Geología -Geology

Un mapa geológico de Europa de 1875 , compilado por el geólogo belga André Dumont . (Los colores indican la distribución de rocas de diferentes edades y tipos en todo el continente, como se las conocía entonces).

La geología (del griego antiguo γῆ ( )  'tierra', y -λoγία ( -logía )  'estudio de, discurso') es una rama de las ciencias de la Tierra que se ocupa tanto de la Tierra líquida como de la sólida , las rocas que la componen. y los procesos por los cuales cambian con el tiempo. La geología también puede incluir el estudio de las características sólidas de cualquier planeta terrestre o satélite natural como Marte o la Luna . La geología moderna se superpone significativamente con todas las demás ciencias de la Tierra, incluidas la hidrología y las ciencias atmosféricas , por lo que se trata como un aspecto importante de la ciencia integrada del sistema terrestre y la ciencia planetaria .

Vista aérea de Grand Prismatic Spring ; Hot Springs, Midway y Lower Geyser Basin, Parque Nacional de Yellowstone

La geología describe la estructura de la Tierra sobre y debajo de su superficie, y los procesos que han dado forma a esa estructura. También proporciona herramientas para determinar las edades relativas y absolutas de las rocas que se encuentran en un lugar determinado, y también para describir la historia de esas rocas. Al combinar estas herramientas, los geólogos pueden hacer una crónica de la historia geológica de la Tierra en su conjunto y también demostrar la edad de la Tierra . La geología proporciona la evidencia principal de la tectónica de placas , la historia evolutiva de la vida y los climas pasados ​​de la Tierra .

Los geólogos utilizan una amplia variedad de métodos para comprender la estructura y la evolución de la Tierra, incluido el trabajo de campo , la descripción de las rocas , las técnicas geofísicas , el análisis químico , los experimentos físicos y el modelado numérico . En términos prácticos, la geología es importante para la exploración y explotación de minerales e hidrocarburos , la evaluación de los recursos hídricos , la comprensión de los peligros naturales , la remediación de problemas ambientales y la provisión de conocimientos sobre el cambio climático pasado . La geología es una disciplina académica importante , es fundamental para la ingeniería geológica y desempeña un papel importante en la ingeniería geotécnica .

Materiales geológicos

La mayoría de los datos geológicos provienen de investigaciones sobre materiales terrestres sólidos. Los meteoritos y otros materiales naturales extraterrestres también se estudian mediante métodos geológicos.

Minerales

Los minerales son elementos y compuestos naturales con una composición química homogénea definida y una composición atómica ordenada.

Cada mineral tiene propiedades físicas distintas, y hay muchas pruebas para determinar cada una de ellas. Los especímenes pueden ser probados para:

  • Brillo: Cualidad de la luz reflejada desde la superficie de un mineral. Los ejemplos son metálicos, nacarados, cerosos, opacos.
  • Color: Los minerales se agrupan por su color. Principalmente de diagnóstico, pero las impurezas pueden cambiar el color de un mineral.
  • Raya: Se realiza raspando la muestra sobre un plato de porcelana . El color de la raya puede ayudar a nombrar el mineral.
  • Dureza: La resistencia de un mineral al rayado.
  • Patrón de rotura: un mineral puede mostrar fractura o escisión, siendo la primera la rotura de superficies irregulares y la segunda una rotura a lo largo de planos paralelos estrechamente espaciados.
  • Gravedad específica: el peso de un volumen específico de un mineral.
  • Efervescencia: consiste en gotear ácido clorhídrico sobre el mineral para probar si burbujea.
  • Magnetismo: Implica el uso de un imán para probar el magnetismo .
  • Sabor: los minerales pueden tener un sabor distintivo, como la halita (que sabe a sal de mesa ).

rocas

El ciclo de las rocas muestra la relación entre las rocas ígneas , sedimentarias y metamórficas .

Una roca es cualquier masa sólida natural o agregado de minerales o mineraloides . La mayor parte de la investigación en geología está asociada con el estudio de las rocas, ya que proporcionan el registro principal de la mayor parte de la historia geológica de la Tierra. Hay tres tipos principales de rocas: ígneas , sedimentarias y metamórficas . El ciclo de las rocas ilustra las relaciones entre ellas (ver diagrama).

Cuando una roca se solidifica o cristaliza a partir del derretimiento ( magma o lava ), es una roca ígnea. Esta roca puede desgastarse y erosionarse , luego volver a depositarse y litificarse en una roca sedimentaria. Luego puede convertirse en una roca metamórfica por calor y presión que cambian su contenido mineral , dando como resultado un tejido característico . Los tres tipos pueden derretirse nuevamente, y cuando esto sucede, se forma nuevo magma, a partir del cual una roca ígnea puede volver a solidificarse. La materia orgánica, como el carbón, el betún, el petróleo y el gas natural, está ligada principalmente a rocas sedimentarias ricas en materia orgánica.

Cuarzo del Tíbet . El cuarzo constituye más del 10% de la masa de la corteza terrestre.

Para estudiar los tres tipos de rocas, los geólogos evalúan los minerales que las componen y sus otras propiedades físicas, como la textura y la estructura .

material no litificado

Los geólogos también estudian materiales no litificados (denominados depósitos superficiales ) que se encuentran por encima del lecho rocoso . Este estudio a menudo se conoce como geología cuaternaria , por el período cuaternario de la historia geológica, que es el período más reciente del tiempo geológico.

Magma

El magma es la fuente original no litificada de todas las rocas ígneas . El flujo activo de roca fundida se estudia de cerca en vulcanología , y la petrología ígnea tiene como objetivo determinar la historia de las rocas ígneas desde su fuente fundida original hasta su cristalización final.

Estructura de toda la Tierra

Placas tectónicas

La convergencia oceánica-continental que resulta en subducción y arcos volcánicos ilustra un efecto de la tectónica de placas .
Las principales placas tectónicas de la Tierra.

En la década de 1960, se descubrió que la litosfera de la Tierra , que incluye la corteza y la parte superior rígida del manto superior , está separada en placas tectónicas que se mueven a través del manto superior sólido, que se deforma plásticamente , que se denomina astenosfera . Esta teoría está respaldada por varios tipos de observaciones, incluida la expansión del fondo marino y la distribución global del terreno montañoso y la sismicidad.

Existe un acoplamiento íntimo entre el movimiento de las placas en la superficie y la convección del manto (es decir, la transferencia de calor provocada por el lento movimiento de la roca dúctil del manto). Por lo tanto, las placas oceánicas y las corrientes de convección del manto adyacente siempre se mueven en la misma dirección, porque la litosfera oceánica es en realidad la capa límite térmica superior rígida del manto de convección. Este acoplamiento entre placas rígidas que se mueven sobre la superficie de la Tierra y el manto convectivo se denomina tectónica de placas.

En este diagrama basado en tomografía sísmica , las losas en subducción están en azul y los márgenes continentales y algunos límites de placas están en rojo. La mancha azul en la sección recortada es la Placa Farallón , que se está subduciendo debajo de América del Norte. Los remanentes de esta placa en la superficie de la Tierra son la Placa de Juan de Fuca y la Placa Explorer , ambas en el noroeste de Estados Unidos y suroeste de Canadá y la Placa de Cocos en la costa oeste de México.

El desarrollo de la tectónica de placas ha proporcionado una base física para muchas observaciones de la Tierra sólida. Largas regiones lineales de características geológicas se explican como límites de placa.

Por ejemplo:

Los límites de transformación , como el sistema de fallas de San Andrés , dieron como resultado poderosos terremotos generalizados. La tectónica de placas también ha proporcionado un mecanismo para la teoría de la deriva continental de Alfred Wegener , en la que los continentes se mueven por la superficie de la Tierra a lo largo del tiempo geológico. También proporcionaron una fuerza impulsora para la deformación de la corteza y un nuevo escenario para las observaciones de la geología estructural. El poder de la teoría de la tectónica de placas radica en su capacidad para combinar todas estas observaciones en una sola teoría de cómo se mueve la litosfera sobre el manto de convección.

Estructura de la tierra

La estructura en capas de la Tierra . (1) núcleo interno; (2) núcleo exterior; (3) manto inferior; (4) manto superior; (5) litosfera; (6) corteza (parte de la litosfera)
Estructura en capas de tierra. Las trayectorias de onda típicas de terremotos como estos dieron a los primeros sismólogos información sobre la estructura en capas de la Tierra.

Los avances en sismología , modelado por computadora y mineralogía y cristalografía a altas temperaturas y presiones brindan información sobre la composición interna y la estructura de la Tierra.

Los sismólogos pueden usar los tiempos de llegada de las ondas sísmicas para obtener imágenes del interior de la Tierra. Los primeros avances en este campo mostraron la existencia de un núcleo exterior líquido (donde las ondas transversales no podían propagarse) y un núcleo interior sólido y denso . Estos avances llevaron al desarrollo de un modelo en capas de la Tierra, con una corteza y una litosfera en la parte superior, el manto debajo (separado dentro de sí mismo por discontinuidades sísmicas a 410 y 660 kilómetros) y el núcleo externo y el núcleo interno debajo. Más recientemente, los sismólogos han podido crear imágenes detalladas de la velocidad de las ondas dentro de la tierra de la misma manera que un médico obtiene imágenes de un cuerpo en una tomografía computarizada. Estas imágenes han llevado a una vista mucho más detallada del interior de la Tierra y han reemplazado el modelo simplificado en capas con un modelo mucho más dinámico.

Los mineralólogos han podido utilizar los datos de presión y temperatura de los estudios sísmicos y de modelado junto con el conocimiento de la composición elemental de la Tierra para reproducir estas condiciones en entornos experimentales y medir los cambios en la estructura cristalina. Estos estudios explican los cambios químicos asociados con las principales discontinuidades sísmicas en el manto y muestran las estructuras cristalográficas esperadas en el núcleo interno de la Tierra.

Tiempo geológico

La escala de tiempo geológico abarca la historia de la Tierra. Está entre corchetes como mínimo por las fechas del primer material del Sistema Solar en 4567 Ga (o hace 4567 millones de años) y la formación de la Tierra en 454 Ga (4540 millones de años), que es el comienzo del eón Hadeano reconocido informalmente.  – una división del tiempo geológico. En el extremo posterior de la escala, está marcado por la actualidad (en la época del Holoceno ).

Escala de tiempo de la Tierra

Las siguientes cinco líneas de tiempo muestran la escala de tiempo geológico a escala. El primero muestra todo el tiempo desde la formación de la Tierra hasta el presente, pero deja poco espacio para el eón más reciente. La segunda línea de tiempo muestra una vista ampliada del eón más reciente. De manera similar, la era más reciente se expande en la tercera línea de tiempo, el período más reciente se expande en la cuarta línea de tiempo y la época más reciente se expande en la quinta línea de tiempo.

Siderian Rhyacian Orosirian Statherian Calymmian Ectasian Stenian Tonian Cryogenian Ediacaran Eoarchean Paleoarchean Mesoarchean Neoarchean Paleoproterozoic Mesoproterozoic Neoproterozoic Paleozoic Mesozoic Cenozoic Hadean Archean Proterozoic Phanerozoic Precambrian
Cambrian Ordovician Silurian Devonian Carboniferous Permian Triassic Jurassic Cretaceous Paleogene Neogene Quaternary Paleozoic Mesozoic Cenozoic Phanerozoic
Paleocene Eocene Oligocene Miocene Pliocene Pleistocene Holocene Paleogene Neogene Quaternary Cenozoic
Gelasian Calabrian (stage) Chibanian Pleistocene Pleistocene Holocene Quaternary
Greenlandian Northgrippian Meghalayan Holocene
Millones de años (1°, 2°, 3° y 4°)
Miles de años (5°)

Hitos importantes en la Tierra

Tiempo geológico en un diagrama llamado reloj geológico , que muestra la duración relativa de los eones y eras de la historia de la Tierra

Escala de tiempo de la luna

Early Imbrian Late Imbrian Pre-Nectarian Nectarian Eratosthenian Copernican period
Millones de años antes del presente


Escala de tiempo de Marte

Noachian Noachian Hesperian Amazonian (Mars)
Períodos de tiempo marcianos (hace millones de años)

Métodos de citas

citas relativas

Las relaciones transversales se pueden utilizar para determinar las edades relativas de los estratos rocosos y otras estructuras geológicas. Explicaciones: A – estratos rocosos plegados cortados por una falla de cabalgamiento ; B – gran intrusión (atravesando A); C – disconformidad angular erosiva (corte A y B) sobre la cual se depositaron los estratos rocosos; D – dique volcánico (atravesando A, B y C); E: estratos rocosos aún más jóvenes (superpuestos a C y D); F: falla normal (atravesando A, B, C y E).

Los métodos para la datación relativa se desarrollaron cuando la geología surgió por primera vez como ciencia natural . Los geólogos todavía usan los siguientes principios hoy en día como un medio para proporcionar información sobre la historia geológica y el momento de los eventos geológicos.

El principio de uniformidad establece que los procesos geológicos observados en funcionamiento que modifican la corteza terrestre en la actualidad han funcionado de manera muy similar a lo largo del tiempo geológico. Un principio fundamental de la geología propuesto por el médico y geólogo escocés del siglo XVIII James Hutton es que "el presente es la clave del pasado". En palabras de Hutton: "la historia pasada de nuestro globo debe explicarse por lo que se ve que está sucediendo ahora".

El principio de las relaciones intrusivas se refiere a las intrusiones transversales. En geología, cuando una intrusión ígnea atraviesa una formación de roca sedimentaria , se puede determinar que la intrusión ígnea es más joven que la roca sedimentaria. Los diferentes tipos de intrusiones incluyen stocks, lacolitos , batolitos , alféizares y diques .

El principio de las relaciones transversales se refiere a la formación de fallas y la edad de las secuencias a través de las cuales cortan. Las fallas son más jóvenes que las rocas que cortan; en consecuencia, si se encuentra una falla que penetra en algunas formaciones pero no en las que están encima, entonces las formaciones que fueron cortadas son más antiguas que la falla, y las que no están cortadas deben ser más jóvenes que la falla. Encontrar el lecho clave en estas situaciones puede ayudar a determinar si la falla es una falla normal o una falla de cabalgamiento .

El principio de inclusiones y componentes establece que, con rocas sedimentarias, si se encuentran inclusiones (o clastos ) en una formación, entonces las inclusiones deben ser más antiguas que la formación que las contiene. Por ejemplo, en rocas sedimentarias, es común que la grava de una formación más antigua se rompa y se incluya en una capa más nueva. Una situación similar ocurre con las rocas ígneas cuando se encuentran xenolitos . Estos cuerpos extraños son recogidos como flujos de magma o lava, y se incorporan, para luego enfriarse en la matriz. Como resultado, los xenolitos son más antiguos que la roca que los contiene.

La estratigrafía del Pérmico al Jurásico del área de la meseta de Colorado en el sureste de Utah es un ejemplo tanto de la horizontalidad original como de la ley de superposición. Estos estratos constituyen gran parte de las famosas formaciones rocosas prominentes en áreas protegidas muy espaciadas, como el Parque Nacional Capitol Reef y el Parque Nacional Canyonlands . De arriba a abajo: cúpulas tan redondeadas de la arenisca Navajo , la formación Kayenta roja en capas , la arenisca Wingate roja que forma acantilados, unida verticalmente, la formación Chinle violácea que forma pendientes, la formación Moenkopi en capas de color rojo claro y Cutler en capas blancas Formación arenisca. Imagen del Área Nacional de Recreación de Glen Canyon , Utah.

El principio de horizontalidad original establece que la deposición de sedimentos ocurre como lechos esencialmente horizontales. La observación de sedimentos marinos y no marinos modernos en una amplia variedad de entornos respalda esta generalización (aunque el lecho cruzado está inclinado, la orientación general de las unidades de lecho cruzado es horizontal).

El principio de superposición establece que una capa de roca sedimentaria en una secuencia tectónicamente inalterada es más joven que la que está debajo y más vieja que la que está encima. Lógicamente, una capa más joven no puede deslizarse debajo de una capa previamente depositada. Este principio permite que las capas sedimentarias se vean como una forma de línea de tiempo vertical, un registro parcial o completo del tiempo transcurrido desde la deposición de la capa más baja hasta la deposición del lecho más alto.

El principio de sucesión faunística se basa en la aparición de fósiles en rocas sedimentarias. Como los organismos existen durante el mismo período en todo el mundo, su presencia o (a veces) ausencia proporciona una edad relativa de las formaciones donde aparecen. Basados ​​en los principios que William Smith expuso casi cien años antes de la publicación de la teoría de la evolución de Charles Darwin , los principios de la sucesión se desarrollaron independientemente del pensamiento evolutivo. Sin embargo, el principio se vuelve bastante complejo dadas las incertidumbres de la fosilización, la localización de los tipos de fósiles debido a cambios laterales en el hábitat ( cambio de facies en los estratos sedimentarios) y que no todos los fósiles se formaron globalmente al mismo tiempo.

citas absolutas

El mineral circón se utiliza a menudo en la datación radiométrica .

Los geólogos también usan métodos para determinar la edad absoluta de muestras de rocas y eventos geológicos. Estas fechas son útiles por sí solas y también se pueden usar junto con métodos de datación relativa o para calibrar métodos relativos.

A principios del siglo XX, el avance de la ciencia geológica se vio facilitado por la capacidad de obtener fechas absolutas precisas de eventos geológicos utilizando isótopos radiactivos y otros métodos. Esto cambió la comprensión del tiempo geológico. Anteriormente, los geólogos solo podían usar fósiles y correlación estratigráfica para fechar secciones de roca en relación con otras. Con las fechas isotópicas, se hizo posible asignar edades absolutas a las unidades de roca, y estas fechas absolutas se podían aplicar a las secuencias de fósiles en las que había material datable, convirtiendo las antiguas edades relativas en nuevas edades absolutas.

Para muchas aplicaciones geológicas, las proporciones de isótopos de elementos radiactivos se miden en minerales que dan la cantidad de tiempo que ha pasado desde que una roca pasó por su temperatura de cierre particular , el punto en el que diferentes isótopos radiométricos dejan de difundirse dentro y fuera de la red cristalina . Estos se utilizan en estudios geocronológicos y termocronológicos . Los métodos comunes incluyen la datación con uranio-plomo , la datación con potasio-argón , la datación con argón-argón y la datación con uranio-torio . Estos métodos se utilizan para una variedad de aplicaciones. La datación de las capas de lava y ceniza volcánica que se encuentran dentro de una secuencia estratigráfica puede proporcionar datos de edad absolutos para las unidades de rocas sedimentarias que no contienen isótopos radiactivos y calibrar las técnicas de datación relativa. Estos métodos también se pueden utilizar para determinar las edades de emplazamiento de plutones . Las técnicas termoquímicas se pueden utilizar para determinar los perfiles de temperatura dentro de la corteza, el levantamiento de las cadenas montañosas y la paleotopografía.

El fraccionamiento de los elementos de la serie de los lantánidos se utiliza para calcular las edades desde que se eliminaron las rocas del manto.

Se utilizan otros métodos para eventos más recientes. La luminiscencia estimulada ópticamente y la datación por radionúclidos cosmogénicos se utilizan para fechar superficies y/o índices de erosión. La dendrocronología también se puede utilizar para la datación de paisajes. La datación por radiocarbono se utiliza para materiales geológicamente jóvenes que contienen carbono orgánico .

Desarrollo geológico de un área.

Una secuencia originalmente horizontal de rocas sedimentarias (en tonos tostados) se ve afectada por la actividad ígnea . Muy por debajo de la superficie hay una cámara de magma y grandes cuerpos ígneos asociados. La cámara de magma alimenta el volcán y envía brotes de magma que luego cristalizarán en diques y umbrales. Magma también avanza hacia arriba para formar cuerpos ígneos intrusivos . El diagrama ilustra tanto un volcán de cono de ceniza , que libera ceniza, como un volcán compuesto , que libera lava y ceniza.
Una ilustración de los tres tipos de fallas.
A. Las fallas de rumbo ocurren cuando las unidades de roca se deslizan unas sobre otras.
B. Las fallas normales ocurren cuando las rocas experimentan una extensión horizontal.
C. Las fallas inversas (o de empuje) ocurren cuando las rocas experimentan un acortamiento horizontal.
La falla de San Andrés en California

La geología de un área cambia con el tiempo a medida que se depositan e insertan unidades de roca, y los procesos de deformación cambian sus formas y ubicaciones.

Las unidades de roca se colocan primero por deposición en la superficie o por intrusión en la roca suprayacente . La deposición puede ocurrir cuando los sedimentos se depositan en la superficie de la Tierra y luego se litifican en roca sedimentaria, o cuando el material volcánico , como las cenizas volcánicas o los flujos de lava, cubren la superficie. Las intrusiones ígneas , como batolitos , lacolitos , diques y umbrales , empujan hacia arriba en la roca suprayacente y cristalizan a medida que se entrometen.

Después de depositada la secuencia inicial de rocas, las unidades de roca pueden deformarse y/o metamorfosearse . La deformación generalmente ocurre como resultado del acortamiento horizontal, la extensión horizontal o el movimiento de lado a lado ( desplazamiento ). Estos regímenes estructurales se relacionan ampliamente con límites convergentes , límites divergentes y límites de transformación, respectivamente, entre placas tectónicas.

Cuando las unidades de roca se colocan bajo compresión horizontal , se acortan y se vuelven más gruesas. Debido a que las unidades de roca, aparte de los lodos, no cambian significativamente de volumen , esto se logra de dos formas principales: a través de fallas y plegamientos . En la corteza poco profunda, donde puede ocurrir una deformación frágil , se forman fallas de empuje, lo que hace que la roca más profunda se mueva sobre la roca menos profunda. Debido a que la roca más profunda suele ser más antigua, como lo indica el principio de superposición , esto puede dar como resultado que las rocas más antiguas se muevan sobre las más jóvenes. El movimiento a lo largo de las fallas puede resultar en plegamiento, ya sea porque las fallas no son planas o porque las capas de roca son arrastradas, formando pliegues de arrastre a medida que ocurre el deslizamiento a lo largo de la falla. Más profundo en la Tierra, las rocas se comportan plásticamente y se pliegan en lugar de fallar. Estos pliegues pueden ser aquellos donde el material en el centro del pliegue se pandea hacia arriba, creando " antiformas ", o donde se pandea hacia abajo, creando " sinformas ". Si la parte superior de las unidades rocosas dentro de los pliegues permanece apuntando hacia arriba, se denominan anticlinales y sinclinales , respectivamente. Si algunas de las unidades en el pliegue miran hacia abajo, la estructura se denomina anticlinal o sinclinal volcado, y si todas las unidades de roca están volcadas o se desconoce la dirección hacia arriba correcta, simplemente se denominan por los términos más generales, antiformas y sinformas.

Un diagrama de pliegues, que indica un anticlinal y un sinclinal .

Incluso presiones y temperaturas más altas durante el acortamiento horizontal pueden causar tanto el plegamiento como el metamorfismo de las rocas. Este metamorfismo provoca cambios en la composición mineral de las rocas; crea una foliación , o superficie plana, que está relacionada con el crecimiento mineral bajo estrés. Esto puede eliminar los signos de las texturas originales de las rocas, como la ropa de cama en las rocas sedimentarias, las características de flujo de las lavas y los patrones de cristales en las rocas cristalinas .

La extensión hace que las unidades de roca en su conjunto se vuelvan más largas y delgadas. Esto se logra principalmente a través de fallas normales y a través del estiramiento y adelgazamiento dúctil. Las fallas normales dejan caer unidades de roca que son más altas por debajo de las que son más bajas. Esto generalmente da como resultado que las unidades más jóvenes terminen debajo de las unidades más antiguas. El estiramiento de las unidades puede resultar en su adelgazamiento. De hecho, en un lugar dentro de Maria Fold and Thrust Belt , la secuencia sedimentaria completa del Gran Cañón aparece en una longitud de menos de un metro. Las rocas en la profundidad a estirar dúctilmente a menudo también se metamorfosean. Estas rocas estiradas también pueden pellizcar en lentes, conocidas como boudins , después de la palabra francesa para "salchicha" debido a su similitud visual.

Donde las unidades de roca se deslizan una sobre otra, se desarrollan fallas de rumbo en regiones poco profundas y se convierten en zonas de cizallamiento en profundidades más profundas donde las rocas se deforman dúctilmente.

Sección transversal geológica de la montaña Kittatinny . Esta sección transversal muestra rocas metamórficas, cubiertas por sedimentos más jóvenes depositados después del evento metamórfico. Estas unidades de roca se plegaron y fallaron más tarde durante el levantamiento de la montaña.

La adición de nuevas unidades de roca, tanto de forma deposicional como intrusiva, a menudo ocurre durante la deformación. Las fallas y otros procesos de deformación dan como resultado la creación de gradientes topográficos, lo que hace que el material de la unidad de roca que está aumentando en elevación sea erosionado por laderas y canales. Estos sedimentos se depositan sobre la unidad de roca que se va hundiendo. El movimiento continuo a lo largo de la falla mantiene el gradiente topográfico a pesar del movimiento del sedimento y continúa creando un espacio de acomodación para que se deposite el material. Los eventos de deformación a menudo también se asocian con el vulcanismo y la actividad ígnea. Las cenizas volcánicas y las lavas se acumulan en la superficie y las intrusiones ígneas ingresan desde abajo. Los diques , intrusiones ígneas largas y planas, ingresan a lo largo de las grietas y, por lo tanto, a menudo se forman en grandes cantidades en áreas que se están deformando activamente. Esto puede resultar en el emplazamiento de enjambres de diques , como los que se observan a través del escudo canadiense, o anillos de diques alrededor del tubo de lava de un volcán.

Todos estos procesos no ocurren necesariamente en un solo entorno y no necesariamente ocurren en un solo orden. Las islas hawaianas , por ejemplo, consisten casi en su totalidad en flujos de lava basáltica en capas. Las secuencias sedimentarias del centro de los Estados Unidos continentales y el Gran Cañón en el suroeste de los Estados Unidos contienen pilas de rocas sedimentarias casi sin deformar que han permanecido en su lugar desde la época del Cámbrico . Otras áreas son mucho más complejas geológicamente. En el suroeste de los Estados Unidos, las rocas sedimentarias, volcánicas e intrusivas se han metamorfoseado, fallado, foliado y plegado. Incluso las rocas más antiguas, como el gneis Acasta del cratón Slave en el noroeste de Canadá , la roca más antigua conocida en el mundo , se han metamorfoseado hasta el punto en que su origen es imperceptible sin un análisis de laboratorio. Además, estos procesos pueden ocurrir en etapas. En muchos lugares, siendo el Gran Cañón en el sudoeste de los Estados Unidos un ejemplo muy visible, las unidades rocosas inferiores se metamorfosearon y deformaron, y luego terminó la deformación y se depositaron las unidades superiores no deformadas. Aunque puede ocurrir cualquier cantidad de emplazamiento de rocas y deformación de rocas, y pueden ocurrir cualquier número de veces, estos conceptos brindan una guía para comprender la historia geológica de un área.

Métodos de geología

Un Brunton Pocket Transit estándar , comúnmente utilizado por geólogos para mapeo y topografía

Los geólogos utilizan una serie de campos, laboratorios y métodos de modelado numérico para descifrar la historia de la Tierra y comprender los procesos que ocurren en y dentro de la Tierra. En las investigaciones geológicas típicas, los geólogos utilizan información primaria relacionada con la petrología (el estudio de las rocas), la estratigrafía (el estudio de las capas sedimentarias) y la geología estructural (el estudio de las posiciones de las unidades de roca y su deformación). En muchos casos, los geólogos también estudian suelos, ríos , paisajes y glaciares modernos ; investigar la vida pasada y actual y las vías biogeoquímicas , y utilizar métodos geofísicos para investigar el subsuelo. Las subespecialidades de la geología pueden distinguir la geología endógena y exógena .

métodos de campo

Un campamento de mapeo de campo típico de USGS en la década de 1950

El trabajo de campo geológico varía según la tarea en cuestión. El trabajo de campo típico podría consistir en:

Una imagen escaneada de una sección delgada en luz polarizada cruzada.
En mineralogía óptica , las secciones delgadas se utilizan para estudiar rocas. El método se basa en los distintos índices de refracción de diferentes minerales.

Petrología

Además de identificar rocas en el campo ( litología ), los petrólogos identifican muestras de rocas en el laboratorio. Dos de los principales métodos para identificar rocas en el laboratorio son mediante microscopía óptica y mediante el uso de una microsonda electrónica . En un análisis de mineralogía óptica , los petrólogos analizan secciones delgadas de muestras de roca utilizando un microscopio petrográfico , donde los minerales pueden identificarse a través de sus diferentes propiedades en luz polarizada plana y polarizada cruzada, incluida su birrefringencia , pleocroísmo , maclas y propiedades de interferencia con una lente conoscópica . En la microsonda electrónica, las ubicaciones individuales se analizan en busca de sus composiciones químicas exactas y la variación en la composición dentro de los cristales individuales. Los estudios de isótopos estables y radiactivos brindan información sobre la evolución geoquímica de las unidades de roca.

Los petrólogos también pueden usar datos de inclusión de fluidos y realizar experimentos físicos de alta temperatura y presión para comprender las temperaturas y presiones a las que aparecen las diferentes fases minerales y cómo cambian a través de procesos ígneos y metamórficos. Esta investigación puede extrapolarse al campo para comprender los procesos metamórficos y las condiciones de cristalización de las rocas ígneas. Este trabajo también puede ayudar a explicar los procesos que ocurren dentro de la Tierra, como la subducción y la evolución de la cámara de magma .

Estratos de roca plegada

Geología estructural

Un diagrama de una cuña orogénica. La cuña crece a través de fallas en el interior y a lo largo de la falla basal principal, llamada escote . Construye su forma en una forma cónica crítica , en la que los ángulos dentro de la cuña siguen siendo los mismos que las fallas dentro de las fallas del balance de materiales a lo largo del escote. Es análogo a una excavadora empujando un montón de tierra, donde la excavadora es la placa superior.

Los geólogos estructurales utilizan el análisis microscópico de secciones delgadas orientadas de muestras geológicas para observar el tejido dentro de las rocas, lo que brinda información sobre la tensión dentro de la estructura cristalina de las rocas. También trazan y combinan mediciones de estructuras geológicas para comprender mejor las orientaciones de fallas y pliegues para reconstruir la historia de la deformación de las rocas en el área. Además, realizan experimentos analógicos y numéricos de deformación de rocas en entornos grandes y pequeños.

El análisis de estructuras a menudo se logra trazando las orientaciones de varias características en stereonets . Un stereonet es una proyección estereográfica de una esfera sobre un plano, en la que los planos se proyectan como líneas y las líneas se proyectan como puntos. Estos se pueden usar para encontrar las ubicaciones de los ejes de pliegue, las relaciones entre fallas y las relaciones entre otras estructuras geológicas.

Entre los experimentos más conocidos en geología estructural se encuentran los que involucran cuñas orogénicas , que son zonas en las que se construyen montañas a lo largo de los límites convergentes de placas tectónicas. En las versiones analógicas de estos experimentos, las capas horizontales de arena se arrastran a lo largo de una superficie inferior hasta un tope trasero, lo que da como resultado patrones de fallas de aspecto realista y el crecimiento de una cuña orogénica críticamente afilada (todos los ángulos permanecen iguales). Los modelos numéricos funcionan de la misma manera que estos modelos analógicos, aunque a menudo son más sofisticados y pueden incluir patrones de erosión y levantamiento en el cinturón montañoso. Esto ayuda a mostrar la relación entre la erosión y la forma de una cadena montañosa. Estos estudios también pueden brindar información útil sobre las vías del metamorfismo a través de la presión, la temperatura, el espacio y el tiempo.

Estratigrafía

Diferentes colores muestran los diferentes minerales que componen el monte Ritagli di Lecca visto desde Fondachelli-Fantina , Sicilia

En el laboratorio, los estratígrafos analizan muestras de secciones estratigráficas que pueden devolverse del campo, como las de los núcleos de perforación . Los estratígrafos también analizan datos de levantamientos geofísicos que muestran las ubicaciones de las unidades estratigráficas en el subsuelo. Los datos geofísicos y los registros de pozos se pueden combinar para producir una mejor vista del subsuelo, y los estratígrafos a menudo usan programas de computadora para hacer esto en tres dimensiones. Luego, los estratígrafos pueden usar estos datos para reconstruir procesos antiguos que ocurren en la superficie de la Tierra, interpretar ambientes pasados ​​y ubicar áreas para la extracción de agua, carbón e hidrocarburos.

En el laboratorio, los bioestratiógrafos analizan muestras de rocas de afloramientos y perforan núcleos en busca de los fósiles que se encuentran en ellas. Estos fósiles ayudan a los científicos a fechar el núcleo y comprender el entorno de depósito en el que se formaron las unidades de roca. Los geocronólogos datan con precisión las rocas dentro de la sección estratigráfica para proporcionar mejores límites absolutos sobre el tiempo y las tasas de depósito. Los estratígrafos magnéticos buscan señales de inversiones magnéticas en unidades de rocas ígneas dentro de los núcleos de perforación. Otros científicos realizan estudios de isótopos estables en las rocas para obtener información sobre el clima del pasado.

geología planetaria

Superficie de Marte fotografiada por el módulo de aterrizaje Viking 2 el 9 de diciembre de 1977

Con el advenimiento de la exploración espacial en el siglo XX, los geólogos han comenzado a observar otros cuerpos planetarios de la misma manera que se han desarrollado para estudiar la Tierra . Este nuevo campo de estudio se llama geología planetaria (a veces conocida como astrogeología) y se basa en principios geológicos conocidos para estudiar otros cuerpos del sistema solar.

Aunque el prefijo de origen griego geo se refiere a la Tierra, "geología" se usa a menudo junto con los nombres de otros cuerpos planetarios al describir su composición y procesos internos: ejemplos son " geología de Marte " y " geología lunar ". También se utilizan términos especializados como selenología (estudios de la Luna), areología (de Marte), etc.

Aunque los geólogos planetarios están interesados ​​en estudiar todos los aspectos de otros planetas, un enfoque importante es buscar evidencia de vida pasada o presente en otros mundos. Esto ha llevado a muchas misiones cuyo propósito principal o secundario es examinar los cuerpos planetarios en busca de evidencia de vida. Uno de ellos es el módulo de aterrizaje Phoenix , que analizó el suelo polar marciano en busca de constituyentes de agua, químicos y mineralógicos relacionados con procesos biológicos.

geología aplicada

Hombre buscando oro en el Mokelumne . Harper's Weekly : Cómo conseguimos oro en California. 1860

geología económica

La geología económica es una rama de la geología que se ocupa de los aspectos de los minerales económicos que la humanidad utiliza para satisfacer diversas necesidades. Los minerales económicos son aquellos extraídos rentablemente para varios usos prácticos. Los geólogos económicos ayudan a ubicar y administrar los recursos naturales de la Tierra , como el petróleo y el carbón, así como los recursos minerales, que incluyen metales como el hierro, el cobre y el uranio.

geología minera

La geología minera consiste en las extracciones de recursos minerales de la Tierra. Algunos recursos de interés económico incluyen piedras preciosas , metales como el oro y el cobre , y muchos minerales como asbesto , perlita , mica , fosfatos , zeolitas , arcilla , piedra pómez , cuarzo y sílice , así como elementos como azufre , cloro y helio _

geología del petróleo

Proceso de registro de lodo, una forma común de estudiar la litología al perforar pozos de petróleo

Los geólogos del petróleo estudian las ubicaciones del subsuelo de la Tierra que pueden contener hidrocarburos extraíbles, especialmente petróleo y gas natural . Debido a que muchos de estos yacimientos se encuentran en cuencas sedimentarias , estudian la formación de estas cuencas, así como su evolución sedimentaria y tectónica y las posiciones actuales de las unidades rocosas.

Ingeniería Geológica

La ingeniería geológica es la aplicación de los principios geológicos a la práctica de la ingeniería con el fin de garantizar que los factores geológicos que afectan la ubicación, el diseño, la construcción, la operación y el mantenimiento de las obras de ingeniería se aborden adecuadamente. La ingeniería geológica es distinta de la ingeniería geológica , particularmente en América del Norte.

Un niño bebe agua de un pozo construido como parte de un proyecto humanitario hidrogeológico en Kenia

En el campo de la ingeniería civil , los principios y análisis geológicos se utilizan para determinar los principios mecánicos del material sobre el que se construyen las estructuras. Esto permite que se construyan túneles sin que se derrumben, que se construyan puentes y rascacielos con cimientos sólidos y que se construyan edificios que no se asienten en la arcilla y el barro.

Hidrología

Los principios geológicos y geológicos se pueden aplicar a diversos problemas ambientales, como la restauración de arroyos , la restauración de terrenos baldíos y la comprensión de la interacción entre el hábitat natural y el entorno geológico. La hidrología de aguas subterráneas, o hidrogeología , se utiliza para localizar aguas subterráneas, que a menudo pueden proporcionar un suministro rápido de agua no contaminada y es especialmente importante en regiones áridas, y para monitorear la propagación de contaminantes en los pozos de agua subterránea.

paleoclimatología

Los geólogos también obtienen datos a través de estratigrafía, perforaciones , muestras de núcleos y núcleos de hielo . Los núcleos de hielo y los núcleos de sedimentos se utilizan para las reconstrucciones del paleoclima, que informan a los geólogos sobre la temperatura, las precipitaciones y el nivel del mar pasados ​​y presentes en todo el mundo. Estos conjuntos de datos son nuestra principal fuente de información sobre el cambio climático global fuera de los datos instrumentales.

Peligros Naturales

Desprendimiento de rocas en el Gran Cañón

Los geólogos y geofísicos estudian los peligros naturales para promulgar códigos de construcción seguros y sistemas de advertencia que se utilizan para evitar la pérdida de propiedades y vidas. Ejemplos de peligros naturales importantes que son pertinentes a la geología (a diferencia de aquellos que son principalmente o solo pertinentes a la meteorología) son:

Historia

Mapa geológico de William Smith de Inglaterra , Gales y el sur de Escocia . Completado en 1815, fue el segundo mapa geológico a escala nacional y, con mucho, el más preciso de su época.

El estudio del material físico de la Tierra se remonta al menos a la antigua Grecia cuando Teofrasto (372-287 a. C.) escribió la obra Peri Lithon ( Sobre las piedras ). Durante el período romano , Plinio el Viejo escribió en detalle sobre los muchos minerales y metales, luego en el uso práctico, incluso señalando correctamente el origen del ámbar . Además, en el siglo IV a. C., Aristóteles hizo observaciones críticas sobre la lentitud del cambio geológico. Observó la composición de la tierra y formuló una teoría en la que la Tierra cambia a un ritmo lento y que estos cambios no se pueden observar durante la vida de una persona. Aristóteles desarrolló uno de los primeros conceptos basados ​​en evidencia relacionados con el ámbito geológico con respecto a la velocidad a la que la Tierra cambia físicamente.

Abu al-Rayhan al-Biruni (973–1048 EC) fue uno de los primeros geólogos persas , cuyos trabajos incluyeron los primeros escritos sobre la geología de la India , con la hipótesis de que el subcontinente indio alguna vez fue un mar. Basándose en la literatura científica griega e india que no fue destruida por las conquistas musulmanas , el erudito persa Ibn Sina (Avicena, 981–1037) propuso explicaciones detalladas sobre la formación de montañas, el origen de los terremotos y otros temas fundamentales para la geología moderna. que proporcionó una base esencial para el desarrollo posterior de la ciencia. En China, el erudito Shen Kuo (1031-1095) formuló una hipótesis para el proceso de formación de la tierra: basándose en su observación de conchas de animales fósiles en un estrato geológico en una montaña a cientos de millas del océano, infirió que la tierra era formado por la erosión de las montañas y por la deposición de limo .

A Nicolas Steno (1638–1686) se le atribuye la ley de superposición , el principio de horizontalidad original y el principio de continuidad lateral : tres principios definitorios de la estratigrafía .

La palabra geología fue utilizada por primera vez por Ulisse Aldrovandi en 1603, luego por Jean-André Deluc en 1778 e introducida como término fijo por Horace-Bénédict de Saussure en 1779. La palabra se deriva del griego γῆ, , que significa "tierra". y λόγος, logos , que significa "discurso". Pero según otra fuente, la palabra "geología" proviene de un noruego, Mikkel Pedersøn Escholt (1600-1699), que fue sacerdote y erudito. Escholt utilizó por primera vez la definición en su libro titulado Geologia Norvegica (1657).

William Smith (1769–1839) dibujó algunos de los primeros mapas geológicos y comenzó el proceso de ordenar los estratos rocosos (capas) examinando los fósiles contenidos en ellos.

En 1763, Mikhail Lomonosov publicó su tratado Sobre los estratos de la tierra . Su obra fue la primera narrativa de la geología moderna, basada en la unidad de los procesos en el tiempo y la explicación del pasado de la Tierra desde el presente.

James Hutton (1726-1797) a menudo se considera el primer geólogo moderno. En 1785 presentó un artículo titulado Teoría de la Tierra a la Royal Society de Edimburgo . En su artículo, explicó su teoría de que la Tierra debe ser mucho más antigua de lo que se suponía anteriormente para dar tiempo suficiente para que las montañas se erosionen y los sedimentos formen nuevas rocas en el fondo del mar, que a su vez se elevaron hasta convertirse en tierra seca. Hutton publicó una versión en dos volúmenes de sus ideas en 1795.

Los seguidores de Hutton eran conocidos como plutonistas porque creían que algunas rocas se formaron por vulcanismo , que es la deposición de lava de los volcanes, a diferencia de los neptunistas , encabezados por Abraham Werner , que creían que todas las rocas se habían asentado a partir de un gran océano. cuyo nivel descendió gradualmente con el tiempo.

El primer mapa geológico de los Estados Unidos fue elaborado en 1809 por William Maclure . En 1807, Maclure inició la tarea autoimpuesta de realizar un estudio geológico de los Estados Unidos. Él atravesó y cartografió casi todos los estados de la Unión, y las montañas Allegheny se cruzaron y volvieron a cruzar unas 50 veces. Los resultados de sus trabajos sin ayuda se enviaron a la Sociedad Filosófica Estadounidense en una memoria titulada Observaciones sobre la geología de los Estados Unidos explicativas de un mapa geológico y se publicaron en las Transacciones de la sociedad , junto con el primer mapa geológico de la nación. Esto es anterior al mapa geológico de Inglaterra de William Smith por seis años, aunque fue construido usando una clasificación diferente de rocas.

Sir Charles Lyell (1797-1875) publicó por primera vez su famoso libro, Principios de geología , en 1830. Este libro, que influyó en el pensamiento de Charles Darwin , promovió con éxito la doctrina del uniformismo . Esta teoría establece que se han producido procesos geológicos lentos a lo largo de la historia de la Tierra y todavía se están produciendo en la actualidad. En contraste, el catastrofismo es la teoría de que las características de la Tierra se formaron en eventos catastróficos únicos y permanecieron sin cambios a partir de entonces. Aunque Hutton creía en el uniformismo, la idea no fue ampliamente aceptada en ese momento.

Gran parte de la geología del siglo XIX giraba en torno a la cuestión de la edad exacta de la Tierra . Las estimaciones variaron desde unos pocos cientos de miles hasta miles de millones de años. A principios del siglo XX, la datación radiométrica permitió estimar la edad de la Tierra en dos mil millones de años. La conciencia de esta gran cantidad de tiempo abrió la puerta a nuevas teorías sobre los procesos que dieron forma al planeta.

Algunos de los avances más significativos en la geología del siglo XX han sido el desarrollo de la teoría de la tectónica de placas en la década de 1960 y el refinamiento de las estimaciones de la edad del planeta. La teoría de la tectónica de placas surgió de dos observaciones geológicas separadas: la expansión del fondo marino y la deriva continental . La teoría revolucionó las ciencias de la Tierra . Hoy se sabe que la Tierra tiene aproximadamente 4.500 millones de años.

Campos o disciplinas afines

Ver también

La Tierra vista desde el Apolo 17 con fondo transparente.png portal de ciencias de la tierra

Referencias

enlaces externos