzo. Los seres vivos aparecieron en el mar por primera vez en mayo. Las plantas y los animales terrestres emergieron a finales de noviembre y las amplias ciénagas que formaron los depósitos de carbón florecieron aproximadamente durante cuatro días a principios de diciembre. Los dinosaurios dominaron la Tierra a mediados de diciembre, pero desaparecieron el día 26, más o menos a la vez que se levantaron por primera vez las Montañas Rocosas. Criaturas de aspecto humano aparecieron en algún momento de la tarde del 31 de diciembre y los casquetes polares más recientes empezaron a retroceder desde el área de los Grandes Lagos y el norte de Europa alrededor de 1 minuto y 15 segundos antes de la media noche del 31. Roma gobernó el mundo occidental durante cinco segundos, desde las 11 h 59.45 hasta las 11 h 59.50. Colón descubrió América tres segundos antes de la medianoche, y la ciencia de la Geología nació con los escritos de James Hutton pasado un poco el último segundo del final de nuestro memorable año. Lo anterior no es más que una de las muchas analogías que se han concebido en un intento por comunicar la magnitud del tiempo geológico. Aunque útiles, todas ellas, por muy inteligentes que sean, sólo empiezan a ayudarnos a comprender la vasta extensión de la historia de la Tierra. Escala de tiempo geológico La escala de tiempo geológico es el marco de referencia para representar los eventos de la Historia de la Tierra y de la vida ordenados cronológicamente. Establece divisiones y subdivisiones de los eventos geológicos según su edad relativa y del tiempo absoluto transcurrido desde la formación de la Tierra hasta la actualidad. Las unidades principales de esta escala temporal se delinearon durante el siglo XIX y dado que entonces no se disponía de la datación absoluta, la escala temporal completa se creó utilizando métodos de datación relativa, específicamente por su contenido faunístico. Hubo que esperar al siglo XX para que los métodos radiométricos permitieran añadir fechas numéricas. Los geólogos han dividido los 4600 millones de años de historia de la Tierra en eones, eras, períodos, épocas y edades. Estas divisiones no abarcan la misma cantidad de tiempo, sino que dividen la historia según los acontecimientos geológicos, biológicos y climáticos más relevantes que han tenido lugar y han quedado registrados en las rocas. A fin de simplificar nuestro estudio, haremos algunas consideraciones: ❖ Se conocen cuatro eones, pero no tendremos en cuenta esta división ❖ Trabajaremos a nivel “era” y “periodo” comenzando con el Paleozoico ❖ No se tendrán en cuenta el nivel “época” 24  Apuntes Cátedra Geología Aplicada Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de San Juan ❖ Todo el tiempo anterior al Cámbrico será asignado como Precámbrico ❖ Las edades siempre van desde lo más antiguo a la base y lo más reciente hacia el techo Teniendo en cuenta está consigna podemos dividir el tiempo geológico en tres eras: Era Cenozoica Era Mesozoica Era Paleozoica ERA PERIODO INICIO PERIODO CUATERNARIO 1.6 Ma CENOZOICA TERCIARIO 66.4 Ma CRETÁCICO 144 Ma MESOZOICA JURÁSICO 208 Ma TRIÁSICO 245 Ma PÉRMICO 286 Ma CARBÓNICO 360 Ma DEVÓNICO 408 Ma PALEOZOICA SILÚRICO 438 Ma ORDOVÍCICO 505 Ma CÁMBRICO 570 Ma PRECÁMBRICO SISMOS Un sismo o terremoto es un proceso físico de liberación súbita de energía acumulada en las rocas del interior de la Tierra, que se manifiesta por desplazamientos de bloques anteriormente fracturados. Una parte importante de la energía liberada en este proceso se propaga en forma de ondas sísmicas, las cuales son percibidas en la superficie de la Tierra como una vibración. El término “temblor” es utilizado corrientemente para calificar los sismos de baja a regular intensidad, generalmente con una magnitud menor a 6 y que no causan grandes daños. Mientras que la palabra terremoto se aplica a los sismos de gran intensidad y magnitud, que provocan efectos destructivos en las construcciones realizadas por el hombre y/o pérdidas de vidas humanas. Sin embargo, el término terremoto puede ser empleado para calificar cualquier sismo, ya que etimológicamente significa movimiento de tierra. El punto en el interior de la Tierra donde comienza la fracturación y del cual se irradian la energía liberada en forma de ondas sísmicas, se denomina hipocentro o foco y el punto de la superficie 25  Apuntes Cátedra Geología Aplicada Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de San Juan terrestre situado justo por encima de él se llama epicentro. La distancia epicentral es la longitud existente entre el epicentro y el lugar de medición (estación sismológica) sobre la superficie terrestre. Mientras que la profundidad de foco es la distancia vertical entre el hipocentro y el epicentro Ondas Sísmicas La energía liberada durante un sismo es irradiada desde su origen en todas las direcciones en forma de ondas. Estas ondas son análogas a las producidas cuando se lanza una piedra en un depósito de aguas tranquilas. Exactamente igual a como el impacto de la piedra induce el movimiento de ondas en el agua, un terremoto genera ondas sísmicas que irradian a través de la Tierra. Aun cuando la energía de las ondas sísmicas se disipa rápidamente conforme se alejan del foco, instrumentos sensibles (sismógrafos) localizados por todo el mundo registran el acontecimiento. Hay dos tipos principales de ondas: a) las Ondas que viajan por el interior de la tierra denominadas ondas de Cuerpo u Ondas Internas. b) Ondas Superficiales que se desplazan solamente por la superficie terrestre. Las Ondas de Cuerpo a su vez se dividen en: Ondas Primarias u Ondas P, son ondas de presión, son las que tienen mayor velocidad respecto a las demás y a su vez pueden atravesar materiales sólidos o líquidos. Su movimiento produce la compresión y dilatación temporal de las rocas en la misma dirección que la propagación de la onda Ondas Secundarias u Ondas S, son ondas de corte o cizalla, más lentas que las Ondas P, viajan solamente por roca sólida. Producen una deformación temporal perpendicular a la dirección en que 26  Apuntes Cátedra Geología Aplicada Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de San Juan se desplaza la onda. Tal como se dijo anteriormente, las ondas S no atraviesan el núcleo externo terrestre por ser líquido. Las Ondas Superficiales Son las más lentas y se desplazan solamente en la superficie de la Tierra; por sus características son las más destructivas, y se dividen en: Ondas Rayleigh: resultan de una combinación particular entre los desplazamientos de las partículas debido a las ondas P y S. Las partículas se mueven en forma elipsoidal en el plano vertical que pasa por la dirección de propagación. Ondas Love, son ondas de cizalla donde las partículas oscilan sólo en la dirección perpendicular al plano de propagación, el movimiento se produce solo en forma horizontal. La velocidad de las ondas Love es ligeramente superior a la velocidad de las ondas Rayleigh. Medición de los Sismos Las escalas utilizadas para efectuar la medición de un sismo son: la Intensidad y la Magnitud. La INTENSIDAD está relacionada a los efectos que provoca un terremoto. La escala más utilizada por la mayoría de los países es la escala Mercalli Modificada (MM), que es cerrada y tiene doce grados expresados en números romanos (I al XII). La intensidad de un sismo en esta escala de clasificación 27  Apuntes Cátedra Geología Aplicada Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de San Juan depende de las condiciones del terreno, la vulnerabilidad de las construcciones y la distancia epicentral. La escala tiene carácter subjetivo y varía de acuerdo con la severidad de las vibraciones producidas en un lugar determinado, tiene en cuenta los daños causados en las edificaciones, los efectos en el terreno, en los objetos y en las personas. Por otra parte, la MAGNITUD es una medida instrumental relacionada con la energía elástica liberada por el sismo, y propagada como ondas sísmicas en el interior y en la superficie de la tierra. Es independiente de la distancia entre el hipocentro y el sitio de observación, y resulta en un valor único, que se obtiene matemáticamente del análisis de los sismogramas. Existen diferentes escalas para medir la Magnitud, aunque la más difundida es la de Richter. Ésta es una escala abierta, por lo cual no tiene límite superior ni inferior; su valor es logarítmico y se expresa con números decimales. El último gran terremoto ocurrido en San Juan, el 23 de noviembre de 1977, con epicentro en la provincia de San Juan, alcanzó 7,4 grados de Magnitud. Resulta evidente, por lo tanto, que para un mismo terremoto la Intensidad tendrá distintos valores dependiendo del lugar en dónde se realice el análisis de los daños causados en los edificios, efectos en el terreno y en las personas; mientras que la Magnitud tendrá un solo valor ya que está relacionada con la energía que liberó el sismo. Distribución Geográfica de los Sismos La distribución geográfica de los terremotos no es al azar; muy al contrario, existen zonas sísmicas muy bien definidas, donde se localizan la mayor parte de los terremotos registrados en el mundo, frente a otras zonas asísmicas, que proporcionalmente ocupan una superficie del planeta mucho mayor, en las cuales el registro de actividad sísmica es marcadamente menor o casi nulo. Además, la distribución geográfica de los sismos coincide, en líneas generales, con la distribución de las áreas volcánicas y de los grandes cinturones orogénicos recientes, el ejemplo más claro es el arco de fuego circumpacífico. La Teoría de la Tectónica de Placas ha venido a aportar una luz nueva y definitiva sobre la cuestión de la distribución geográfica de los sismos y de su coincidencia básica con las áreas volcánicas y orogénicas. En forma general, la distribución geográfica de los terremotos nos señala la posición de los límites de placas. Cualquier movimiento de masas litosféricas se traduce en vibración y, por tanto, en un sismo. No obstante, el origen, profundidad, intensidad y frecuencia con los que ocurren dichos terremotos son característicos de cada tipo de límite o borde. Veamos, estas características básicas: Sismos en fallas transformantes En estas zonas se originan terremotos superficiales y de gran intensidad. Ejemplo: falla de San Andrés en California. Sismos en límites divergentes (dorsales) Los sismos en zonas de dorsal están asociados a movimientos distensivos. Los sismos son superficiales (0 a 30 Km), consecutivos y de magnitud media ya que se trata de un acoplamiento por distensión (con umbrales de esfuerzo bajo). 28  Apuntes Cátedra Geología Aplicada Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de San Juan Sismos en límites convergentes (zonas de subducción y colisión) Los terremotos originados en esta zona disipan más del 75% de la energía sísmica del globo. Comprenden sismos superficiales (0 a 100 km), intermedios y profundos (100 a 700 Km). Suelen ser más discontinuos en el tiempo que los generados en zonas de dorsal, pero de mayor intensidad. Así, desde al punto de vista geológico, las zonas conocidas como las más activas del mundo en estos términos forman dos grandes alineaciones de miles de kilómetros de longitud y sólo unos pocos de ancho:  Cinturón Circumpacífico (conocido como "Cinturón de Fuego"): rodea casi totalmente el Pacifico, se extiende a lo largo de las costas de América del Sur, México y California hasta Alaska; después continúa por las islas Aleutianas, antes de dirigirse hacia el sur a través de Japón y las Indias orientales. La mayor parte de la energía sísmica se libera en esta región, libera entre 80 y 90% de la energía sísmica anual de la Tierra.  Cinturón Eurasiático-Melanésico, (Alpino-Himalaya) que incluye las cordilleras alpinas de Europa y Asia, conectando con el anterior en el archipiélago de Melanesia. Desde España se prolonga por el Mediterráneo hasta Turquía, el Himalaya y las Indias Orientales. Esta inmensa falla se produce por las plataformas Africana e India que se mueven hacía el norte rozando levemente la plataforma Euroasiática. Aunque la energía liberada aquí es menor que en el del Pacífico, a lo largo de los años ha producido devastadores terremotos, como el ocurrido en China en 1976, donde murieron más de 650 mil personas.  Una tercera región altamente sísmica la formaría la Dorsal Mesoatlántica ubicada en el centro del Océano Atlántico 29  Apuntes Cátedra Geología Aplicada Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de San Juan El constante movimiento entre las placas tectónicas produce fricciones y deformaciones que acumulan enormes esfuerzos, cuando esa energía supera el límite elástico de las rocas se produce la fractura de éstas en forma súbita y violenta. Esa liberación brusca de energía se manifiesta principalmente de dos maneras: En forma de calor debido a la fuerte fricción entre las masas rocosas, y mediante ondas sísmicas que se propagan por el interior de la Tierra y se perciben como una vibración; la fractura inicial, es lo que se denomina terremoto o sismo. BIBLIOGRAFÍA Águeda Villar, J. y otros (1977)- "Geología". Ed. Ruedas Brinkmann, R. (1964)- "Compendio de Geología General" Holmes A. (1976) - "Geología Física" Instituto Nacional de Prevención Sísmica – INPRES. Apuntes para Docentes Runcom, S. K. (1973)- "La formación de la Tierra". Biblioteca Salvat. Ed. Salvat Strahler, A. (1992)- "Geología Física". Ed. Omega Tarbuck, E. J. y Lutgens, F.K (2005) - “Ciencias de la Tierra: Una introducción a la geología física”. Pearson Educación S. A., Madrid. Tazieff, H. (1973) -"Cordilleras, terremotos y volcanes". Bibliotec~ Salvat. Ed. Salvat 30