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UNIDAD Cuando se habla de Geología y del trabajo de un geólogo con frecuencia se nos viene a la mente una persona que recoge “piedras” en el campo. Aunque esta figura sigue vigente, la Geología es mucho más, debido a que esta ciencia no ha sido ajena a los grandes avances científicos y tecnológicos que han tenido lugar especialmente en las últimas décadas. El objetivo principal de esta unidad es introducirnos en el estudio de la Geología, a través del conocimiento de su origen como ciencia histórica y de su evolución —faceta íntimamente ligada al desarrollo del pensamiento filosófico y científico de la sociedad— y de la descripción y valoración del trabajo de los geólogos. También conoceremos las técnicas y herramientas, tanto las clásicas como las más actuales, que se utilizan y, por último, expondremos el presente y el futuro de la Geología. Las ciencias geológicas ÍNDICE 1. La Geología .................................................................. 2 El sistema Tierra ............................................................... 2 El estudio de la Tierra ....................................................... 3 Principales ramas ................................................................ 5 Ámbitos de estudio ............................................................. 6 Enfoques del trabajo científico ........................................... 8 2. ¿Cómo trabajan los geólogos? ........................................... 9 Trabajo de preparación en el gabinete .............................. 9 Trabajo de campo .............................................................. 10 Análisis y presentación de resultados ............................... 11 3. Técnicas de trabajo de la Geología .................................. 13 Realización de mapas y cortes geológicos ........................ 13 Teledetección ..................................................................... 19 Técnicas analíticas ............................................................. 21 4. El futuro de las ciencias geológicas .................................. 25 Búsqueda de recursos ....................................................... 25 Previsión, predicción y prevencción de riesgos geológicos ... 26 Planificación territorial ...................................................... 27 La Astrogeología ............................................................. 28 5. La formación de la Tierra ................................................. 29 6. Solucionario .................................................................... 41 7. Glosario ........................................................................... 45 111 DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 2 1 La Geología El sistema Tierra Nuestro planeta es un sistema abierto que intercambia materia y energía con el exterior. A la superficie de nuestro planeta llegan meteoritos, partícu- las cargadas procedentes del Sol, radiaciones solares y rayos cósmicos. De nuestro planeta salen gases atmosféricos barridos por el viento solar y radia- ciones electromagnéticas, especialmente infrarrojas (calor). El sistema Tierra está formado por varios subsistemas: Atmósfera. Capa de gases que envuelve la Tierra. Hidrosfera. Formada por toda el agua en sus tres estados: líquido, hielo y vapor. Geosfera. Parte rocosa y metálica del planeta. Biosfera. Conjunto de todos los ecosistemas, y por ende, de todos los seres vivos de la Tierra. Las zonas en las que dos o más sistemas confluyen se llaman interfases y presentan unas características específicas, por ello han de ser consideradas subsistemas. De igual manera, la Tierra y la Luna forman un sistema de dos cuerpos que interaccionan, se mueven juntos y giran alrededor del Sol. Este sistema esta- ría formado por dos subsistemas que son la Luna y la Tierra. Pero, a su vez, la Tierra forma parte del sistema Solar, siendo pues un subsistema de este sistema; de esta forma, se puede constituir una serie de sistemas enlazados entre los que se establecen relaciones jerárquicas. ACTIVIDADES 1. En el esquema superior que representa las relaciones que se establecen entre los subsistemas terrestres, se indica que la hidrosfera y la geosfera se relacionan por procesos exógenos, es decir, procesos que tienen lugar en el la superficie te- rrestre, uno de los cuales es la meteorización. ¿Cuáles son los otros tres procesos exógenos? 2. Las zonas de confluencia de los subsistemas terrestres reciben el nombre de interfases. Además del litoral ¿podrías citar algún ejemplo e indicar qué subsistemas confluyen? Algunas de las interacciones que se establecen entre los subsistemas terrestres. El litoral constituye una interfase entre dos am- bientes: el de aguas estabilizadas (hidrosfera) y el de las tierras emergidas (geosfera). Las accio- nes derivadas de la interferencia entre los dos ambientes generan los procesos litorales. Unidad 1 Las ciencias geológicas La Geología DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 3 El estudio de la Tierra El estudio de la materia física de la Tierra se remonta a la Grecia antigua, cuando Teofrasto (372-287 aC) escribió la obra Perilithon (Sobre las piedras). En la época romana, Plinio el Viejo (23-79) escribió en detalle sobre los mi- nerales y metales que se utilizan en la vida cotidiana, y explicó el origen del ámbar. Se considera que la moderna Geología comenzó con Abu al-Rayhan al- Biruni (973-1048), cuyos trabajos incluían la hipótesis de que el subconti- nente indio fue una vez un mar. Otro erudito islámico, Avicena (981-1037), propuso una explicación detallada de la formación de montañas, el origen de los terremotos y otros temas centrales de la Geología moderna. Estos es- tudios proporcionaron una base esencial para el posterior desarrollo de la Geología. La Geología (del griego γεια, geo "Tierra" y λογος, logos "Estudio") es la ciencia que estudia la composición y estructura interna de la Tierra, y los procesos por los cuales ha ido evolucionando a lo largo del tiempo geoló- gico, así como las interacciones que se establecen entre los subsistemas que forman el sistema Tierra: atmósfera, hidrósfera, geosfera y biosfera. En 1668, Nicolás Steno (1638-1686), considerado el padre de la Geología, enunció los principios básicos de la estratigrafía. En 1785, James Hutton (1726-1797), considerado como el primer geólogo moderno, presentó un documento titulado Teoría de la Tierra para la Socie- dad Real de Edimburgo. En su ponencia explicó la teoría de que la Tierra debía de ser mucho más antigua de lo que se suponía, para que tuviese el tiempo suficiente para que las montañas fueran erosionadas y los sedimen- tos se depositen horizontalmente formando estratos o capas y den lugar a nuevas rocas en el fondo del mar. Posteriormente, estas afloran a la superfi- cie y se transforman en tierra firme. Los seguidores de Hutton fueron conocidos como plutonistas porque pen- saban que las rocas se formaron mayoritariamente gracias al calor interno de la Tierra, dominio del dios romano Plutón, a diferencia de los neptunistas, quienes creían que todas las rocas se habían formado a la vez en el interior de un gran océano cuyo nivel disminuyó gradualmente con el tiempo, reino del dios Neptuno. Principios básicos de la estratigrafía En el siglo XVII, Steno publicó su obra maestra De solido intrasolidum naturaliter contento dissertationis prodromus ("Discurso preliminar de una disertación sobre los cuerpos sólidos de manera natural contenidos en un sólido") por este hecho es considerado el padre de la Geología. Hasta ese momento la Tierra no tenía historia. A partir de ese momento la edad de la Tierra comenzó a expan- dirse lentamente hasta llegar a los 4600 millones de años considerados actualmente. En su obra De Solido, Steno propuso unos principios que hoy son cono- cidos como los "Principios de Steno".● Superposición de estratos: exis- ten capas de sedimentos de ma- nera que la inferior fue deposi- tada primero, y la superior la última. Es decir, las capas de la corteza terrestre contienen una narrativa. ● Horizontalidad original: no im- porta cuál sea la orientación actual de un estrato, fue creado por un depósito de agua, y por tanto, fue originalmente hori- zontal. ● Continuidad lateral: el agua de- posita sedimentos en una capa continua que termina solamente en el borde de su cuenca. Por tanto, capas de rocas correspon- dientes a ambos lados de un valle fueron originalmente una sola capa. El verdadero origen del basalto constituyó uno de los campos de batalla entre las dos escuelas geológi- cas: los plutonistas afirmaban que era de origen magmático, y los neptunistas que procedía de la se- dimentación y posterior cristalización de materiales marinos, como demostraban algunos fósiles encon- trados entre rocas basálticas. Posteriormente se demostraría que esos fósiles pertenecían a rocas se- dimentarias atravesadas por inclusiones magmáticas que dieron lugar al basalto. Unidad 1 Las ciencias geológicas La Geología DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 4 En 1830, Sir Charles Lyell (1797-1875), publicó su famoso libro Principios de Geología y promovió con éxito la doctrina del uniformitarismo. Esta teo- ría afirma que los procesos geoló- gicos que han ocurrido a lo largo de la historia de la Tierra, aún se están produciendo en la actuali- dad. La teoría, aceptada por Hut- ton, se contrapone al catastro- fismo que propone que las carac- terísticas de la Tierra se formaron en diferentes eventos individuales, catastróficos, y que la Tierra se mantuvo sin cambios a partir de entonces. En el transcurso del siglo XVIII los geólogos se dieron cuenta de varios he- chos: Las secuencias de estratos están a menudo erosionadas, distorsiona- das, inclinadas o incluso invertidas. Estas alteraciones tienen lugar después de su deposición. Los estratos depositados al mismo tiempo en diferentes lugares pueden tener una apariencia completamente diferente. Los estratos de cada área representan solo una pequeña parte de la larga historia de la Tierra. Durante el siglo XIX, las principales líneas de estudio se centraron en inves- tigar cuál es la edad exacta de la Tierra. Las estimaciones variaban desde los 180 000 años que proponía el naturalista Georges Louis Leclerc, conde de Buffon (1707- 1788) hasta los miles de millones de años que proponía el fi- lósofo alemán Inmanuel Kant (1724-1804). El método de datación radio- métrica desarrollado en el siglo XX permitió calibrar la edad de las rocas y, por tanto, delimitar el tiempo en que se originó nuestro planeta. A principio del siglo XX, dos teorías sentaron las bases para el desarrollo de la tectónica de placas: la teoría de la deriva continental y la teoría de la expansión del fondo oceánico. La primera pretendía explicar el intri- gante hecho de que los contornos de los continentes ensamblan entre sí como un rompecabezas y que éstos tienen historias geológicas comunes. La segunda está sustentada en observaciones geológicas y geofísicas que indi- can que las cordilleras mesoceánicas funcionan como centros donde se ge- nera nuevo piso oceánico conforme los continentes se alejan entre sí. La teoría de la tectónica de placas fue forjada principalmente entre los años 50 y 60 y se le considera la gran teoría unificadora de las Ciencias de la Tierra, ya que explica numerosas observaciones geofísicas y geológicas y de una manera coherente y elegante. A diferencia de otras ramas de las ciencias, su concepción no se le atribuye a una sola persona, sino que fue producto de la colaboración internacional y del esfuerzo de geólogos, geofísicos y sismólogos, que poco a poco fueron aportando información acerca de la es- tructura de los continentes, las cuencas oceánicas y el interior de la Tierra. Las guerras y el desarrollo de la Geología Tras la Segunda Guerra Mundial, grandes esfuerzos económicos y téc- nicos fueron dirigidos para el desa- rrollo de submarinos propulsados por energía nuclear y capaces de trans- portar y lanzar misiles nucleares. El desplazamiento de estos subma- rinos exigía el conocimiento del relieve de los fondos oceánicos lo que propició no solo la obtención de un mapa topográfico del fondo de los oceános, que puso de manifiesto la existencia de grandes cordilleras o dorsales y de profundas fosas oceánicas, sino también la naturaleza de las rocas que constituyen la corteza océanica, su edad, su orientación magnética... Todos estos datos suministrados por la geocronología, el paleomagnetismo y la cartografía submarina condujeron al geologo estadounidense Harry Hess (1906-1969) a proponer su teoria de la extensión del fondo marino basada en la disposición y espesor de los fonfos marinos. Su teoría indica que: ● En las dorsales se encontraban zo- nas de ascenso de materiales del manto. ● Los materiales del manto al as- cender se expandían lateralmen- te y a los materiales transportán- dolos como se mueve una cinta transportadora alejándolos de la dorsal. ● Este movimiento provocaba fisu- ras por las que salían lavas que formaban nueva corteza oceáni- ca. En la fotografía superior podemos ver a Harry Hess, explicando su teoría. Portada de la segunda edición americana del libro de Charles Lyell Principios de Geología. En ella se muestra los orígenes de los distintos tipos de rocas. Unidad 1 Las ciencias geológicas La Geología DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 5 Principales ramas La Geología comprende un conjunto de «Ciencias Geológicas» que abarca los distintos aspectos en los que se puede fundamentar su estudio; así po- demos destacar las siguientes disciplinas: PRINCIPALES DISCIPLINAS DE LA GEOLOGÍA Geoquímica. Investiga la composición y el comportamiento químico de los minerales y rocas de la corteza terrestre. Determina la abundancia absoluta y relativa de los elementos químicos, su distribución y los desplazamientos de los elementos entre los diferentes subsistemas que conforman el sistema Tierra (hidrosfera, atmósfera, biosfera y litosfera). Mineralogía. Analiza las propiedades físicas y químicas de los minerales que se encuentran en el planeta, en sus diferentes estados de agregación. Petrología. Consiste en el estudio de las propiedades físicas, químicas, mineralógicas, espaciales y cronológicas de las asociaciones ro- cosas, así como de los procesos responsables de su formación Sedimentología. Se encarga de estudiar los procesos de formación, transporte y depósito de materiales que se acumulan como sedi- mentos en ambientes continentales y marinos y que normalmente conducen a la formación de las rocas sedimentarias. Estratigrafía. Es la rama de la Geología que trata del estudio e interpretación de las rocas sedimentarias estratificadas, y de su identifi- cación, descripción y secuencia, tanto vertical como horizontal. Geomorfología. Tiene por objeto la descripción del relieve terrestre, continental y marino, como resultado de la actividad de los agen- tes atmosféricos sobre la superficie terrestre. Geología histórica. Estudia las transformaciones que ha sufrido la Tierra desde su formación hasta el presente. Para establecer un marco temporal absoluto, los geólogos han desarrollado una cronología a escala planetaria dividida en los grandes eventos biológicos y geológicos. Paleontología. Es la ciencia que estudia e interpreta el pasado de la vida sobre la Tierra a través de los fósiles. Geología estructural. Se dedica a estudiar la corteza terrestre, sus estructuras y su relación con las rocas que las contienen (la geome- tría de las formaciones rocosas y la posición en que aparecen en superficie). La Tectónica es una parte de la Geología estructural que estudia las estructuras geológicasproducidas por deformación de la corteza terrestre, los procesos que las originan y las alteraciones posteriores a las que pueden ser sometidas. Hidrogeología. Estudia las aguas subterráneas —origen, circulación, sus condicionamientos geológicos, propiedades…—, su interacción con los suelos y con las rocas, y su implicación en la formación de humedales. A estas disciplinas clásicas, debemos añadir otras de reciente desarrollo y con un futuro muy prometedor como son: Astrogeología. También llamada Geología planetaria o Exogeología, es una disciplina científica muy reciente que trata de la geología de los cuerpos celestes (planetas, satélites, asteroides…). Ingeniería geológica o Geología del entorno, recoge y analiza datos geológicos con el objetivo de resolver los problemas creados por el uso humano del entorno natural. 3. Indica qué ramas de la Geología estudian: la formación de meandros; los pliegues; las rocas lunares; análisis de las carac- terísticas de una región para la construcción de una presa; la estructura y composición de un cuarzo; la cantidad del iri- dio; los fósiles de un sedimento; la formación de supercontinentes; los acuíferos de una región; formación del carbón. 4. La sedimentología y la estratigrafía se encuentran estrechamente ligadas; ¿cuáles son los ámbitos de estudio cada una de estas ciencias que les permite diferenciarlas? ACTIVIDADES Unidad 1 Las ciencias geológicas La Geología DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 6 Ámbitos de estudio Como acabamos de ver, la Geología presenta numerosas disciplinas cuya implementación conduce a un gran número de aplicaciones que estudiare- mos a lo largo del curso. El campo de acción de los geólogos presenta dos líneas principales: Investigación pura. Centrada básicamente en dos tipos de objeti- vos: explicar las leyes que rigen todos los procesos geológicos te- rrestres, sus causas y sus consecuencias, e investigar sobre los acon- tecimientos de la historia de la Tierra para reconstruirla, incluyendo la historia de la vida. Investigación aplicada. Trata de resolver problemas de orden so- cioeconómico relacionados con la gestión de los recursos geológi- cos (agua, minerales, patrimonio geológico…) y el medio ambiente (cambio climático, obras públicas, gestión de residuos…). Investigación aplicada La Geología aplicada tiene una importancia fundamental en multitud de facetas de la vida cotidiana, entre ellas podemos citar: o La localización y explotación de yacimientos minerales (minería) y de los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural) con especial inci- dencia en la investigación y estudio del comportamiento geomecánico, geotécnico y fisico-químico de los materiales que componen las estruc- turas mineras (balsas de lodos, pilas de lixiviados, escombreras...). o La investigación sobre el potencial para el reciclado y reutilización de los residuos mineros, sobre técnicas y procesos de rehabilitación de terre- nos afectados por residuos (mineros, domésticos…) y especialmente sobre su im- pacto en la red fluvial. Res- pecto a este último aspecto, se viene prestando especial interés al estudio de los lagos formados en antiguas explo- taciones mineras a cielo abierto. En ellos se analiza su composición, su estratifica- ción térmica y química y las variaciones que presentan a lo largo del año. o La evaluación de la calidad, cantidad y posibilidades de extracción de los recursos hídricos subterráneos. También intervienen en la recuperación de acuíferos señalando las pautas de actuación. o Prevención y entendimiento de los desastres naturales como desliza- mientos de masas en general, terremotos, tsunamis y erupciones volcá- nicas, entre otros. Para ello se han desarrollado los sistemas de alerta que recogen información sobre diversos fenómenos naturales. Sistemas de alerta temprana Los estudios geológicos también son esenciales para la comprensión y prevención de los desastres naturales provocados por volcanes, terremotos, tsunamis… Esto ha dado lugar al desarrollo de los llamados sistemas de alerta temprana (SAT). Un SAT son un conjunto de proce- dimientos e instrumentos a través de los cuales se monitorea una amenaza o evento adverso (natural o antró- pico) de carácter previsible. Se reco- lectan y procesan datos e informa- ción, ofreciendo pronósticos o predic- ciones temporales sobre su acción y posibles efectos. Algunos de los principales SAT son: ● La World Organization of Volcano Observatories (Organización Mun dial de Observatorios Vulca- nológicos) recoge información de los observatorios vulcanológicos. En estos últimos se investiga y monitorea un volcán con la fina- lidad de detectar señales precur- soras y preveer las erupciones. ● El USGS Earthquake Hazards Program (programa de riesgos sísmicos)) realiza un seguimiento de los terremotos recogiendo la información, en tiempo real, de la red de sismógrafos distribuidos por todos los continentes. También investiga su origen y evalúa los impactos de los terremotos y su prevención. Laguna contaminada por el vertido de aceites usados (Arganda del Rey). Actualmente está en proyecto la descontaminación de la balsa y de los suelos, y su integración en el entorno na- tural en el que se ubica. Unidad 1 Las ciencias geológicas La Geología DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 7 o Juega también un rol importante en la geo- tecnia al analizar el suelo y las rocas de las que deriva, determinando sus propiedades y si estas son adecuadas para la construc- ción de diversas estructuras como edificios, puentes o centrales hidroeléctricas. A partir de los estudios geológicos se pue- den establecer medidas para estabilizar talu- des, construir túneles y carreteras y minimi- zar los riesgos posibles. o Actualmente se está tomando conciencia de la importancia cultural que presenta el pa- trimonio geológico. El estudio del patrimonio geológico figura entre las más recientes áreas de investiga- ción incorporadas al ámbito de la Geología y de la conservación de la Naturaleza. Es el resultado de una nueva manera de entender el papel del ser humano en su relación con la Tierra. El patrimonio geológico está formado por todos aquellos lugares o pun- tos de interés geológico –conocidos en España como LIG, lugares de interés geológico, o PIG, puntos de interés geológico, e internacional- mente como sites o geosites), cuyo valor geológico les hace destacar del entorno circundante por su interés científico y/o educativo. El proyecto Global Geosites pretende hacer un inventario mundial de los elementos más sobresalientes del patrimonio geológico del planeta. 5. ¿Por qué, dentro de la red fluvial, los lagos y lagunas son especialmente interesantes para el estudio de la contaminación producida por prácticas mineras e industriales? Geoparques Un geoparque (parque geológico o Geopark) es un territorio que presen- ta un patrimonio geológico notable y que lleva a cabo un proyecto de desa- rrollo basado en su promoción turísti- ca. Por tal razón, un geoparque debe tener unos objetivos económicos y de desarrollo claros. La declaración de un geoparque se basa en tres principios: 1) la existencia de un patrimonio geológico que sirva de protagonista y eje conductor; 2) la puesta en marcha de iniciativas de geoconservación y divul- gación, y 3) favorecer el desarrollo socioeconómico y cultural a escala local. En la actualidad, hay en España siete geoparques: Sobrarbe (Huesca), Costa Vasca (Guipúzcoa), Geoparque del Maestrazgo (Teruel), Parque Natural de las Sierras Subbéticas (Córdoba), Parque Natural del Cabo de Gata (Almería), Sierra Norte de Sevilla y Villuercas-Ibores-Jara (Cáceres). En Portugal hay dos: Naturtejo y Arouca. ACTIVIDADES Obras de consolidaciónde la línea del AVE Madrid-Lérida, a su paso por Lérida. El tramo transcurre por terrenos cali- zos muy permeables al agua es frecuente la presencia de aguas subterráneas que pue- den erosionar la base de la plataforma del ferrocarril. En el marco del proyecto Global Geosites, hasta 2011 se identificaron en España 144 lugares de in- terés geológico (o geosites en inglés) que repre- sentan los 20 contextos geológicos definidos en España. En la fotografía de la derecha, sobre una imagen de la NASA, se han ubicado los principales geosites del territorio español (puntos rojos). Unidad 1 Las ciencias geológicas La Geología DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 8 Enfoques del trabajo científico en Geología Ya sea en la investigación pura o en la Geología aplicada hay dos formas de enfocar los estudios relacionados con las Ciencias Geológicas: El enfoque reduccionista. Busca analizar un fenómeno complejo, reduciéndolo al estudio de sus unidades constitutivas de modo que podamos explicar el fenómeno complejo a través del estudio indivi- dual. El aspecto positivo de este enfoque es que permite el desarrollo de muchas ramas del conocimiento dentro de la Geología. Su principal inconveniente radica en la dificultad de extraer, al menos de manera parcial, un objeto o situación particular del contexto que lo com- prende y con el que interactúa, lo que dificulta la comprensión del fenómeno complejo en su totalidad. Así, el estudio de los elementos de un pliegue o de una falla no nos permite vincular su formación con la orogénesis, con un terremoto o con fenómenos de desplaza- mientos de placas. Además, existen fenómenos que solo pueden ser explicados tenien- do en cuenta el todo que los comprende y del que forman parte a tra- vés de su interacción, como sucede con la tectónica de placas. El enfoque sistémico (no confundir con sistemático) es comple- mentario al anterior ya que busca entender el sistema o fenómeno complejo como un todo único, explicando las interacciones de las partes constituyentes: los objetos de estudio presentan una “organi- zación” que emerge de la interacción entre elementos y que está su- jeta a más a cambios. Así, por ejemplo, la tectónica de las placas muestra la parte más externa de la geosfera, la litosfera, como un sistema integrado por subsistemas que interaccionan: las placas tec- tónicas. El estudio del conjunto de estos subsistemas nos permite deducir a largo plazo (en términos geológicos) la dinámica del sis- tema geosfera y su interacción con otros sistemas como la atmósfe- ra, la biosfera y la hidrosfera, cuyas consecuencias son muy variables ya que pueden conducir a cambios climáticos. A corto plazo (geoló- gicamente hablando), la dinámica de estos subsistemas estaría rela- cionada con fenómenos sísmicos y volcánicos. ACTIVIDADES 6. Razona en cada uno de los siguientes ejemplos propuestos si se aplica un enfoque sistémico o un enfoque reduccionista. ● El estudio de la morfología de un determinado fósil ● Calcular el desplazamiento de uno de los bloques o labios de una falla. ● Analizar la cantidad de carbonato cálcico depositado en las conchas de los moluscos marinos fósiles sabiendo que las bajas temperaturas favorecen el depósito de CaCO3. El estudio de los elementos de una falla no nos permite deducir su relación con los terremotos o con el desplazamiento de pla- cas tectónicas. El estudio de las placas tectónicas y sus desplazamientos nos permite deducir su relación con fenómenos volcánicos, con el aislamiento de masas continentales como Australia y con la aparición de especies tan curiosas como el ya desapare- cido dodo isla Mauricio. Unidad 1 Las ciencias geológicas ¿Cómo trabajan los geólogos? DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 9 2 ¿Cómo trabajan los geólogos? Para un profano, un geólogo es un naturalista que desarrolla su actividad principalmente en el campo, y así era en las primeras etapas de la historia de la Geología. Los primeros geólogos modernos eran profesionales que traba- jaba en terreno con muy pocos instrumentos: un martillo geológico, una brújula, una lupa para observar las rocas y minerales, una libreta y un lápiz, además de un mapa geográfico con menos detalles que los actuales. El gran desarrollo científico tecnológico de las últimas décadas ha propicia- do que se produzcan grandes avances en los estudios geológicos y la labor de un geólogo ya no se desarrolla principalmente en el campo, sino que también tiene lugar en espacios cerrados. Trabajo de preparación en el gabinete Como cualquier investigación científica, el trabajo de un geólogo parte del planteamiento de una pregunta. La cuestión planteada puede generarse por factores muy diversos: intereses económicos como los relacionados con la explotación de recursos mineros; interés científico, como el estudio de los meteoritos; prevenir riesgos, como en el análisis de los terrenos sobre los cuales se han de construir determinadas infraestructuras… La respuesta a la pregunta planteada supone el desarrollo del trabajo geoló- gico, generalmente formado por un equipo, cuya primera etapa es el trabajo de preparación en el gabinete. Este consiste en un conjunto de activida- des que se deben realizar para iniciar un proyecto y tienen como objetivo fundamental definir el propósito del trabajo que se va a desarrollar. Algunas de las tareas a desarrollar son: Recopilar y revisar la información existente sobre el objeto de estudio para determinar la base del trabajo: mapas topográficos de diferentes escalas, fotografías aéreas, imágenes de satélites, imágenes de radar… Elaborar un plan de trabajo y establecer los criterios mínimos pa- ra la toma de información y/o muestreo de campo, metodología a seguir, materiales necesarios… En numerosos casos, es preciso es- tablecer contactos con otros especialistas para cubrir otras áreas de investigación dentro de un proyecto mucho más amplio. Por ejem- plo, en la Base Antártida Española Juan Carlos I se desarrollan in- vestigaciones paleoclimáticas, biológicas, petrológicas... Correlacionar los datos geológicos con los geofísicos, geoquímicos y geomecánicos. ACTIVIDADES 7. En el recuadro que aparece en esta página se indica que los fósiles proporcionan información paleoecológica. ¿Qué es la paleoecología? ¿Cómo los fósiles nos proporcionan información sobre ella? Paseando con un geólogo En numerosas ocasiones, el trabajo de campo de un geólogo consiste en la búsqueda de afloramientos de ro- cas y posibles yacimientos minerales. Cuando el geólogo localiza un aflora- miento ha de situarlo sobre el mapa topográfico o sobre una fotografía aé- rea. El reconocimiento de las rocas se puede realizar con ayuda de una lupa in situ. La búsqueda de fósiles le ayu- da a establecer la edad de los mate- riales en los que se encuentran y ob- tener información paleoecológica. Con la brújula, un clinómetro y un ni- vel, el geólogo mide la altura de los estratos y de las estructuras presen- tes (pequeñas fracturas, fallas, etcé- tera). También recoge muestras con la ayuda de un martillo; posterior- mente, las guarda, debidamente iden- tificadas, para llevarlas al laboratorio para su análisis. Todos los datos quedan recogidos en una libreta de campo, donde anota la localización exacta del afloramiento y todos los datos observados y medidos (inclinación de los estratos, fósiles, muestras recogidas…). También reali- za esquemas de la disposición de las capas. En la imagen podemos ver como un geólogo toma nota de la dirección y grado de inclinación de una capa con la ayuda de una brújula-clinómetro. Unidad 1 Las ciencias geológicas ¿Cómo trabajan los geólogos? DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 10 Trabajo de campo Es la labor geológica que va a permitir comprobar el modelo geológico que previamente se habíaelaborado en el gabinete. En ocasiones, sobre el te- rreno se van a poner de manifiesto una serie de elementos de mayor o me- nor importancia que en principio no fueron considerados, por no estar con- templados en la información obtenida, y que obligan a complementar, recti- ficar o reinterpretar el modelo preliminar. En el campo se lleva a cabo el plan de trabajo diseñado en la fase anterior, siguiendo los recorridos y estaciones previamente establecidos y tomando fotografías, recogiendo datos, recopilando muestras de rocas y fósiles (si los hubiese), anotando con detalle su localización; a la par, se elaboran mapas topográficos y geológicos, cortes geológicos, columnas estratigráficas… Las técnicas y los materiales necesarios en el trabajo de campo van a depen- der de la naturaleza del estudio. En ocasiones, solo se necesitan herramien- tas básicas como un martillo geológico, una brújula, un clinómetro… Pero en otras ocasiones, la complejidad del proyecto es tal que requiere la colabo- ración de especialistas en diversos campos y exige la utilización de un gran número de recursos, tanto humanos como económicos, que son comparti- dos para desarrollar diversos proyectos y, de esta manera, disminuir costes. Encontramos un buen ejemplo de este hecho en el buque Hespérides de la armada española, especialmente diseñado para efectuar investigaciones cien- tíficas multidisciplinares en todos los mares y océanos del planeta, inclusive las zonas Árticas y Antárticas durante los veranos boreales y australes, res- pectivamente. En él se realizan una serie de investigaciones relacionadas con los recursos naturales, la atmósfera, el clima, los recursos marinos, el cambio climático global, la biodiversidad marina y los riesgos naturales. Para estas investigaciones el buque está dotado con múltiples laboratorios dedicados a los diferentes tipos de investigación; también cuenta con un perfilador sís- mico, distintos tipos de sondas, una grúa telescópica para recoger muestras del fondo marino... Estudios de los fondos marinos Las muestras del fondo marino se ob- tienen con unos equipos denomina- dos dragas y sacatestigos. Estas téc- nicas permiten conocer los tipos de sedimento que conforman el fondo marino y el subfondo. Analizando el tipo de sedimento así como su distribución vertical, es decir a lo largo del tiempo, y superficial se podrá comprender los procesos se- dimentarios que han tenido lugar du- rante las etapas más recientes de la evolución del fondo marino. Para identificar las principales morfo- logías y estructuras del fondo marino se utilizan sondas multihaz, que ob- tienen datos de profundidad, y reflec- tividad acústica. El funcionamiento de las ecosondas se basa en la medi- da del tiempo que tarda una onda acústica en recorrer la distancia entre el punto de partida y el fondo del mar donde se refleja y retorna al punto inicial (tal como se refleja en la ima- gen inferior). Las imágenes de la derecha ilustran el funciona- miento de un perfilador sísmico vertical. Es un instrumento diseñado para obtener datos sísmi- cos de alta resolución del fondo marino. Dichos perfiles proporcionan una información estrati- gráfica muy detallada de los primeros 80 a 100 metros de corteza oceánica, siendo un instru- mento clave para estudiar la arquitectura de los sedimentos más recientes. Unidad 1 Las ciencias geológicas ¿Cómo trabajan los geólogos? DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 11 Análisis y presentación de resultados Los datos obtenidos en el trabajo de campo han de ser elaborados e inter- pretados. Esta fase se realiza principalmente en el gabinete —es el caso de los mapas y cortes geológicos— y si se trata de muestras, en el laboratorio. Una vez finalizadas estas tareas, los resultados se han de presentar. La forma de exposición será muy variada en función de los objetivos previstos. En ocasiones, la presentación implica la realización de mapas y corte geológicos, fotografías y columnas estratigráficas, como los que presentamos en las imágenes adjuntas tomadas de un estu- dio geológico del distrito minero de La Caridad, en Sonora, Méjico1. En estos casos, el trabajo ha de incluir una interpretación de los resulta- dos, que explique cómo se han originados las distintas unidades litoló- gicas que forman un determinado depósito. A veces, el trabajo conduce a una publicación de gran envergadura, co- mo el realizado en el texto cuya imagen adjuntamos. 1 La columna estratigráfica, mapa, corte geológico y la foto interpretativa han sido tomadas de un ar- tículo publicado en la Revista Mexicana de Ciencias Geológicas. En la parte superior, columna estratigráfica es- quematizada mostrando las unidades litológicas que afloran en el distrito de La Caridad (sin es- cala). En la fotografía inferior, Atlas Geoquímico de España editado por el Instituto Geológico y Mi- nero de España. En la fotografía se muestra un corte a lo largo del camino que une la población de Nacoriza con la mina La Caridad (So- nora, Méjico). Unidad 1 Las ciencias geológicas ¿Cómo trabajan los geólogos? DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 12 En otras ocasiones, se han de realizar y presentar simulaciones por ordenador. Esto se ha de realizar, frecuentemente, con las imágenes obtenidas por satélites, a partir de las cuales se elaboran modelos digitales del terreno (MDT). Simulaciones por computadora Simulación es el proceso de diseñar un modelo de un sistema real y llevar a cabo experiencias con él. Su finalidad es comprender el comportamiento del sistema o experimentar diversas estrategias para su funcionamiento dentro de los límites impuestos por uno o más criterios. Las simulaciones por computadora son una importante herramienta para el estudio de objetos o procesos que no pueden ser visualizados directamente. Para llevarlas a cabo, se han de diseñar modelos matemáticos para el sistema físico, utilizando las leyes físicas que describen el problema. Estos modelos son traducidos en términos de programas de ordenadores que generan solu- ciones a los problemas propuestos. Los programas en ejecución representa- rán entonces una aproximación discreta al sistema en el mundo real. Las simulaciones por computadora abarcan desde programas informáticos cuya ejecución dura unos minutos hasta conjuntos de ordenadores conecta- dos en red cuya ejecución dura horas, e incluso hay simulaciones que se ex- tienden varios días. Simulación por computadora de la interacción gravitacional entre dos galaxias en tres momentos dados. La forma espiral de la galaxia azul en la imagen de la derecha también es observada en al- gunas galaxias reales, como es el caso de la Vía Láctea. Las simulaciones permiten especular que la formación de estas galaxias espirales es debida a una interacción con otra galaxia de menor tama- ño que se dio con anterioridad. Cartografiando Venus Los geólogos estudian las característi- cas de la corteza de un planeta, tales como su grosor y composición, bus- cando pistas de la historia del mismo. En el caso de Venus, se ha pensado durante mucho tiempo que podría haber presentado una tectónica de placas similar a la de la Tierra, debido a su proximidad a nuestro planeta y a que presenta un tamaño similar. Para comprobar esta hipótesis, se ha estudiado la corteza de Venus. Para ello se usaron datos gravitatorios y topográficos recopilados, entre 1990 y 1994, por la nave Magallanes, cuando orbitó Venus y tomó imáge- nes de radar de la superficie del pla- neta. A partir de estas imágenes se ha reali- zado una simulación de la superficie de Venus generada por computadora. En la imagen adjunta podemos obser- var el relieve venusiano. Estas simulaciones sugieren que la superficie de Venus evolucionó a tra- vés de un proceso periódico de rege- neración superficial,posiblemente provocado por la actividad volcánica procedente de la fusión parcial de material del manto. Esta teoría se ve apoyada por la edad de los cráteres presentes en la super- ficie, que es de unos 500 millones de años, bastante alejada de la edad del planeta, estimada en unos 4600 mi- llones de años. ACTIVIDAD 8. En el epígrafe 1 describimos el primer principio básico de la estratigrafía. Aplica este principio a la columna estratigráfica que aparece en la página anterior e indica en qué orden se han depositado sus estratos. Modelo digital del terreno de la superficie del cañón Tithonium Chasma situado en la parte oeste de Valles Marinesis, en Marte. La imagen fue creada a partir de los datos de altitud del terreno que se obtuvieron utilizando una iluminación ficticia, que en este caso procede de la parte superior de- recha. Unidad 1 Las ciencias geológicas Técnicas de trabajo de la Geología DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 13 3 Técnicas de trabajo de la Geología Los intereses de una investigación son muy variados, y esto hace que los procedimientos y técnicas que se han de utilizar también sean múltiples. A continuación describiremos algunos. Realización de mapas y cortes geológicos Los mapas geológicos tienen como base los mapas topográficos. Estos constituyen una de las principales fuentes de información a la hora de pre- parar un proyecto. Un mapa topográfico es una representación, generalmente parcial, del relieve de la superficie terrestre a una escala definida (ya sea de forma numérica o de forma gráfica). El sistema más extendido de representación sobre un plano de los elemen- tos topográficos (longitudes y alturas) y orográficos (forma del terreno) es el denominado de curvas de nivel. Una curva de nivel es una línea imaginaria representada sobre la superficie del terreno, que une cotas o puntos de igual altitud sobre el nivel del mar. La forma de la superficie de la Tierra también se puede mostrar mediante códigos de colores, sombreados, líneas de cumbres… Además de las curvas de nivel, en un mapa topográfico suelen incluirse otras variables como la vegetación, los suelos, la red hidrográfica, las pobla- ciones..., todas ellas con su correspondiente color y símbolo. En un plano, las curvas de nivel se emplean para representar intervalos de altura que están a igual distancia sobre un plano de referencia. Esta diferen- cia de altura entre curvas recibe el nombre de equidistancia. También se debe indicar la escala (tanto en superficie como en altura), la dirección del Norte geográfico y magnético y, si es posible, coordenadas GPS. ACTIVIDADES 9. ¿Cuál es la equidistancia entre las curvas de nivel del mapa topográfico de la imagen superior? La escala de este mapa es de 1:10 000. ¿Qué significado tiene este dato? 10. Con los datos aportados en esta representación, denominada bloque diagrama, calcula cuál es la diferencia de altitud (X) entre la cota in- ferior y la superior. Utilizando la fórmula que aparece bajo la imagen, calcula la pendiente. Imagen superior, mapa topográfico con curvas de ni- vel. Imagen inferior, mapa topográfico de Sicilia en el que las variaciones del relieve se señalan mediante código de colores. La utilización de colores en los diversos niveles junto con otros símbolos y trazos auxiliares permite reco- nocer montañas, valles, ríos, colinas y otras caracte- rísticas del terreno. Los planos en los que los datos al- timétricos vienen expresados por zonas de colores, se denominan planos hipsométricos. Unidad 1 Las ciencias geológicas Técnicas de trabajo de la Geología DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 14 Levantamiento del perfil topográfico Un perfil topográfico o corte topográfico es una representación del relieve del terreno que se obtiene cortando transversalmente las curvas de nivel de un mapa topográfico. Antes de levantar un perfil topográfico debe establecerse una escala de alturas sobre papel milimetrado (eje de ordenadas), que usualmente será la misma del mapa (eje de abscisas,) a menos que se quiera resaltar los ele- mentos del relieve, en cuyo caso se suele ampliar de tres a cinco veces la escala horizontal. Para dibujar el perfil topográfico se han de seguir entonces los siguientes pasos: 1. Se debe seleccionar la zona por la que se realizará el perfil para ello se di- buja una línea entre los dos puntos extremos de la zona de corte del perfil. 2. Sobre la línea se coloca el borde de una hoja de papel milimetrado y se se- ñala en el papel cada punto en el que el borde del papel se cruce con una curva de nivel, anotando el valor de la altitud de dicha curva justo debajo. 3. Se representan estas diferentes alturas en función de la escala vertical que hayamos considerado. 4. Se unen todos los puntos, definiendo de esta manera el perfil topográfico de la región. Mapas geológicos A partir de un mapa topográfico se puede elaborar un mapa geológico. Un mapa geológico es la representación, sobre un mapa topográfico, de los diferentes tipos de rocas que afloran en la superficie terrestre y los ti- pos de contactos que se establecen entre ellas. En un mapa geológico se han de reflejar las estructuras tectónicas, como los pliegues, las fallas y los elementos geomorfológicos (meandros, islas...). También se pueden indicar los yacimientos fósiles, las fuentes, los recursos minerales... En estos mapas, la utilización de colores y tramas es fundamental porque cada color indica una unidad litológica o conjunto de rocas que presentan una edad determinada. Los códigos de colores y tramas son determinados por comisiones de expertos que han establecido la escala cronoestratigra- fíca internacional, y se han de utilizar en todos los trabajos de este tipo, en la leyenda del mapa se explica el significado de cada símbolo. Generalmente, los mapas geológicos se levantan a escala mayor de 1:10 000 hasta 1:100 000 inclusive, aunque habitualmente se levantan a escala 1:50 000 y se construyen a partir de estudios previos de documentación y foto- geología (fotografías aéreas o de satélites, imágenes de radar…) y del trabajo de campo, con la recogida de datos y muestras. En el gabinete se realiza la representación del mapa y del corte geológico, a partir del mapa topográfico. 11. Explica qué escala presenta cada uno de los mapas de esta página y cuál es su equivalencia en km. ACTIVIDADES Unidad 1 Las ciencias geológicas Técnicas de trabajo de la Geología DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 15 Corte geológico A partir de un mapa geológico se puede obtener el perfil o corte geológico de la región. Un corte geológico es la representación gráfica vertical de la disposición en profundidad de las unidades y estructuras geológicas. Al igual que en el caso de los mapas, el corte geológico debe estar acompañado de una serie de elementos que permitan su correcta interpretación Una escala gráfica, tanto vertical como horizontal. La orientación, es decir, se tiene que indicar una referencia en sus dos extremos con relación a los puntos cardinales (N, SO, NNE...). La base de representación es el perfil topográfico. Esta representación del relie- ve del terreno se obtiene cortando transversalmente las líneas de un mapa geo- lógico y reconstruyendo hacia el interior de la superficie terrestre la estructura geológica de una zona. Para realizar un corte geológico se emplea la misma técnica que para hacer un perfil topográfico, aunque en este caso se parte de un mapa geológico como el que observamos sobre estas líneas. Sobre él se selecciona la zona por la que se quiere realizar el corte y se traza una línea entre dos puntos; posteriormente se siguen los mismos pasos que para levantar el perfil topográfico. En el perfil topográfico se han de proyectar todos los elementos de informa- ción del mapa geológico utilizado (ríos, montes, pueblos,carreteras...). A conti- nuación se han de seguir los siguientes pasos: Se ordenan los materiales según su edad geológica a partir de los datos suministrados por la leyenda. Cada trama indica una unidad litológica o conjunto de rocas, que tiene una edad determinada. Estas unidades litológicas reciben el nombre de formaciones. Se reconoce en el mapa las líneas de contactos y otros símbolos que indican la posición del plano de unión entre distintas unidades litológi- cas. Los contactos se representan mediante unas líneas negras de distin- to grosor y forma y separan unidades litológicas sucesivas. Se identifica en el mapa geológico los elementos representados (plie- gues, planos de falla, etcétera) y se proyectan sobre la línea del perfil. ACTIVIDADES 12. Observa el mapa superior e indica de qué época son los materiales más antiguos, ¿qué color se les asigna según la escala estratigráfica internacional? Contesta a la pregunta para el caso de los materiales más modernos. Se elabora de forma que atraviese las estructuras geológicas principales, para dar una idea de la posición de éstas en el subsuelo. En la imagen superior podemos observar algu- nas de las tramas más habitualmente utiliza- das para la representación de rocas. Contacto definido entre las lutitas de la forma- ción Cachíos (parte inferior) y las areniscas de la formación Labra (parte superior) en Yyra (Pe- rú). Lutitas y areniscas son rocas sedimentarias. Unidad 1 Las ciencias geológicas Técnicas de trabajo de la Geología DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 16 En el caso de las fallas se han de localizar los bloques hundido y levan- tado y, si es posible, identificar el tipo de falla. Los pliegues se identifi- can gracias a los símbolos presentes en el mapa. Para determinar la posición de los estratos, niveles, elementos y for- maciones se tiene que indicar: — La dirección o rumbo es el ángulo, respecto al norte geográfico, que forma la línea de intersección del plano geológico con un plano horizontal. Se mide con una brújula. — El buzamiento es el valor de la pendiente de un plano geológico en la sección de su línea de máxima pendiente. Este valor se obtie- ne midiendo el ángulo de inclinación con respecto a la horizontal. Se mide con un clinómetro. Se dibujan los contactos entre materiales en profundidad, teniendo en cuenta los símbolos que aparecen en los distintos materiales. Primero se han de representar los elementos estructurales más importantes co- mo son planos de falla y los planos axiales de pliegues. Estos elementos estarán representados por líneas que deben pasar por los puntos de in- tersección sobre el perfil topográfico, y deben trazarse con el ángulo de buzamiento. A continuación, se señalan los contactos concordantes entre los diferentes materiales (planos de estratificación que separan unos estratos de otros). Cada estrato se pinta con las tramas y/o colores correspondientes a la edad o a los materiales que presenta, siempre paralelos al buzamiento de las capas. Se orienta el corte y se coloca la escala del mismo. Todas las líneas que se dibujan en un corte geológico deben tener «estilo geológico», es de- cir, es conveniente trazarlas a mano alzada y evitar los trazos comple- tamente rectos. En la imagen 1) podemos observar la dirección y el buza- miento de un plano de falla. En la imagen 2), esquema que muestra cómo se mide el ángulo buzamiento. En la imagen 3), símbolo que se utiliza para representar la orientación espacial de la estratificación. El aspa larga del símbolo hace referencia a la dirección de la capa (con respecto al norte) y el segmento corto indica hacia donde buza el estrato. Este símbolo puede estar acompañado de un número que indica el valor del ángulo de buza- miento (siempre con respecto a la horizontal). En el ejemplo tenemos una capa con dirección norte-sur y que buza 45º hacia el este. Toma de datos de un estrato inclinado. En A se está mi- diendo la dirección y en B el buzamiento. La medición se está realizando con una brújula- clinómetro. Unidad 1 Las ciencias geológicas Técnicas de trabajo de la Geología DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 17 ACTIVIDADES 13. ¿Cuál será la dirección de una capa horizontal? 14. Observa el siguiente mapa topográfico y responde a las preguntas planteadas a continuación: En el mapa se pueden observar dos tipos de curva de nivel, unas gruesas llamadas curvas maestras o principales y otras de trazo más fino que son curvas secundarias. a) ¿Cuál es la equidistancia entre curvas de nivel maestras? b) ¿Y entre curvas secundarias? c) ¿Qué tipos de códigos está utilizando para hacer referencia a las altitudes del terreno? d) En el mapa podemos observar que hay una serie de líneas que son paralelas, ¿Qué indican? e) En algunas ocasiones estas líneas están muy juntas pero en otras están muy separadas. ¿Qué significado puede tener este hecho? f) ¿Por qué podemos observar algunas líneas más o menos concéntricas, como las que aparecen en el re- cuadro rojo? g) Señala en el mapa dónde se localiza la cota más alta y cuál es su valor. h) Señala en el mapa dónde se localiza la cota más baja y cuál es su valor. i) Los pequeños cuadros azules señala el lugar de nacimiento de tres pequeños cursos de agua. Indica de forma aproximada en qué cota se localizan. j) También podemos observar tres lagos o embalses (en azul) conectados a un río (línea azul). Indica el sen- tido del curso del río. Explica cómo lo has deducido. k) En el mapa falta un elemento esencial. ¿Cuál es? ¿Falta más información? En caso afirmativo, indica cuál o cuáles son. Unidad 1 Las ciencias geológicas Técnicas de trabajo de la Geología DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 18 ACTIVIDADES 14. Dado el siguiente mapa topográfico, construye el correspondiente perfil topográfico por la línea AB. 15. A partir del siguiente mapa geológico, construye el corte geológico por la línea AB. Los estratos son horizon- tales. 16. Dados los esquemas geológicos adjuntos, dibuja los cortes geológicos por la línea AB suponiendo que la to- pografía es horizontal. (Observa la simbología utilizada). Unidad 1 Las ciencias geológicas Técnicas de trabajo de la Geología DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 19 Teledetección La detección remota, o teledetección, es una técnica que, a través de la adquisición de imágenes, permite obtener información de la superficie de la Tierra sin existir contacto directo con ella. Se basa en que los objetos emiten o reflejan radiaciones electromagnéticas. La detección remota engloba todos los procesos que permiten captar y re- gistrar la energía de un rayo electromagnético emitido o reflejado, y tratar y analizar la información, que después será utilizada en múltiples aplicaciones. Mediante esta técnica se obtienen imágenes del planeta a través de sensores aéreos o espaciales. Entre las técnicas de teledetección más utilizadas en Geología podemos citar las siguientes: Fotogeología aérea Uno de los instrumentos más poderosos para la interpretación de los fenó- menos geológicos es la fotogeología. La fotogeología es el estudio de la superficie terrestre, de los diversos ti- pos de materiales que la integran y de las huellas que sobre ellos han deja- do la serie de procesos a los que han estado sometido a lo largo de los tiempos geológicos. A partir de la interpretación de fotografías aéreas se puede obtener informa- ción litológica (acerca de la naturaleza de las rocas) e información estructural (cómo se disponen o han sido modificadas). El análisis se lleva a cabo sobre una sola imagen, por lo que el resultado ob- tenido es únicamente bidimensional. Sin embargo, el empleo de pares de fo- togramas proporciona la posibilidad de trabajar en tres dimensiones, incre- mentándose la información extraíble de las imágenes. De forma clásica, lapercepción de la profundidad se consigue mediante los estereoscopios como el mostrado en la imagen superior. En la actualidad, los modelos digitales nos permiten visualizar fotografías aéreas en 3D, aplicando para ello técnicas estereoscópicas, y medir cotas con relativa precisión. Estas imágenes proporcionan la posibilidad de apreciar las pendientes del terreno, la erosión o las redes hidrográficas…, lo que pro- porciona una información muy valiosa, especialmente para áreas extensas. La imagen de satélite Landsat de la izquierda muestra un enorme lago en el río Tsangpo (Chi- na) detrás de una presa creada por un desliza- miento de tierra (en rojo, abajo a la derecha del lago) a principios de 2000. La imagen de la dere- cha muestra el río después de una ruptura catas- trófica del dique, en junio de 2000. Antiguamente se utilizaban los estereoscopios de espejos (cartografía analógica) como el que aparece en la fotografía superior para ob- servar imágenes, como las que aparecen en el centro, de forma tridimensional. Actualmente esta técnica está siendo despla- zada por el formato digital (imagen inferior). Unidad 1 Las ciencias geológicas Técnicas de trabajo de la Geología DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 20 Técnica InSAR La interferometría radar de apertura sintética (InSAR, por sus siglas en inglés) es una técnica utilizada en percepción remota (vía satélite) útil para medir deformaciones terrestres, conocer con precisión las coordenadas de cualquier punto y construir modelos digitales de terreno. El InSAR usa un radar para registrar dos o más imágenes de exactamente la misma área en diferentes momentos. Al compa- rar las imágenes es posible detectar cual- quier cambio que pueda haber ocurrido durante ese período particular de tiempo. La interferometría se puede realizar con un único satélite o con dos que van uno detrás del otro en la misma órbita. Sistema de Información Geográfica (SIG) Actualmente los Sistema de Información Geográfica (SIG, por su acróni- mo en inglés) proporcionan imágenes con mucha información geológica. Los SIG son una integración organizada de datos geográficos, software y hardware, diseñada para capturar, almacenar, manipular, analizar y desple- gar en todas sus formas la información geográficamente referenciada. El SIG funciona como una base de datos con información geográfica (datos alfanuméricos) que se encuentra asociada por un identificador común a los objetos gráficos de un mapa digital. El sistema permite separar la informa- ción en diferentes capas temáticas superponibles y las almacena indepen- dientemente, permitiendo trabajar con ellas de manera rápida y sencilla con el fin de resolver problemas complejos de planificación y gestión geográfica. Los SIG presentan la posibilidad de relacionar la información existente a través de la topología de los objetos, con el fin de generar otra nueva capa. Google Earth Google Earth es un programa informático similar a los SIG pero que permite visualizar imágenes en 3D y a escala de un lugar específico del planeta. El programa combina imágenes de alta resolución obtenidas por los satélites QuickBird y Lantad, mapas y el motor de búsqueda de Google. Además, es- tá en conexión con GPS (Sistema de Posicionamiento Global). La características 3D de este programa permite apreciar el relieve y ofrece la posibilidad de medir distancias geográficas, calcular la altura de las monta- ñas, ver volcanes…, y cambiar la vista de horizontal a vertical o al revés. Sobre las imágenes de Google Earth se pueden superponer otras capas con in- formación de la zona estudiada: mapa geológico, movimiento de las placas tectónicas, edad del suelo oceánico, capa de terremotos... Los satélites que proveen las imágenes de alta resolución se ubican a unos cientos de kilómetros de altura sobre la Tierra. Esto significa que solo ven una pequeña parte de la superficie a través de sus cámaras a medida que or- bitan la Tierra —no todas las fotos mostradas por Gloogle Earth son de saté- lites; algunas son ortofotos de ciudades tomadas por aviones que vuelan a bastante altura, sobre los 10 000 metros—. Esta imagen de InSAR (en falso color) muestra una par- te del Valle de la Muerte. El radar es sensible a la ru- gosidad de la superficie y detecta áreas rugosas que representa en colores más claros y brillantes frente a las zonas lisas (más oscuras). En la imagen se observa claramente el contraste que existe entre las montañas brillantes que rodean los oscuros valles del Valle de la Muerte. (Imagen de la NASA) Ejemplo de un SIG. Se pueden observar las distin- tas capas o mapas digitales, cada una con un tipo de información. Imagen del Google Earth: lagos Azul y Verde de la isla de Sâo Miguel en Azores. Unidad 1 Las ciencias geológicas Técnicas de trabajo de la Geología DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 21 Técnicas analíticas Las muestras recogidas durante el trabajo de campo tienen distintos trata- mientos, en función de la cantidad de la muestra y de su naturaleza química. Hay dos tipos de métodos: Métodos físicos Se caracterizan porque la muestra se analiza sin alterar su composición ni su estructura. Entre ellos tenemos: Observación en el microscopio petrográfico Este método consiste en el estudio de las rocas mediante el microscopio pe- trográfico, es decir bajo luz polarizada, tanto en luz paralela como en níco- les cruzado. Para llevar a cabo el estudio, es preciso preparar previamente las muestras cortándolas hasta obtener unas láminas muy delgadas, de unas pocas micras. Acoplando una cámara fotográfica se pueden obtener imáge- nes como la que observamos a continuación. Análisis con microscopía electrónica de barrido y microanalizador Se utiliza para estudiar microtexturas de materiales cuyo límite de resolu- ción sea inferior al del microscopio petrográfico, tal es el caso de los poros de las rocas. El microscopio está conectado con una cámara, lo que permite obtener fotografías de la imagen. Difracción de rayos X Una de las técnicas más eficaces para el análisis cualitativo y cuantitativo de fases cristalinas de un mineral es la cristalografía de rayos X. Es una técni- ca basada en el fenómeno de la difracción de los rayos X, que se produce cuando interaccionan con sólidos en estado cristalino; por esta razón, tam- bién es denominada difracción de rayos X. En el análisis físico también se utilizan otros instrumentos, como la lupa bi- nocular, el microscopio electrónico y los modelos a escala. Difracción de rayos X La difracción es un fenómeno carac- terístico de las ondas que se basa en la desviación de estas al encontrar un obstáculo o al atravesar una rejilla. Los cristales presentan una disposi- ción espacial ordenada de sus átomos por lo que asemejan a una rejilla tri- dimensional. Gracias a su estructura periódica, los cristales dispersan elás- ticamente los haces de rayos X en ciertas direcciones y los amplifican por interferencia constructiva (dos o más ondas se superponen para for- mar una onda resultante de mayor o menor amplitud), originando un pa- trón de difracción. Esto sucede porque los rayos X inter- actúan con los electrones que rodean los átomos por ser su longitud de on- da del mismo orden de magnitud que el radio atómico. El haz de rayos X que emerge tras es- ta interacción contiene información sobre la posición y tipo de átomos encontrados en su camino. Su análisis posterior por medios ma- temáticos permite obtener una re- presentación a escala atómica de los átomos y moléculas del material es- tudiado. ACTIVIDADES 17. De lo expuesto en el texto podemos deducir el principal inconveniente de la difracción de rayos X. ¿Cuál es? 18. La interferencia se produce cuando la longitud de onda es mayor que las dimensiones del objeto. ¿Qué sucederá si el ta- maño de las partículas con las que interactúan es mucho mayor quela longitud de onda? A la izquierda, microscopio polarizador. A la derecha, microfotografía de un gabro (roca ígnea plutónica) con polarizadores cruzados. Los minerales principales son plagioclasa, clinopiro- xeno y olivino. Unidad 1 Las ciencias geológicas Técnicas de trabajo de la Geología DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 22 Métodos químicos Alteran la composición y estructura de los materiales. Se dividen en: Análisis químicos, como por ejemplo: o La gravimetría, también denominada análisis gravimétrico, que consiste en determinar la proporción de un elemento, radi- cal o compuesto presente en una muestra, eliminando todas las sustancias que interfieren y aislando el componente deseado pa- ra que pueda ser pesado. o La volumetría, también llamada va- loración química, es un método químico que se usa para medir cuán- ta cantidad de una disolución de concentración conocida (disolución valorante) se necesita para reaccionar con otra disolución de concentra- ción desconocida. Para ello se va añadiendo gota a gota la disolución valorante a la disolu- ción desconocida desde un recipien- te cilíndrico denominado bureta, hasta que la reacción finaliza. Según el tipo de reacción que se produzca, la volumetría será, por ejemplo, volumetría ácido-base, de oxidación-reducción o de precipitación. El final de la reacción suele determinarse a partir del cambio de color de un indicador, como papel de tor- nasol, o una mezcla especial de indicadores denominada indica- dor universal. Espectroscopias. Son técnicas de análisis que se basan en la absor- ción de radiación por parte de las moléculas. Las moléculas absorben la radiación electromagnética en paquetes discretos de energía, o cuantos. La absorción se produce solamente cuando la radiación que incide sobre la sustancia proporciona el cuanto de energía adecuado. La absorción de energía provoca algún tipo de “movimiento” electrónico o mecánico en la molécula, pro- ceso que se denomina excitación. Los compuestos pueden absorber energía radiante pasando de un estado energético a otro superior. Los espectrógrafos registran la cantidad de energía que absorbe un compuesto en función de la longitud de onda. Varias de estas técnicas espectroscópicas se usan en Geología; entre ellas, destacamos la espectrometría de fluorescencia de rayos X que proporciona información sobre la estructura total de la molécula, incluida la estereoquímica de la misma a partir de las posiciones relativas de los átomos y el espectrómetro de masas. La espectrometría de masas es una técnica experimental que permite analizar e identificar los diferentes elementos químicos que forman un compuesto (fórmula molecular) o determinar el contenido isotó- pico de diferentes elementos en un mismo compuesto. El espec- trómetro de masas va separando los núcleos atómicos en función de su relación masa-carga (m/q). Espectrometría de masas El fundamento físico de la espectro- metría de masas es sencillo: cuando una partícula cargada se mueve en el interior de un campo magnético ex- perimenta el efecto de una fuerza magnética. La intensidad de esa fuerza magnéti- ca depende de la carga eléctrica, de la intensidad del campo magnético, de la orientación relativa que tengan es- te último y por último, de la veloci- dad de la partícula. En general, un espectrómetro de ma- sas consta de: Un sistema de introducción de muestra. Una fuente de ionización. Un analizador o filtro de masas. Un detector que recoge y carac- teriza los fragmentos iónicos. Además todo el sistema se encuentra sometido a alto vacío para evitar coli- siones entre los fragmentos iónicos El funcionamiento es simple: unas pocas moléculas de un compuesto se introducen en el espectrómetro me- diante un dispositivo apropiado (cá- mara de introducción), se convierten en iones (ionización) y adquieren una relación masa/carga (m/q). La rela- ción m/q obliga a las moléculas que la han adquirido a describir una trayec- toria propia dentro del espectróme- tro (deflexión) que se encuentra a al- to vacío. Los iones de una relación m/q determinada son así detectados (detección) separadamente de los que tienen otras relaciones m/q. La calibración adecuada del instrumento permite medir la relación m/q y por tanto la masa molecular de cada ion que alcanza el detector. Unidad 1 Las ciencias geológicas Técnicas de trabajo de la Geología DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 23 ISÓTOPOS Se denominan isótopos a los átomos de un mismo elemento, cuyos núcleos tienen igual número atómico (número de protones en el nú- cleo) pero diferente número de neutrones, y por lo tanto, difieren en su número másico (suma del número de neutrones y protones). La mayoría de los elementos químicos tienen más de un isótopo. Solamente 21 elementos poseen un solo isótopo natural. Cada isótopo se representa con el símbolo del elemento al que pertenece, colocando como subíndice a la izquierda su número atómico y como superíndice a la izquierda su número másico. Así, los isótopos del hidrógeno denominados protio, deuterio y tritio se denotan 1H, 2H y 3H, respectivamente. La abundancia de los isótopos varía de un elemento a otro, así en el caso del carbono se presenta en la naturaleza como una mezcla de tres isótopos con números másicos 12, 13 y 14: 12C, 13C y 14C. Sus abundancias respecto a la cantidad global de carbono son respectiva- mente 98,89 %, 1,11 % y trazas. Los isótopos se subdividen en isótopos estables (existen menos de 300) y no estables o isótopos radiactivos (existen alrededor de 1200), que se van desintegrando. Cada radioisótopo tiene un periodo de semidesintegra- ción o semivida característica definido como el tiempo necesario para que se desintegren la mitad de los núcleos de una muestra inicial de un radioisótopo. Durante la desintegración, la energía puede ser liberada principalmente en forma de radiación α (partículas constituidas por núcleos de helio; es decir, están forma- das por dos protones y dos neutrones), β (partículas formadas por electrones o positrones) o gamma (energía en forma de radiación elec- tromagnética). La energía liberada puede detectarse con un contador Geiger o con una película fotográfica. Se obtiene la edad de la muestra, no la del propio isótopo, ya que se tienen en cuenta también los isótopos que se han desintegrado en la misma mues- tra. Los isótopos inestables son útiles para estimar la edad de una amplia variedad de muestras naturales, tanto rocas como materia orgánica. Esto es posible, siempre y cuando, se conozca el ritmo promedio de desintegración de un de- terminado isótopo, en relación a los que ya han desintegrado. Por ejemplo, el carbono-14 radioactivo, muy importante ya que su semivida es de 5730 años y se usa para determinar la edad de los fósiles orgánicos; el bromo-82 se utili- za para el cálculo de caudales de agua, de las direcciones de flujo de agua y de los tiempos de residencia en aguas superficiales y subterráneas, para la de- terminación de la dinámica de lagos y fugas en embalses…; el escandio-46 se emplea en estudios de sedimentología y análisis de suelos… ACTIVIDADES 19. El concepto de isótopo estable parece contradictorio; sin embargo, algunos isótopos se pueden considerar estables ¿por qué razón? 20. El periodo de semidesintegración del polonio-210 (210Po) es de 138 días. Si disponemos inicialmente de 2 mg de polo- nio-210, ¿qué tiempo debe transcurrir para que queden 0,5 mg? 21. Determina el número másico y el número atómico del isótopo que resultará del uranio-238 (238U) después de emitir tres partículas α y dos β. Número atómico del uranio = 92. 22. La siguiente gráfica muestra la desintegración de una muestra de Po 210. Deduce su período de semidesintegración. Esquema que representa la desintegración del carbono-14 a nitrógeno-14. El periodo de desintegración eneste caso es de 11 460 años. Unidad 1 Las ciencias geológicas Técnicas de trabajo de la Geología DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 24 Diagramas de fase En algunas ocasiones, el trabajo del geólogo se desarrolla enteramente en el laboratorio y no hay una fase de trabajo de campo, este es el caso de la ela- boración de los diagramas de fase. Un diagrama de fase es la representación gráfica de las fronteras entre diferentes estados de la materia de un sistema, en función de variables elegidas para facilitar el estudio del mismo. Dentro de los diagramas de fase, encontramos los diagramas de equili- brio. Son gráficas que representan las fases y estados en que pueden estar diferentes concentraciones de los materiales que forman una aleación a dis- tintas temperaturas. Las temperaturas van desde aquella por encima de la cual un material está en fase líquida hasta la temperatura ambiente en la que generalmente los materiales se encuentran en estado sólido. Los diagramas de fase más sencillos son los de presión–temperatura de una sustancia pura, como puede ser el del agua. En estos casos, en el eje de or- denadas se coloca la presión y en el de abscisas la temperatura. Generalmen- te, para una presión y temperatura dadas, el cuerpo presenta una única fase, excepto en las siguientes zonas: Punto triple. Es aquel punto del diagrama en el coexisten los tres estados: sólido, líquido y gaseoso. Es específica de la sustancia. Los pares (presión, temperatura) que corresponden a una transición de fase. Puede darse entre dos fases sólidas, en cuyo ca- so se produce un cambio alotrópico; entre una fase sólida y una fase líquida, dando lugar a procesos de fusión–solidificación; entre una fase sólida y una fase vapor (gas), lo que origina procesos de sublimación–deposición (o sublimación inversa), y entre una fase lí- quida y una fase vapor, que provoca procesos de vaporización– condensación (o licuefacción). Es importante señalar que la curva que separa las fases vapor-líquido se de- tiene en un punto llamado punto crítico. Más allá de este punto, la materia se presenta como un fluido supercrítico que tiene propiedades tanto de los lí- quidos como de los gases. A temperaturas mayores a la temperatura crítica una sustancia no se puede licuar (pasar de gas a líquido), independientemen- te de lo elevada que sea la presión. En esta figura se han representado el sis- tema compuesto por C cuyas fases son diamante, grafito, carbono III y líquido. ACTIVIDADES 24. Analiza el grado de estabilidad de los dos polimorfos de carbono comunes en la naturaleza: diamante y grafito. 25. En el siguiente diagrama de fase del dióxido de carbono, señala cada una de las fases de esta molécula. ¿A qué presión y temperatura se localiza el punto triple? Indica sobre la imagen cuál es el punto triple. 26. Deduce qué importancia pueden tener los diagramas de equilibrio. Diagrama de fase del agua pura. Es preciso precisar que en el diagrama P-T del agua, la línea que separa los estados líquido y sólido tiene pendiente negati- va, lo cual es algo bastante inusual. Esto quiere de- cir que aumentando la presión el hielo se funde, y también que la fase sólida tiene menor densidad que la fase líquida. Si, como sucede en este caso, todas las fases co- rresponden a estados de agregación diferentes sin que se produzca cambios en la composición, a esta representación también se le suele denominar dia- grama de cambio de estado. Unidad 1 Las ciencias geológicas El futuro de las ciencias geológicas DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 25 4 El futuro de las ciencias geológicas La búsqueda de nuevos recursos, la predicción y prevención de riesgos, la planificación del territorio y la Astrogeología son solo algunos de los cam- pos de acción de la Geología que se desarrollan en la actualidad y a los que espera una futuro muy prometedor. Búsqueda de recursos El incremento de la población mundial y el desarrollo económico, social y tecnológico de muchos países, exige la búsqueda y explotación de nuevos recursos que satisfagan las demandas de la sociedad. La búsqueda de cualquier yacimiento se inicia con la prospección que es la investigación encaminada a localizar yacimientos de minerales o rocas eco- nómicamente rentables. Para ello, se han de obtener y estudiar imágenes de satélite, fotografías antiguas de la zona, documentos que aporten datos so- bre la existencia de yacimientos... Actualmente, las imágenes de satélite se configuran como una herramienta esencial en la detección de recursos minerales y rocosos. Los sensores que portan les permiten interpretar longitudes de onda que no pueden ser vistas por el ojo humano, como el infrarrojo cercano. Analizando los datos sobre la reflexión y absorción de estas radiaciones por los suelos, rocas y vegeta- ción se puede realizar una interpretación de la litología (presencia de arcillas, óxidos…), reconocer características estructurales y efectuar el análisis geo- químicos de la superficie terrestre. Estos estudios se han visto potenciados con la introducción del radar sinté- tico, debido a su capacidad de traspasar las nubes y algunos elementos de la cobertera superficial como puede ser la vegetación. Recientemente geólogos estadounidenses han descubierto en Afganistán importantes yaci- mientos de hierro, cobre, cobalto, oro y metales industriales de gran valor estratégico como el li- tio. Los geólogos estudiaron antiguos mapas y otros documentos que mencionaban la existen- cia de estos yacimientos. A partir de ellos y me- diante fotodetección, análisis magnéticos y gra- vimétricos localizaron estos importantes yaci- mientos. Imagen en falso color de la mina de Argyle (Aus- tralia Occidental) obtenida por la NASA. Los colo- res azules muestran la ubicación de la mina y su relieve deprimido como resultado de la técnica de explotación de la mina a cielo abierto. Las tres imágenes corresponden a Saline Valley (California), un valle grande, profundo y árido, cercano al valle de la Muerte. En el centro del valle se lo- caliza un lago seco, y en su extremo oeste un lago de agua salada. También posee numerosas fuentes termales. En cada una de las imágenes, se han analizado distintas longitudes de onda para poner de manifiesto los diferentes materiales: En la imagen de la izquierda, la vegetación aparece en rojo; la nieve y el lago salado, en blanco, y las rocas expuestas en marrón, gris, amarillo y azul. Es- ta imagen se detecta la existencia de minerales de hierro. En la imagen central, se pone de manifiesto la presencia de arcilla, carbonato y minerales de sulfato. Por ejemplo, las calizas son de color amarillo-verde y la caolinita se destaca en color púrpura. La imagen de la derecha muestra variaciones en el contenido de cuarzo (distintos tonos de rojo), las rocas carbonatadas de color verde y las rocas volcá- nicas máficas (rocas oscuras ricas en hierro y magnesio) son de color púrpura. Unidad 1 Las ciencias geológicas El futuro de las ciencias geológicas DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 26 Mediante sensores específicos se pueden detectar anomalías térmicas y magnéticas en la superficie del planeta. Estas anomalías pueden ser genera- das por las perturbaciones que introduce, por ejemplo, un yacimiento en el gradiente geotérmico de la corteza terrestre. La búsqueda de otros recursos, como el agua, exige, además, detallados aná- lisis químicos para verificar sus óptimas condiciones para su uso tanto en agricultura y ganadería como para el consumo humano. Previsión, predicción y prevención de riesgos geológicos El asentamiento de poblaciones, la construcción de infraestructuras y la ex- plotación de recursos exige una valoración previa de los riesgos que ello conlleva. Se denomina riesgo a cualquier condición, proceso o suceso que pueda ocasionar daños al ser humano, a sus bienes y al
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