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UNIDAD El tiempo en Geología El tiempo en Geología tiene una gran magnitud. Los procesos que han afectado y afectan actualmente a la Tierra ocurren en su mayoría —si se exceptúan fenómenos como pueden ser una erupción volcánica o un seísmo— a un ritmo muy lento, prácticamente imperceptible. En el tiempo geológico tienen cabida absolutamente todos los procesos que cíclicamente han ocurrido en la Tierra desde sus orígenes: deposición de materiales en cantidades suficientes grandes como para formar series de estratos de miles de metros de espesor, plegamiento de los mismos, erosión posterior, etcétera. Por esta razón, para medir el tiempo geológico no se emplean meses, ni años, ni aún siglos. La unidad utilizada es el cron, que equivale a un millón de años y la magnitud total del tiempo geológico es de casi 4600 millones de años (Ma). ÍNDICE 1. La medida del tiempo en Geología ................................... 228 Tiempo ahistórico y flecha del tiempo ............................ 228 Métodos de datación estratigráficos .............................. 230 Métodos de datación estructurales ................................ 231 Métodos de datación biológicos ..................................... 233 Correlación estratigráfica: unidades ............................... 235 Métodos de datación físicos ........................................... 238 Otros métodos para medir la edad de las rocas .............. 241 ¿Cómo se determina la edad de los fós .. ................ 242 2. Los cambios ocurridos en la Tierra ................................... 243 Uniformismo y actualismo .............................................. 243 Un calendario para la Tierra ........................................... 246 3. Solucionario ..................................................................... 250 4. Glosario ............................................................................ 252 Unidad 8 El tiempo en geología La medida del tiempo en geología CIDEAD 228 Tiempo ahistórico y flecha del tiempo La geología es una ciencia eminentemente his- tórica, y uno de sus objetivos es recons- truir el pasado de la Tierra. Pero esta tarea solo puede tener éxito si va acompañada de una adecuada con- cepción del tiempo. Muchos pueblos de la antigüedad, como los egipcios, los mayas y las culturas orientales, aceptaron un tiempo cíclico. La civilización griega amplió y profundizó en esta idea; para los filósofos estoicos, por ejemplo, el mun- do es destruido periódicamente, y en su lugar se crea un mundo nuevo en el que se repiten exactamente los mismos eventos que en el anterior. Incluso Aristóteles (384-322 a. C.), que rechazaba esta doctrina del eterno retorno, argumentaba que el mundo debía haber existido siempre; el tiempo se extendería eternamente en el pasado y en el futuro. En estas condiciones ningún suceso sería relevante. Con tiempo suficiente, hasta el más improbable de los sucesos podría ocurrir un número indefinido de veces. El pasado se confundiría con el futuro, y la historia carecería de significado. La filosofía judeocristiana supuso una revolución en cuanto al modo de concebir el tiempo. La doctrina de la creación, inspirada en la Biblia, in- corporaba la noción de un tiempo lineal y finito que se extendía desde el «hágase la luz» hasta el apocalipsis final en un futuro más o menos próximo. Y en un mundo no eterno, la historia cobra interés como una secuencia de sucesos irrepetibles. Ahora bien, los sucesos históricos no se pueden observar directamente. Los historiadores estarán necesariamente limitados a estudiar aquellos eventos que han quedado registrados —en forma de documentos escritos, por ejemplo—; su tarea consistirá entonces en datar tales eventos y situarlos en un calendario. Pero los «historiadores de la Tierra» no disponen de ese tipo de registros, ya que, contrariamente a lo que aceptaban los primeros eruditos cristianos, nuestro planeta ha estado despoblado de seres humanos la mayor parte del tiempo. Por esta razón, se han de utilizar métodos específicos para situar los procesos en el tiempo geológico y para ello se ha de partir de dos preguntas: Un determinado acontecimiento, ¿ocurrió antes o después que otro? El uróboros, la serpiente que se come su propia cola, constituye el símbolo por excelencia de la doctrina del eterno retorno, esto es, de la naturaleza cíclica del tiempo. Tiempo cíclico y tiempo lineal El teólogo británico Thomas Burnet (1635-1715) publicó en 1681 su Teo- ría Sagrada de la Tierra, que repre- senta el primer intento de reconstruir la historia del mundo siguiendo las es- pecificaciones de las Escrituras y pre- tendiendo a la vez identificar las cau- sas naturales de los sucesos bíblicos. Burnet trató de armonizar dos visio- nes del tiempo contrapuestas: – Tiempo cíclico. La portada del li- bro de Burnet muestra a Jesucris- to, cuyo pie izquierdo descansa sobre una Tierra vacía y sin forma. Luego, en sentido horario, se ve el planeta en distintas etapas, pa- sando por el diluvio y su consumo por el fuego, hasta que, tras el Juicio Final, se convierte en una estrella. Entonces comenzaría un nuevo ciclo. – Tiempo lineal. Pero este nuevo ci- clo no sería una simple repetición del anterior, sino que surgiría un mundo más perfecto: la historia avanzaría hacia delante. Unidad 8 El tiempo en geología La medida del tiempo en geología CIDEAD 229 ¿Cuándo ocurrió el suceso y cuánto duro? La geocronología trata de proporcionar respuestas a estas cuestiones. La contestación a la primera pregunta se apoya en el hecho de que muchos procesos naturales operan a ritmos precisos, y los geólogos pueden exami- nar la «huella» que dejan sobre los materiales terrestres para datarlos. Estos métodos de datación se pueden clasificar, según el tipo de proceso en que se fundamentan, en estratigráficos, estructurales, biológicos y físicos. Los métodos de datación física darán respuesta a la segunda pregunta. Métodos de datación estratigráficos La mayoría de los métodos estratigráficos sirven para ordenar cronológica- mente estratos de roca sedimentaria. No permiten, pues, saber cuándo se formó cada estrato, sino simplemente cuál se formó antes y cuál después. El médico danés Niels Steensen (1638-1686), o Steno, fue el primero en formular un criterio que permite establecer el orden temporal de formación de dos objetos en contacto. Conocido como criterio del moldeado, señala que si un objeto sólido está contenido en el interior de otro sólido, se puede determinar cuál solidificó primero atendiendo a la impresión que cada uno deja sobre el otro. Así, una concha fósil imprime su forma en la roca que la rodea, luego la primera era ya sólida antes que la segunda, al igual que un pie humano era sólido antes que el cemento en el que dejó su huella. Pero la forma de una veta de mineral se acomoda a la de las grietas de una roca, y por tanto la veta es posterior a la roca. Con la ayuda de este criterio, Steno pudo fijar los principios básicos de la estratigrafía, la ciencia cuyo objetivo es averiguar el orden en que han ido sucediéndose los acontecimientos geológicos en una región. Datación absoluta y relativa Tradicionalmente, los métodos de da- tación se han dividido en dos grupos: – Métodos absolutos. Miden el tiempo transcurrido entre la for- mación una roca y la actualidad; es decir, estiman la edad de la roca. – Métodos relativos. Permiten esta- blecer el orden en que se han for- mado distintas rocas. Esta terminología puede resultar am- bigua. Por ejemplo, si preguntamos por la edad de una roca sedimentaria, ¿nos referimos a la edad en que se originó el sedimento o a la edad en que este se consolidó y formó la roca sólida? Por ello, hay quien sugiere evitar el uso de estos términos, y en especial el vocablo «absoluto». En la imagen superior,fósil de un trilobite (ar- trópodo del Cámbrico) y su molde en la roca en la que se formó. En la imagen inferior, una veta de calcopirita (falso oro) en cuarcita. 1. Indica algún proceso que pueda alterar la horizontalidad original y explica cómo se produce. 2. La sedimentación no siempre es horizontal. Recuerda algún ejemplo en que no se cumpla este principio. 3. ¿Influye la morfología de la cuenca sedimentaria en la forma en que se depositan los estratos? Razona la respuesta. Principio de la horizontalidad original Puesto que un estrato se forma al depositarse sedimentos que se reparten homogéneamente so- bre la superficie de la roca sub- yacente, su superficie superior o techo ha de ser paralela al hori- zonte; lo contrario significaría que, después de su formación, ha experimentado procesos que han alterado su disposición ho- rizontal primitiva. ACTIVIDADES Unidad 8 El tiempo en geología La medida del tiempo en geología CIDEAD 230 La deposición horizontal se debe a la gravedad: la carga sedimentaria tiende a desplazarse hacia los lugares topográficamente más bajos. El orden de la superposición revela la secuencia de depósito y cada intervalo de tiempo queda registrado por un estrato, de manera que una sucesión es- tratigráfica registra un lapso de tiempo ordenado según la vertical. Este principio dejará de ser válido cuando por acción tectónica (plegamien- tos, fallas, etcétera) los estratos se presentan invertidos. Ahora bien, si esta inversión hubiera tenido lugar, la posición inicial de los estratos podrá dedu- cirse por las estructuras sedimentarias que presenta, las cuales permiten es- tablecer un criterio de polaridad. Las terrazas fluviales encajadas constituyen otra excepción a este princi- pio, ya que el río, al erosionar su cauce, no llega a eliminar completamente los depósitos de alu- viones anteriores que quedan yuxtapuestas y superpuestas formando las terrazas. ¿Se puede medir la edad de una roca con métodos estratigráficos? A veces, sí. Un ejemplo es la crono- grafía de varvas. Este método se basa en que el tipo de sedimento deposi- tado en los lagos glaciares depende de la estación del año: – En primavera y verano, cuando el lago recibe más aportes exterio- res, se depositan limos y arenas, de color claro. – En invierno, cuando el lago se hie- la, se depositan solamente sedi- mentos arcillosos que había en suspensión, incluidos residuos or- gánicos de color oscuro. El conjunto de ambos estratos, depo- sitados a lo largo de un año, recibe el nombre de varva (del sueco varv, «en capas»). Por lo tanto, el recuento del número de varvas permite elaborar una cronología que puede remontar- se a varios miles de años. Las varvas constituyen además unos de los métodos más importantes y es- clarecedores para estudiar los cam- bios climáticos del pasado, aunque su estudio está restringido a Norteamé- rica y al norte de Europa. Principio de la superposición de los estratos Steno observó que, en una se- cuencia vertical de estratos, la base o muro de cada uno de ellos adopta la forma de las irregularidades y pliegues del techo de la capa subyacente. Según el criterio del moldea- do, los estratos inferiores de la serie deben ser más antiguos, y los estratos superiores más modernos. ACTIVIDADES 4. Observa la siguiente imagen y responde a las preguntas planteadas a continuación. a) ¿Qué principios se pueden aplicar para interpretar la imagen de la izquierda? b) En la imagen de la derecha podemos observar que los estratos han sido erosionados. ¿Se siguen cumpliendo los prin- cipios mencionados en el apartado anterior? Razona la respuesta. 5. ¿Cómo podríamos saber si un estrato está invertido? 6. El estudio de las varvas glaciares, ¿es un método de datación absoluto o relativo? Razona la respuesta. En la imagen adjunta, T1 es la terraza más antigua, y la llanura de inundación es la futura terraza fluvial. Unidad 8 El tiempo en geología La medida del tiempo en geología CIDEAD 231 Métodos de datación estructurales Los métodos estructurales son aquellos que facilitan la datación de una roca o un paisaje con referencia a algún acontecimiento. En general, se trata de métodos de datación relativa, ya que solo permiten establecer el orden en que se sucedieron los procesos que originaron determinadas estructuras. El más importante de estos métodos se resume en el principio de las rela- ciones de corte, formulado inicialmente por el geólogo escocés James Hut- ton (1726-1797) y pormenorizado por su compatriota Charles Lyell (1797- 1875), aunque se hallaba implícito en el criterio del moldeado de Steno. Este principio es de particular interés para determinar las edades relativas de las estructuras geológicas que aparecen en un corte geológico. Su aplica- ción exige identificar previamente estructuras como las siguientes: Estructuras tectónicas debidas a fuerzas horizontales compresivas. Son, ordenadas de mayor a menor ductilidad en su génesis: pliegues, pliegues-falla, cabal- gamientos, fallas inversas y diaclasas de compresión. Estructuras tectónicas debidas a fuerzas ho- rizontales distensivas. Incluyen fallas nor- males, fallas transformantes y diaclasas de distensión. Estructuras tectónicas debidas a fuerzas verticales ascensionales o relacionadas con la presión de confinamiento. Figuran entre ellas diapiros o domos, que ascienden gracias a su elevada plasticidad y baja densidad, y diaclasas de descompresión, paralelas a la superficie. Principio de la continuidad lateral Según Steno, «en el momento en que se for- maba un estrato cualquiera, o bien este se ha- llaba limitado por sus lados por otro cuerpo sólido, o bien cubría todo el globo de la Tie- rra», y señala la necesidad de buscar la conti- nuación de los estratos allá donde procesos como la erosión los han transformado en es- tratos discontinuos. Principio de las relaciones de corte Si una falla como la de la fotografía «corta» una roca, el criterio del mol- deado enseña que debe de haberse formado después que esta. Se puede generalizar esta conclusión y afirmar que todo proceso geológico (formación de intrusiones de rocas ígneas, plegamientos, fallas, encaja- miento de valles fluviales o glacia- res…) es posterior a los estratos a los que afecta, y anterior a todos los que no han sido afectados por él. En la imagen, fallas normales que se han formado en capas de calizas margosas (blan- cas) y margas yesíferas (oscuras) del Cenozoi- co, en Arganda del Rey (España). Datación estructural de planetas Los cuerpos planetarios rocosos que carecen de atmósfera se pueden da- tar comparando la densidad de cráte- res de impacto: suponiendo que los impactos de meteoritos ocurran a un ritmo uniforme, y teniendo en cuenta que en los cuerpos sin atmósfera los cráteres no pueden ser erosionados, su recuento nos dará idea del tiempo que lleva expuesta la superficie del planeta al bombardeo meteorítico. Un dique atraviesa dos estratos, por lo que, según el principio de las relaciones de corte, se formó después que dichos estratos. No siempre se cumple el principio de las relaciones de corte. Un ejemplo lo tenemos en los sedimentos que rellenan las cavidades. En este caso pueden aparecer capas más antiguas ro- deando materiales más modernos, tal como sucede en la Sima de los huesos en Atapuerca (Burgos). Unidad 8 El tiempo en geología La medida del tiempo en geología CIDEAD 232 En la imagen superior podemos ver que hay una serie de estratos, los más superficiales, que son concordantes, es decir, que se han depositado sin que se aprecie ninguna interrupción significativa; por esta razón, los estratos son paralelos entre sí y con respecto a la superficie de la Tierra. Sin embargo, la deposición de los estratos han sufridoalteraciones han ori- ginado disconformidades o discordancias estratigráficas. Estas son de- bidas a diversos factores: interrupción de la sedimentación durante un de- terminado periodo, capas eliminadas por la erosión, alteración de la disposi- ción de los estratos por diversos procesos tectónicas (plegamiento, fallas, in- trusiones magmáticas)… Se originan nuevos planos de estratificación so- bre el que se sitúan horizontalmente otras capas sedimentarias. En cualquier caso, una discordancia indica un cambio de las condiciones de sedimentación, ya sea temporal o permanente, debido a diversas causas: un periodo orogénico, una transgresión o regresión marina, un cambio de fa- cies, un cambio climático e, incluso, un cambio faunístico. Las discordancias no sirven para establecer los límites entre sistemas estrati- gráficos o las subdivisiones de estos, ya que es muy difícil conocer el inter- valo de interrupción representado, pero sí marcan la línea divisoria. 7. Observa el bloque diagrama superior y ordena los acontecimientos descritos en el texto adjunto. 8. Observa el siguiente bloque-diagrama y responde a las siguientes preguntas teniendo en cuenta que todas las capas son sedimentarias excepto las capas K y L, que son ígneas. El evento 1 es una falla. a) Ordena todas las letras, de más antigua a más modernas inclu- yendo todos los estratos, las in- trusiones y los eventos. b) En la imagen hay tres discordancias. ¿Entre qué capas se producen y de qué tipo son? c) La intrusión K, ¿es más o menos antigua que la capa C? Razona la respuesta. ACTIVIDADES En este bloque diagrama —una combinación de diversos cortes geológicos en direcciones per- pendiculares— se observa que: La falla normal afecta a todos los estratos, y por tanto es posterior a ellos. El dique, en cambio, no afecta al estrato su- perior, luego se emplazó antes que él, pero después de los restantes estratos. La falla inversa solo afecta al estrato plegado y, por consiguiente, es posterior a él, pero más antigua que los demás. En la imagen, podemos ver que los estratos inferiores han sido plegados y fallados (círculo blanco). Después se han erosionado y posteriormente se han deposita- do nuevas capas. Entre las capas inferiores, antiguas y plegadas, y las más superficiales, modernas y aplana- das, hay una discordancia denominada discordancia angular. Unidad 8 El tiempo en geología La medida del tiempo en geología CIDEAD 233 Métodos de datación biológicos Los métodos biológicos hacen uso de procesos que ocurren en los seres vi- vos y dejan huella en el registro geológico. El más extendido de tales méto- dos se basa en el estudio de fósiles. Al conjunto de todos los fósiles y su ubicación en formaciones rocosas se le conoce como el registro fósil. Interpretaciones del registro fósil Hoy en día puede parecer obvio que los fósiles son restos o huellas de seres vivos conservados en rocas. Pero hasta hace pocos siglos era habitual consi- derar que todas las rocas se habían originado en un único acto divino. ¿Có- mo podían un caracol o un pez haberse introducido en una roca que existía desde la creación? ¿Cómo podían haberse petrificado, transformándose en el material que constituye la roca que los envuelve? Para muchos naturalistas, la única posible respuesta era admitir que una misteriosa «fuerza plástica» moldeaba las rocas, dándolas apariencia de seres vivos. Steno, en cambio, observó que la forma de un fósil queda grabada en la roca que lo rodea; al aplicar el criterio del moldeado concluyó que habían sido enterrados en sedimentos que se endurecieron y formaron las rocas. En consecuencia, ni los fósiles ni las rocas que los contienen se formaron todos al mismo tiempo. Es más, los fósiles de una roca son indicadores del ambiente en que se formó: si se asemejan a restos de animales marinos, significa que la roca que los contiene se formó a partir de sedimentos depo- sitados en el mar. Como se descubrían fósiles marinos en las montañas, lejos del mar, Steno dedujo que la Tierra no había sido siempre igual: o bien habían emergido montañas del océano, o bien el nivel del mar había descendido. La Tierra, pues, tiene una historia que se podía reconstruir con ayuda de los fósiles. Dendrocronología Los árboles (en griego, dendron) cre- cen en grosor formando cada año un nuevo anillo de madera. Cada anillo consta de una parte oscura, que se corresponde con el crecimiento lento en invierno, y una capa clara asociada al crecimiento rápido en verano. Se puede, pues, determinar la edad de un árbol contando los anillos de su tronco. Los anillos más finos indican un crecimiento mínimo, debido a con- diciones climáticas desfavorables. En la imagen superior, Gigandipus, una huella de dinosaurio del Jurásico Inferior localizado en la Formación Moenave en Utah (Estados Unidos). Imagen inferior, formación de fósiles de ammo- nites, un grupo extinto de cefalópodos marinos. Unidad 8 El tiempo en geología La medida del tiempo en geología CIDEAD 234 Los fósiles como herramientas para la datación Además de ayudar a entender dónde y cómo se formó una roca, los fósiles sirven también para averiguar cuándo se formó esa roca, pero no fue posi- ble obtener esta información hasta finales del siglo XVIII. En esa época, el ingeniero y constructor de canales inglés William Smith (1769-1839) observó que podía identificar cada estrato de los canales en los que trabajaba por los fósiles que contenía. En otras regiones halló la misma sucesión de fósiles desde los estratos más viejos a los más jóvenes; ello le animó a formular el principio de sucesión faunística, aunque se puede generalizar sustituyendo «faunística» por «biótica». Este principio, en combinación con el principio de la superposición de los estratos, contribuyó a establecer el orden en el que se depositaron las rocas sedimentarias y condujo en el siglo XIX a dos importantes conclusiones: Correlación de estratos. Si dos estratos presentan el mismo contenido de fósiles tienen la misma edad, aun cuando se localicen en regiones muy alejadas. La presencia de fósiles guía, esto es, fósiles muy extendidos geográficamente pero circunscritos a un corto período de tiempo, facilitó la correlación de rocas incluidas en columnas estratigráficas diferentes. De este modo los geólogos pudieron definir agrupaciones de estratos ca- racterizados por el tipo de organismos presentes (véase el recuadro «Co- lumna estratigráfica»). Catastrofismo. Cuvier y su colaborador Alexandre Brongniart (1770- 1847) constataron que la transición entre los terrenos secundarios y ter- ciarios era abrupta, con drásticos cambios litológicos y biológicos. Para explicar estos efectos, Cuvier propuso que la historia de la Tierra es- taba jalonada por violentos paroxismos —inundaciones a gran escala, hundimiento de continentes, erupciones volcánicas masivas— en los que la fauna y la flora eran aniquiladas y sustituidas por otras inmigradas des- de regiones menos afectadas o creadas de nuevo. Razón por la cual, Cu- vier y sus partidarios fueron conocidos como catastrofistas. Columna estratigráfica Como ya estudiamos en unidades an- teriores, una columna estratigráfica es una representación de la secuencia vertical de las rocas de una región: las rocas más antiguas en la base y las más modernas en la parte superior. La ilustración representa la columna de la cuenca de París, una amplia de- presión colmada con capas de rocas sedimentarias de varias clases que la erosión ha hecho aflorar en distintos puntos, tal y como fue obtenida por el naturalista francés Georges Léo- pold Chrétien Frédéric Dagobert, ba- rón de Cuvier (1769-1832). La escala numérica indica la profundi-dad en metros de los estratos deposi- tados, entre los que Cuvier distinguió: – Terrenos primarios. Se encuentran en los límites de la cuenca e inclu- yen rocas antiguas, en general de origen magmático y sin fósiles. Es- tos terrenos no aparecen refleja- dos en la ilustración. – Terrenos secundarios. Son rocas calizas y arcillosas, con abundancia de fósiles, sobre todo de reptiles, que afloran más hacia el interior. Se corresponden con las capas in- feriores de la columna. – Terrenos terciarios. Se localizan cerca del centro de la cuenca, donde se hallan expuestas arenis- cas y calizas con abundancia de fó- siles de animales más parecidos a las faunas actuales cuanto más re- cientes son los estratos. Principio de sucesión biótica Los fósiles se suceden en el tiempo en un orden predecible. Por tanto, cada estrato o grupo de ellos se puede reconocer por su contenido fósil, independientemente de su litología. De esta forma, examinando los fósiles de dos estratos, A y B, se puede comparar su antigüedad. Unidad 8 El tiempo en geología La medida del tiempo en geología CIDEAD 235 Correlación estratigráfica: unidades En los estudios de correlación de estratos se utilizan las siguientes unidades: Unidades litoestratigráficas Una unidad litoestratigráfica es un cuerpo rocoso definido y reconocido en base a sus características litológicas o a la combinación de sus propieda- des litológicas y sus relaciones estratigráficas. La unidad litoestratigráfica puede estar formada por rocas sedimentarias, íg- neas o metamórficas y se reconoce por sus rasgos físicos observables, pero no por su edad inferida, ni por el lapso de tiempo que representan, ni tam- poco por su historia geológica o por cómo se formó. La extensión geográfica de una unidad litoestratigráfica está delimitada ex- clusivamente por la continuidad de sus rasgos litológicos específicos. La unidad litoestratigráfica principal es la formación. Una formación o formación geológica es una unidad litoestratigráfica formal que define cuerpos de rocas caracterizados por unas propiedades litológicas comunes (composición y estructura) que las diferencian de las adyacentes. El espesor de las formaciones puede oscilar entre menos de uno a varios miles de metros. Las formaciones son las únicas unidades litoestratigráficas formales con las que la litología de una sucesión de estratos debe de quedar completamente subdividida. El contraste de litologías entre formaciones va- ría con la complejidad geológica de una región. Otras unidades litoestratigráfica, que pueden o no estar presentes, son: Grupo. Conjunto de dos o más formaciones contiguas o asociadas que tienen en común propiedades litológicas significativas. ● Miembro. Es una unidad litoes- tratigráfica formal de menor rango que la formación. Tiene propiedades litológicas que la distinguen de partes adyacen- tes dentro de la formación y a veces se puede extender de una formación a otra. ● Capa. Es la unidad litoestrati- gráficas más pequeña, aunque solo se le dan nombres pro- pios. Se consideran unidades formales a aquellas capas –ca- pas guía– que tienen una uti- lidad estratigráfica. ¿Cómo se nombran las forma- ciones? Las formaciones se nombran de la si- guiente manera: – El término formación (suele abre- viarse como Fm.). – Las características litológicas prin- cipales (lutitas, areniscas y con- glomerados; dolomías, margas y calizas...). – El nombre de la localidad o zona en la que ha sido descrita inicialmen- te, sirve de referencia principal pa- ra identificar la formación. En la imagen superior, formación Bidahochi (de basalto; en la parte superior de la línea roja) y formación Chinle (de rocas sedimentarias blan- cas y rojas; en la parte inferior de la línea roja). El contacto entre ambas formaciones es una dis- cordancia (hiato) porque la formación Chinle fue depositada hace más de 200 millones de años y la Bidahochi tiene solo 8 millones de años. En la imagen superior, capa K/T. Esta delgada capa de arcilla, que casi pasa desapercibida, marca el límite en- tre el Cretácico y el Terciario (Mesozoico-Cenozoico), de ahí su nombre, límite K/T, por lo que su importancia geológica es indudable. Aflora en diversas partes del mundo como en la playa de Sopelana (Vizcaya). En la imagen de la derecha, columna estratigráfica mostrando los diferentes miembros que componen la formación Cedar Mountain en Utah (Estados unidos) y su edad geológica aproximada. Los estratos que faltan, o bien no fueron depositados o se depositaron, pero más tarde fueron erosionados. Unidad 8 El tiempo en geología La medida del tiempo en geología CIDEAD 236 9. ¿Qué información nos proporciona el estudio de la facies sedimentaria de una secuencia de estratos? ¿Qué nos indica un cambio lateral de facies? 10. Ordena de mayor a menor las unidades litoestratigráficas según su rango. 11. La presencia de capas de cenizas volcánicas puede ser muy útil para establecer correlaciones estratigráficas. Da una posible explicación a este hecho. 12. Observa la figura adjunta y explica qué cambio de nivel del mar se observa en las siguientes secuencias. Correlaciona am- bas columnas estratigráficas. 13. Cada una de las columnas dibujadas a continuación representa una secuencia estratigráfica, y cada estrato presenta una li- tología diferente. a) Dibuja líneas, utilizando una regla, entre las tres secciones estratigráficas, para conectar los estratos con litologías simi- lares. b) ¿Cuántos estratos se pueden correlacionar en las tres secciones? c) ¿Qué grosor presenta la sección estratigráfica más ancha? d) Un estrato de carbón está presente en las regiones B y C. ¿A qué profundidad hay que perforar en la sección A para llegar al yacimiento de carbón? 14. Ninguna región presenta una secuencia continua de deposición de sedimentos en el tiempo, sino que hay lagunas ausen- cias (hiatos o lagunas estratigráficas) en los registros geológicos y fósiles. ¿Cómo se originan? ACTIVIDADES Unidad 8 El tiempo en geología La medida del tiempo en geología CIDEAD 237 15. a) Correlaciona las tres secciones siguientes (ten en cuenta que la unidad de piedra caliza está presente solo en las seccio- nes A y B, y que es mucho más delgada en la sección B; ha adelgazado hasta el punto en el que no está presente en absoluto en la sección C). b) ¿Qué tipo de secuencia (transgresiva-regresiva o regresiva-transgresiva) se ha representado en la secuencia vertical de facies? c) Señala mediante flechas qué parte de la secuencia representa una transgresión (T) y qué parte una regresión. d) Estos sedimentos fueron depositados en un anti- guo mar; ¿qué facies se depositaron más cerca del mar? e) ¿Qué facies se depositaron en la zona más alejada de la tierra? f) ¿En qué dirección (al oeste o al este) está la tierra firme? Razona la respuesta. 16. Observa el siguiente corte geológico y responde a las preguntas planteadas a continuación. a) Ordena los estratos (de más antiguo a más moderno). b) En este corte podemos ver dos discontinuidades estratigráficas. Señálalas sobre el dibujo e indica de qué tipo es cada una de ellas. c) En el corte hay una falla (F) y una intrusión de granito. Indica la edad relativa de cada una de ellas; es decir, cuándo se formó con relación al depósito de los estratos. d) Construye la columna estratigráfica de este corte. 17. Interpreta el siguiente corte geológico, especificando el ambiente en el que han tenido lugar los sucesivos depósitos. ACTIVIDADES Unidad 8 El tiempo en geología La medida del tiempo en geología CIDEAD238 Métodos de datación físicos A medida que transcurren los años una roca va acumulando huellas de pro- cesos físicos que pueden ser medidos por distintos métodos. Estas técnicas o procedimientos permiten estimar la edad real de las rocas y hasta la de la propia Tierra. El más importante es la datación radiométrica. Datación radiométrica Los núcleos de muchos átomos permanecen estables gracias a que la repul- sión electromagnética entre los protones cargados positivamente se equi- libra con la llamada fuerza nuclear fuerte, que atrae a protones y neutro- nes. Pero si el número de neutrones es excesivo o demasiado bajo respecto al número de protones, se produce un desequilibrio de fuerzas y el núcleo se vuelve inestable. El equilibrio se restablece cuando el núcleo se deshace del exceso de protones o de neutrones mediante la emisión de ciertas partículas que lo transforman en un núcleo diferente. Este proceso se denomina de- sintegración radiactiva. Las desintegraciones radiactivas son sucesos espontáneos y aleatorios, por lo que no se puede predecir cuándo se desintegrará un núcleo en particular. Pero la probabilidad de desintegración es constante, y es posible determi- nar el tiempo en que un conjunto de núcleos ra- diactivos quedará reducido a la mitad. Este tiem- po se llama período de semidesintegración. Cuando cristalizan los minerales de una roca ígnea o metamórfica, en sus redes cristalinas pueden quedar atrapados átomos radiactivos, como por ejemplo potasio-40 (40K). El período de semidesintegración del 40K es de 1300 millones de años, lo que significa que al ca- bo de ese tiempo solo quedará la mitad de sus átomos; la otra mitad se habrá convertido en ar- gón-40 (40Ar). Transcurrido de nuevo ese tiempo quedará una cuarta parte de 40K y tres cuartas par- tes de 40Ar, y así sucesivamente. El cálculo de Lord Kelvin En 1866, el prestigioso físico escocés William Thomson, primer barón Kel- vin (1824-1907), intentó estimar la edad de la Tierra basándose en la medida del ritmo de pérdida de calor a través de su superficie. Partió para ello de las siguientes suposiciones: – La Tierra era inicialmente una ma- sa de roca fundida a la temperatu- ra uniforme de 3900 °C; este dato lo obtuvo a partir de experimentos sobre fusión de rocas. – Tras solidificarse la Tierra, la corte- za se empezó a enfriar desde fuera hacia dentro, generándose un gra- diente geotérmico. – Con el tiempo, el calor se fue disi- pando por conducción a través de las rocas a un ritmo constante. – A medida que la capa exterior en- friada iba creciendo en grosor, el gradiente geotérmico se atenuaba: A partir de medidas del calor emitido en las minas, Kelvin calculó que el ac- tual gradiente geotérmico superficial corresponde al de una Tierra con 100 millones de años de edad; si la Tierra fuese más vieja, la capa exterior sería tan gruesa que el gradiente sería mu- cho menor del observado. Sin embargo, el modelo de Kelvin ig- noraba una forma de frenar el engro- samiento de la capa: la transferencia de calor en el interior es más eficiente que en la corteza gracias a corrientes de convección que pueden mantener alto el gradiente geotérmico superfi- cial durante largo tiempo. Si hubiese tenido en cuenta este factor, Kelvin habría podido obtener para la Tierra una edad incomparablemente mayor: unos 2000 o 3000 millones de años. Unidad 8 El tiempo en geología La medida del tiempo en geología CIDEAD 239 Por tanto, si se conoce la proporción entre átomos «padre» y átomos «hijo» (relación 40K/40Ar en el ejemplo) se puede calcular la edad de una roca, asumiendo que no contuviese cantidad alguna de 40Ar en el momento de formarse. En la práctica, para datar radiométricamente una roca se miden las cantidades presentes del elemento isótopo radiactivo «padre» (P) y del elemento derivado o «hijo» (H) y se calcula la edad de formación de la roca según la ecuación: t = 1 λ log ( H P ) + 1 donde t es el tiempo transcurrido y λ es la constante de desintegración, pro- pia de cada isótopo radiactivo, que indica la proporción que se desintegra por unidad de tiempo. Cada método tiene características específicas: El método de uranio-plomo. Generalmente se aplica sobre muestras de circón (ZrSiO4) que casi siempre contiene trazas de uranio, y muy pocas veces se aplica a la pechblenda y la uraninita, porque son minera- les muy escasos. En los cálculos hay que tener en cuenta que en la muestra habrá también plomo de origen no radiactivo. El método potasio-argón. Se usa ampliamente para datar multitud de rocas, porque el potasio es un elemento presente en muchos minerales. Tiene el inconveniente de que parte del argón-40 se puede haber perdi- do en forma de gas y, por lo tanto, conducir a errores de datación. El método de rubidio-estroncio. Se utiliza especialmente en la data- ción de micas y feldespatos potásicos con resultados análogos a los ob- tenidos con el sistema potasio-argón. Es el método que resulta más útil para rocas metamórficas. El método del carbono-nitrógeno. Tiene gran aplicación para cono- cer el pasado reciente de la Tierra porque el periodo de semidesintegra- ción del 14C es muy corto —5760 años— y no permite una datación de tiempos de más de unos 50 000 años. En la imagen superior, principales isótopos ra- diactivos utilizados en sistemas de datación ra- diométrica del tiempo geológico. En la imagen inferior, representación gráfica de las proporciones de los isótopos «padre» e «hi- jo» a lo largo de proceso de desintegración. Isótopo padre Isótopo hijo Periodo de semidesintegración (en Ma) Rocas datadas Minerales utilizadas 238U 206Pb 4468 Graníticas Pechblenda, uraninita, circón 235U 207Pb 703,8 Graníticas Pechblenda, uraninita, circón 40K 40Ar y 40Ca 1280 Rocas volcánicas y metamórficas Moscovita, biotita, hornblenda, glauconita, ortosa… 87Rb 87Sr 48800 Ígneas, metamór- ficas y sedimenta- rias Moscovita, biotita, ortosa y glauconita. 14C 14N 5760 Sedimentarias Restos orgánicos, maderas fósiles Razón isotópica La mayor parte de los elementos del sistema periódico están constituidos por familias isotópicas. Los distintos isótopos de un elemento tienen exac- tamente la misma configuración elec- trónica, pero hay variaciones en su núcleo, todos tienen el mismo núme- ro de protones pero varían en el nú- mero de neutrones. Para hallar la edad de una muestra se calcula la diferencia entre la razón isotópica inicial de un determinado elemento (proporción de isótopos presentes en la muestra; por ejemplo, 14C/12C) y la que se revela en el mo- mento de la medición. Esta relación habrá variado por desintegración del 14C. Unidad 8 El tiempo en geología La medida del tiempo en geología CIDEAD 240 Para que la datación radiométrica resulte correcta es necesario que se cum- plan una serie de condiciones: La roca analizada ha de constituir un sistema cerrado, es decir, que no hayan entrado o salido elementos, tanto del isótopo radiactivo como de su derivado. Los procesos de meteorización o el metamorfismo alteran con frecuencia el proceso de desintegración radiactiva. Los productos de desintegración no han de estar presentes durante el proceso de formación de la roca. La roca ha de ser representativa del sistema estudiado. En rocas sedimentarias la medición se realiza sobre minerales neoformados, como la illita o la glauconita, porque estas rocas presentan minerales de ori- gen muy diversos. A pesar de todas las limitaciones, los métodos de datación radiométrica si- guen siendo de los más precisos para la datación absoluta. Además, se basan en un proceso independiente de los demás factores fisicoquímicos y, en úl- timo término, de los fenómenos geológicos. Otra ventaja es que se pueden utilizar a nivel mundial, ya que los elementos radiactivosestán, en mayor o menor proporción, muy extendidos en toda la geografía. La actividad biológica del liquen Acarospora thamni- na, provoca la meteorización química de la roca gra- nítica sobre la que se asienta. Las áreas borrosas en torno al liquen, limitadas por las líneas amarillas, muestran las zonas meteorizadas. La meteorización química puede ocasionar una pér- dida de isótopos hijos. Por ello, se han de seleccionar muestras de rocas que no hayan sido alteradas y que hubiesen tenido la misma razón isotópica inicial, con- dición que se cumple, por ejemplo, en rocas ígneas originadas a partir de un mismo magma, o en rocas metamórficas sometidas a un intenso proceso meta- mórfico que haya conducido a que las razones isotó- picas se homogeneicen. ACTIVIDADES 18. ¿Por qué es mucho más difícil datar radiométricamente las rocas sedimentarias y establecer correlaciones estratigráficas? 19. Si el porcentaje de isótopo «padre» en una muestra es del 50 %, ¿qué proporción de isótopo «hijo» habrá en la muestra? ¿Cuántos periodos de semidesintegración habrán transcurrido? Y si el porcentaje de elemento «hijo» formado fuera del 93,75 %, ¿qué cantidad de isótopo «padre» queda en la muestra? ¿Cuántos periodos de semidesintegración habrán transcurridas? 20. Se han encontrado fósiles de dinosaurios en la Antártida y fósiles de peces en las estepas de Siberia. Propón alguna hipó- tesis para explicar estos hechos. 21. El periodo de semidesintegración del isótopo radiactivo 24Na es de 15 horas. Si partimos de 1000 átomos de este elemen- to, ¿cuántos átomos quedarían después de 45 horas? 22. Si un elemento radiactivo tiene un periodo de semidesintegración de 4 · 106 años, ¿qué fracción de la cantidad original queda después de 12 millones años de desintegración? 23. Si un isótopo tiene un periodo de semidesintegración de 50 millones de años y tenemos una muestra que presenta una oc- tava parte de isótopo «padre», ¿cuál será la edad de la roca de la que se tomó la muestra? 24. En el campo, se localiza unos estratos de rocas sedimentarias atravesa- dos por un dique de granito (intrusión de granito). Se calcula radiométri- camente la edad del granito y esta es de 2,87 x 107 años. Razona si es po- sible hacer alguna deducción sobre la edad de la roca sedimentaria. 25. Observa la gráfica adjunta que muestra la desintegración radiactiva de dos elementos, A y B. Deduce cuántos periodos de semidesintegra- ción han transcurrido en cada uno de los casos. 26. Una roca ígnea contiene circón con un 12,5% de 235U y un 87,5% de 207Pb. ¿Cuál es la edad absoluta de las rocas? Unidad 8 El tiempo en geología La medida del tiempo en geología CIDEAD 241 Otros métodos para medir la edad de las rocas Además de los métodos de datación físicos, actualmente se emplean otros procedimientos para determinar la edad absoluta de una roca. Dataciones astronómicas Están basadas en oscilaciones prolongadas de la radiación solar, motivadas por variaciones periódicas de la inclinación del eje de rotación de la Tierra, de la excentricidad de su órbita y del equinoccio. Estas variaciones producen cambios climáticos que pueden medirse en los depósitos de sedimentos, lo que permite correlacionar acontecimientos geológicos. La datación astronómica es altamente precisa, pero solamente en períodos relativamente breves en una escala geológica, como máximo de 250 Ma. Análisis paleomagnéticos Las inversiones de polaridad del campo magnético terrestre quedan regis- tradas en el bandeado magnético de las rocas del fondo oceánico. Las inversiones de polaridad del campo magnético terrestre son universales y geológicamente instantáneas, siendo la duración media de las inversiones de 5000 años aproximadamente. Por esta razón pueden servir como ele- mentos de datación. El método es muy simple: basta con datar las rocas in- mediatas a una inversión. Se utiliza para datar rocas volcánicas. Las huellas de fisión Una huella de fisión es una región lineal de un mineral dañada por el paso de un núcleo atómico. La edad de la roca se obtiene midiendo la cantidad de huellas de fisión por unidad de superficie y dividiéndola por la concentración de uranio en el mi- neral. A igual concentración de uranio, el mineral será más antiguo cuantas más huellas tenga. Termoluminiscencia Es semejante al anterior y se basa en la capacidad que tienen algunos mine- rales, como el cuarzo y los feldespatos, de captar partículas cargadas proce- dentes de su entorno, para emitir luz, termoluminiscencia, cuando son ca- lentados. La cantidad de luz emitida es proporcional a la radiación que recibió. Termocronología La termocronología es el estudio de la evolución térmica de una región de un planeta. Los termocronologistas utilizan la datación radiométrica de las rocas y las variaciones del gradiente térmico de la corteza producido por múltiples causas (fallas, vulcanismo, flujo de fluidos, erosión…). Algunos sistemas isotópicos usados comúnmente en termocronología inclu- yen huellas de fisión en circón y apatito, datación potasio-argón… Las edades de exposición a los rayos cósmicos Las rocas superficiales de los cuerpos planetarios sin actividad geológica pueden estar expuestas al viento so- lar durante millones de años. Los ra- yos pueden penetrar hasta un metro de la roca, produciendo huellas mi- croscópicas o bien transformando sus núcleos en isótopos que pueden ser medidos y permiten la datación de la roca. Este método se ha empleado en rocas lunares y en meteoritos. En la imagen, un meteorito. La medi- da de la exposición de rayos cósmicos del meteorito indica que se separó de un fragmento mayor hace cerca de 300 millones de años La termocronología de baja temperatura permi- te determinar la evolución del paisaje en una gran variedad de ambientes tectónicos: oróge- nos activos, márgenes continentales activos y pasivos, las cuencas sedimentarias… En la imagen, aplicación de la termocronología de baja temperatura para estudiar la evolución geológica de las montañas de Rwenzori (Ugan- da), su elevación tectónica y su posterior denu- dación por erosión. Obsérvese como las isoter- mas (línea imaginaria que une todos los puntos con igual temperatura) se «elevan» con el creci- miento de las montañas. Cuando las rocas pasan por una determinada isoterma la información se almacena en deter- minados minerales pesados, como el apatito y el circón. Estos minerales actúan como una combi- nación de reloj y termómetro que puede ser leí- do por los diferentes análisis de termocronología de baja temperatura. Unidad 8 El tiempo en geología La medida del tiempo en geología CIDEAD 242 ¿Cómo se determina la edad de los fósiles y de las rocas sedimentarias? Solo determinadas rocas sedimentarias pueden ser datadas radiométrica- mente. Son aquellas que incluyen minerales neoformados como la glauconi- ta. Por esta razón, la edad de la mayoría de las rocas sedimentarias se debe establecer mediante una combinación de métodos estratigráficos y de data- ción radiométrica. Estos métodos también se aplican a rocas metamórficas. Mediante la combinación de métodos estratigráficos y de datación radiométrica se puede determinar la edad de los fósiles presentes en una determinada secuencia de rocas sedimentarias o en rocas afectadas por un me- tamorfismo de baja intensidad. Para ello se han de dar los siguientes pasos: ● En primer lugar, es necesario localizar en algún lugar del mundo una secuencia de rocas sedimentarias que presente una masa de rocas ígneas (un flujo de lava, una capa de ceniza volcánica, una intrusión de roca ígnea subyacente, etcétera). ● Se datan radiométricamente los materiales ígneos. ● A continuación, se determina la edad relativa de los estratos analizados aplicando los principios de estra- tigrafía (superposiciónde estratos, relaciones de cor- te, etcétera). Esta secuencia de rocas se puede correlacionar con otras situadas en zonas geográficas muy lejanas pero que contengan los mismos fósiles. Las secciones se po- drán correlacionar si presentan las mismas especies de fósiles e, indirecta- mente, se puede calcular la edad del estrato. Este método se ha aplicado a un gran número de secciones ubicadas por to- do el mundo. A partir de los datos obtenidos se ha podido establecer la escala de tiempo geológico que veremos en el siguiente epígrafe. En la columna de la derecha de la imagen se pre- tende fechar un estrato de esquistos con fósiles. La roca ígnea subyacente (granito) está datada en 480 millones de años. El flujo de lava localiza- do en una capa superior está datado en 450 mi- llones de años. Por lo tanto, el estrato de esquis- to con fósiles tiene una edad comprendida entre los 480 y los 450 Ma. A partir de estos datos podemos correlacionar secciones estratigráficas situadas en lugares muy lejanos pero que presenten los mismos fósiles aunque no hayamos podido hacer ninguna data- ción por radiación radiométrica. 27. Observa la imagen inferior que correlaciona dos secciones, A y B, situadas en áreas geográficas distintas. Explica qué edad tendrá el flujo de lava superior de la sección A. ¿Y los esquistos de ambas secciones? ACTIVIDADES Unidad 8 El tiempo en geología Los cambios ocurridos en la Tierra CIDEAD 243 Uniformismo y actualismo Una premisa implícita en todo método de datación es que los procesos na- turales siempre han sido esencialmente los mismos. Si la tasa de desintegra- ción radiactiva variase en el tiempo la datación radiométrica sería inviable, y los principios de Steno carecerían de sentido si en el pasado la sedimenta- ción hubiese operado de forma diferente. Este postulado básico fue enunciado por Lyell en 1830 como parte de una filosofía a la que poco después se denominó uniformismo: Los agentes geológicos que actúan y los resultados a que dan lugar son ahora los mismos que en tiempos pasados. Pero bajo el término de uniformismo se recogían en la obra de Lyell cuatro significados bien diferentes: Uniformidad de las leyes físicas. Las leyes de la física son invariables tanto en el espacio como en el tiempo. Uniformidad de los procesos. A menos que haya evidencias en contra, se debe asumir que lo que se observa en el registro geológico es el resul- tado de procesos (vulcanismo, erosión…) que aún operan en la Tierra. Este principio recibe el nombre de actualismo. Estas dos primeras nociones son premisas metodológicas esenciales para el trabajo científico. El principio del actualismo, por ejemplo, permite a los geólogos interpretar cómo se formaron las estructuras geológicas en el pa- sado a base de estudiar cómo se forman en la actualidad. Por tanto, todos los científicos las suscribían sin reparo. En cambio, los otros dos significados que Lyell dio al uniformismo son pro- puestas teóricas sobre la dinámica de la Tierra con las que muchos geólo- gos, en particular los de la escuela catastrofista, estaban en desacuerdo: Uniformidad del ritmo o gradualismo. Los procesos geológicos siem- pre han actuado al mismo ritmo lento y pausado, sin cambios bruscos ni catástrofes. Uniformidad de estado. La Tierra cambia continuamente, pero lo hace de forma tal que siempre presenta el mismo aspecto: la proporción entre tierra y mar, por ejemplo, es constante, y el clima fluctúa cíclicamente. Es decir, fenómenos que podemos observar hoy, como puedan ser la ero- sión por las aguas o el depósito de materiales, habrán ocurrido de manera análoga hace miles y miles de años. Según esto, estudiando las rocas ahora, el geólogo podrá conocer su mecanismo de formación en el pasado. Por ejemplo, si una roca contiene restos de conchas marinas, el depósito habrá Arriba: Duna actual en el Lugar de Importancia Comunitaria (LIC) conocido como «Dunas de la Safor», en la costa valenciana. Abajo: Duna fósil en el Parque Regional de Cal- blanque, al sur del Mar Menor. Según el princi- pio del actualismo se formó del mismo modo que la duna de la Safor. Paleoecología El principio del actualismo es la piedra angular de la paleoecología. Esta ciencia permite la reconstrucción de- tallada de los paleoambientes pasa- dos a través de los fósiles que vivían en ellos. Para la reconstrucción paleoecológica se acepta que las especies actuales son descendientes de las fósiles y, por tanto, las condiciones ambientales en las cuales desarrollaban su actividad eran similares, lo cual es la premisa esencial del actualismo: el presente es la clave del pasado. Sin embargo, se ha observado que cuanto más alejados estén tempo- ralmente las especies, menos simili- tudes se observan. Unidad 8 El tiempo en geología Los cambios ocurridos en la Tierra CIDEAD 244 tenido lugar en el mar; el que contenga yeso o sales sólidas será indicio de que se trataba de un ambiente de intensa evaporación. Este principio presupone que las condiciones ambientales no han variado a lo largo del tiempo y Lyell defendía que no se podía ser uniformista en el sentido metodológico —o sea, un auténtico científico— sin serlo también en el teórico, y por ello atacó con vehemencia a los catastrofistas. En la actualidad, no obstante, se aceptan tanto los procesos graduales como las catástrofes ocasionales, como, por ejemplo, el impacto de asteroides, y aunque el uniformismo es inexacto, su aplicación ha permitido estudios im- portantes, especialmente para determinar ambientes paleogeográficos. La aceptación de esta teoría no excluye la posibilidad de que procesos que operaron en el pasado no sean hoy en día observables con las técnicas ac- tuales; ni implica que todos los procesos que se desarrollan ahora lo han he- cho de forma exactamente similar en el pasado. Se acepta, más o menos ge- neralmente, que el grado de correlación entre los procesos antiguos y mo- dernos decrecen según el tiempo; por ejemplo, en eras anteriores a la apari- ción de la vegetación terrestre, la meteorización y la erosión han tenido que ser diferentes en carácter e intensidad a las de la actualidad. Un ejemplo de aplicación del método actualista: la reconstrucción de paleoclimas Puesto que cada clima particular deja su propia «huella» —por ejemplo, al favorecer determinadas formas de vida o contribuir al modelado del relie- ve—, el principio del actualismo permite aplicar los conocimientos sobre la dinámica climática actual para reconocer formas generadas bajo climas rei- nantes en el pasado, o paleoclimas. Una «huella» paleoclimática preservada en el registro geológico es un indi- cador paleoclimático o proxy. Existen proxies de naturaleza diversa: geo- química, biológica, sedimentológica… Indicadores geoquímicos. Destaca la relación entre los isótopos del oxígeno 18O y 16O en las conchas de organismos fósiles. Esta relación, simbolizada por δ18O, es un auténtico termómetro del pasado: a mayor δ18O, menor temperatura tenía la Tierra en la época en que vivían dichos organismos. A semejante conclusión se ha llegado mediante la siguiente cadena de razonamientos: – Las moléculas de agua que tienen el isótopo 18O, más pesado, se eva- poran peor, y el agua del mar pierde más 16O que 18O. – Normalmente el agua evaporada retorna al mar tras precipitar, arras- trando consigo el 16O; pero si bajan las temperaturas y dicha agua queda retenida en el hielo de los glaciares, el 16O no llegará al agua de mar, y aumentará su relación δ18O. – El carbonato cálcico (CaCO3) que forma las conchas contiene átomos de oxígeno extraídos del agua, por lo que su relación δ18O reflejará la que tenía el agua en ese momento. δ18O La composición isotópica del agua se mide en relación al patrón conocido como estándar medio del agua oceá- nica de Viena(VSMOW, por su acró- nimo en inglés), que para la relación 18O/16O es de 2005,20 partes por mi- llón; en números redondos, por cada molécula de H218O hay unas 500 molé- culas de H216O. La diferencia entre la relación 18O/16O en una muestra con respecto a la de VSMOW se expresa como: δ18O = 1000 · [ O18 O16⁄ ( O18 O16⁄ ) VSMOW − 1] Arriba: Durante un período interglacial, el agua isotópicamente «ligera» (H216O) se escapa de los océanos por evaporación, pero retorna a través de los ríos y su concentración no varía. Abajo: Cuando los glaciares se expanden retie- nen parte del agua isotópicamente «ligera» en los continentes: el nivel del mar desciende y el océano se enriquece en agua «pesada» (H218O). Unidad 8 El tiempo en geología Los cambios ocurridos en la Tierra CIDEAD 245 Indicadores biológicos. Por ejemplo, la anchura de los anillos de los árboles aumenta con la temperatura media. Lo mismo ocurre con los anillos de los esqueletos de los corales, cuyo uso constituye una importante herramienta de reconstrucción ambiental. Su fundamento se basa en que las características químicas del esqueleto (geoquímica coralina) varían de acuerdo a las condiciones físicas y quími- cas del agua oceánica en el momento en que el esqueleto se conforma. Por ejemplo, existen algunos elementos químicos (como el estroncio, el magnesio y el uranio) cuya concentración en el agua de mar varía muy poco, pero su incorporación en el coral depende de la temperatura del océano al momento preciso de la formación del esqueleto de carbonato de calcio. Es decir, los cambios en la proporción de estos elementos con respecto al calcio del coral funcionan como un termómetro, o paleoter- mómetro, que registra de manera continua la temperatura del mar a lo largo del tiempo. Otro ejemplo lo encontramos en las variaciones de calcio y aragonito en las conchas de los moluscos. En mares cálidos, estas conchas tienen ma- yor proporción de aragonito que en los mares fríos; el aumento de salini- dad, en cambio, produce el efecto contrario. En consecuencia, la propor- ción aragonito-calcita en las conchas de los moluscos es directamente proporcional a la temperatura e inversamente proporcional a la salinidad, lo cual constituye un importante indicador paleoclimático. Sin embargo, como en el agua de mar la salinidad aumenta con la tempe- ratura, ambos efectos se contrarrestan en cierto grado, y es conveniente contrastar los resultados obtenidos por este método con la temperatura calculada mediante la razón isotópica del oxígeno. Los granos de polen hallados en los sedimentos permiten identificar a la comunidad vegetal que habitaba la región en la época en que se deposita- ron los sedimentos y, por tanto, el clima reinante; además, la abundancia de polen en un año depende de la intensidad de las lluvias en los meses previos, por lo que la densidad de polen informa sobre oscilaciones cli- máticas a corto plazo. Indicadores sedimentológicos. Algunos tipos de rocas y de sedimen- tos son característicos de determinados ambientes morfoclimáticos, así por ejemplo, las tillitas son rocas sedimentarias formadas por acumula- ción de las morrenas glaciares, por lo que su presencia en un determina- do lugar indica temperaturas medias anuales por debajo de 0 ºC. En el caso de climas secos o áridos, se encuentran minerales de hie- rro con grandes cristales y rocas como las evaporitas formadas por mine- rales tales como halita (NaCl), calcita (CaCO3) y yeso (CaSO4). En climas húmedos es frecuente la presencia de arcillas. En la imagen superior, se pueden observar ban- das de crecimiento de un coral con indicación de los años y de la longitud. Un coral crece típicamente alrededor de un cen- tímetro cada año. Los corales muestran una prominencia de carácter anual y unas finas es- trías paralelas a la abertura de carácter diario, por lo que sus esqueletos pueden contener un registro de hasta 500 años de historia. Bloque procedente de la morrena del Senegüé, en Huesca. Las morrenas están constituidas por rocas acarreadas por los glaciares, a menudo pulidas y con estrías. El sedimento formado por tales rocas se llama till, e indica un clima frío. ACTIVIDADES 28. ¿Qué tipo de indicadores sedimentológicos son propios de los climas cálidos y húmedos? Unidad 8 El tiempo en geología Los cambios ocurridos en la Tierra CIDEAD 246 Un calendario para la Tierra Escala estratigráfica universal, según la úl- tima revisión llevada a cabo por la Comisión Internacional de Estratigrafía (ICS, 2013). Unidad 8 El tiempo en geología Los cambios ocurridos en la Tierra CIDEAD 247 El uso de técnicas de datación ha permitido a los geólogos organizar en un calendario —la escala de tiempo geológico— los acontecimientos que se han sucedido en la historia de la Tierra. Dado que tales acontecimientos han quedado registrados fun- damentalmente en estratos de roca, el calendario se llama también escala estratigráfica. La escala de tiempo geológico es una secuencia vertical que representa todas las unidades, a nivel mundial, de roca conocidas y sus fósiles. Estas uni- dades se colocaron en orden secuencial (de más an- tigua a menos), utilizando criterios basados en la da- tación relativa y en la correlación de estratos. Las edades absolutas de las rocas se han determinado principalmente a través de la datación radiométri- ca. Por lo tanto, la escala de tiempo geológico pro- porciona una «vara de medir» calibrada para la de- terminación de las edades de las rocas de todo el mundo a través de un examen de sus estratos, y es- pecialmente aquellos que contienen fósiles. Al igual que el calendario humano se divide en me- ses, semanas y días, los geólogos han dividido el ca- lendario de la Tierra en varias unidades, definidas con arreglo a criterios diferentes: Unidades cronoestratigráficas Una unidad cronoestratigráfica es un conjunto de cuerpos rocosos delimitado por cambios en el contenido fósil, en el tipo de sedimento deposi- tado o en la disposición de los estratos. Las unidades cronoestratigráficas de mayor ampli- tud se llaman eonotemas. A su vez, los eonotemas se dividen en eratemas y estos en unidades de ran- go progresivamente menor, como sistemas, series y pisos. Un eonotema es una unidad cronoestratigráfica que corresponde al conjunto de estratos rocosos que permanecen en el registro estratigráfico de- positados durante un determinado eón de la es- cala temporal geológica. Los eonotemas tienen los mismos nombres que sus eones correspon- dientes. Unidad 8 El tiempo en geología Los cambios ocurridos en la Tierra CIDEAD 248 Para la historia de la Tierra se han definido cuatro eonotemas; de más antiguo a más reciente son: el Hádico, el Arcaico, el Proterozoico y el Fanerozoico. Un eratema es una unidad cronoestratigráfica correspondiente al regis- tro estratigráfico total depositado durante el tiempo de duración de una era en la escala de tiempo geológico. Los eratemas tienen los mismos nombres que sus correspondientes eras. Así el eonotema Proterozoico comprende, de más reciente a más anti- guo, los eratemas Neoproterozoico, Mesoproterozoico y Paleoprote- rozoico, y el eón Arcaico y su eonotema correspondiente se dividen análogamente en Neoarcaico, Mesoarcaico, Paleoarcaico y Eoarcai- co, cuyo límite inferior (más antiguo) no está definido, aunque la Comi- sión Internacional de Estratigrafía lo ha situado provisionalmente en 4000 millones de años. Tampoco se ha delimitado el eón Hádico. Los eratemas no suelen usarse en la práctica. Los expertos en cronoestrati- grafía prefieren utilizar formas más precisas y de mayor resolución —que abarquen un menor periodo de tiempo— cuando evalúan los estratos. Estas serían los sistemas, las series y, especialmente, los pisos. El piso es la unidad básica dela cronoestratigrafía y representa el con- junto de rocas formadas durante un determinado tiempo de la historia geológica. Están definidos por la litofacies y por asociaciones caracterís- ticas de fósiles. Cada piso es equivalente a una edad de la escala tempo- ral geológica, con una duración media de pocos millones de años. Normalmente se denominan con el nombre geográfico donde fue esta- blecido. El problema es que la mayoría de los pisos tienen un alcance regional, no global como las anteriores divisiones, y es posible encontrar pisos muy diferentes según la zona que se examine. Los límites y nombres de los pisos de la escala global son establecidos por la Comisión Internacional de Estratigrafía, igual que el resto de unidades. Estratotipos Para la definición formal de las diferentes divisiones litoestratigráficas se es- tablecen estratotipos de límite inferior, que son secciones estratigráficas concretas que sirven de referencia para todo el planeta. Los límites de las unidades cronoestratigráficas (que se corresponderán por convenio con los de las geocronológicas) se establecen según características y eventos paleobiológicos y geológicos reales registrados en las rocas, como alteraciones de los grupos taxonómicos predominantes, extinciones masivas, cambios climáticos, variaciones geoquímicas, inversiones del campo magné- tico terrestre, entre otros. Estos cambios señalan el límite inferior de un estratotipo y se ubican en sec- ciones estratigráficas seleccionadas para que sirvan de referencia en las co- rrelaciones globales. Así, por ejemplo, el límite inferior del piso Selandien- se viene marcado por un brusco descendimiento del nivel del mar que se Sistemas y series Además de las unidades estudiadas en el texto, existen otras unidades cronoestratigráfica: – Un sistema es una unidad cronoes- tratigráfica formal de ámbito glo- bal, que agrupa a todos los conjun- tos de rocas formadas en el mismo lapso de tiempo y en las que se distinguen cambios significativos del registro fósil respecto a las de- positadas antes y después que ellas, es decir, reflejan cambios mayores en la composición de la fauna y flora de la Tierra a través del tiempo. El tiempo representa- do por cada sistema se denomina periodo, que es la unidad geocro- nológica equivalente de la escala de tiempo geológico. – La serie es una unidad cronoestra- tigráfica formal que representa el conjunto de rocas formadas duran- te una época, la unidad geocrono- lógica de la escala de tiempo geo- lógico equivalente. En la imagen superior, límite entre dos pisos –Se- landiense y Thanetiense en la playa de Itzurun en Zumaia, Guipuzcua– definido utilizando criterios li- tológicos. En la imagen inferior, límite entre dos series —Pa- leoceno y Eoceno de Zumaia, en el País Vasco— es- tablecido mediante criterios litológicos. Unidad 8 El tiempo en geología Los cambios ocurridos en la Tierra CIDEAD 249 produjo hace 61,1 millones de años; en tanto que el piso Thanetiense está determinado por una repentina inversión del campo magnético terrestre que tuvo lugar hace 58,7 millones de años. El definir solo el límite inferior de cada estratotipo evita solapamientos y lagunas entre las distintas secciones. Relación entre unidades litoestratigráficas y cronoestratigráficas Las unidades litoestratigráficas y las cronoestratigráficas pertenecen a siste- mas de clasificación y ordenamiento de las rocas independientes entre sí y definidos con criterios muy diferentes. Así, una formación puede pertene- cer a uno o a varios pisos, dependiendo de la duración de la actividad del medio sedimentario en el que se formó. Por otra parte, los pisos incluyen necesariamente numerosas unidades litoestratigráficas (formaciones geológi- cas, miembros o capas), debido a que en cada edad se produce simultánea- mente depósitos sedimentarios en diferentes ambientes sedimentarios loca- lizados por todo el planeta. Asimismo, la migración geográfica en el tiempo de un ambiente deposicional puede conducir a que los primeros depósitos de una formación sean de una edad en una zona y más modernos en otra. Unidades geocronológicas Son divisiones de tiempo, cuyos límites se establecen a partir de dataciones absolutas. Pese a que se definen con arreglo a distintos criterios, las unida- des geocronológicas se corresponden con las unidades cronoestratigráficas: Cronoestratigráfica eonotema eratema sistema serie piso Geocronológica eón era período época edad Como hemos visto, se da el mismo nombre a una determinada unidad geo- cronológica y a su correspondiente unidad cronoestratigráfica. Así, el perío- do Cretácico es el intervalo temporal durante el cual se depositaron las rocas que forman el sistema Cretácico. Unidades bioestratigráficas Se caracterizan por los fósiles o asociaciones de fósiles que contienen. La unidad fundamental es la biozona que es un estrato o conjunto de estratos con unas características paleontológicas que los diferencian de los adyacen- tes. Se pueden diferenciar varios tipos de biozonas, según que se refieran a una especie determinada o a una asociación, cuya amplitud será variable. Biozona La biozona es la unidad básica en bio- estratigrafía y se puede definir por la presencia de un solo taxón o por la combinación de varios, según su abundancia relativa o variaciones en las características relacionadas con la distribución de los fósiles (primera o última aparición). Una sucesión estratigráfica puede ser dividida en distintas escalas bioestra- tigráficas según el grupo de fósiles presentes (ammonites, foraminíferos, etcétera). Así pues, pueden identifi- carse varias unidades bioestratigráfi- cas superpuestas para el mismo in- tervalo rocoso. Los límites de una biozona se deno- minan biohorizontes (superficies es- tratigráficas que limitan la primera o última presencia de fósiles de deter- minado taxón o taxones o algún cam- bio significativo de carácter bioestra- tigráfico). ACTIVIDADES 29. Explica las diferencias entre los conceptos de eonotema y eón. 30. ¿En qué eratemas se divide el eonotema Fanerozoico? 31. ¿Qué relación existe entre pisos y las unidades litoestratigráficas? En la imagen, representación de una secuencia estrati- gráfica. La edad de los estratos (de 1 a 10) se determina mediante la localización de fósiles guía (de la A a la F) que caracterizan los bioestratos. 250 DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA Solucionario 1. El más evidente de todos es un plegamiento producido por compresión. En general, cuando los estratos no aparecen en su disposición hori- zontal originaria es debido a que fuerzas internas han actuado sobre ellos originando nuevas estructuras. 2. Hay fenómenos como la deposición lateral que se da en los frentes deltaicos (ver imagen adjunta) que no cumplen el principio de la horizon- talidad original. Otro ejemplo, sería la estratificación cruzada propia de la acción de las corrientes. 3. La disposición inicial de la estratificación depende de la topografía del fondo de la cuenca, que no necesariamente ha de ser totalmente hori- zontal y que cambia con el tiempo (es frecuente encontrar estratos no afectados por fenómenos tectónicos y que pueden presentar hasta un buzamiento de 30º). 4. a) Podemos observar que se cumple el principio de horizontalidad original, puesto que los estratos se han depositado paralelos a la superficie del terreno. El principio de superposición de estratos porque nos indican que los estratos inferiores son los más antiguos y los superiores los más modernos. b) En el dibujo de la derecha, se siguen cumpliendo estos principios aunque los estratos han sido parcialmente erosionados. 5. Se puede determinar localizando el techo del estrato. Para ello se han de buscar estructuras que solo aparecen en la superficie: grietas de desecación, marcas de gotas de agua, huellas de fósiles, ripple marks,etcétera, que nos marcarán los criterios de polarización. 6. Es un método estratigráfico pero también absoluto porque el ciclo formado por los dos lechos, claros-oscuros, supone un año en la sedimen- tación. Por lo tanto, haciendo un recuento de los ciclos, podemos conocer la edad del depósito. 7. Deposición y plegamiento de los estratos marrones y azules → falla inversa → intrusión magmática que da lugar al plutón → deposición de estrato de color ocre → intrusión del dique → erosión de todo el conjunto → deposición del estrato ocre claro (el más superficial) → forma- ción de la falla normal → tras la cual hay otro proceso erosivo. 8. a) De más antiguo a más moderno el orden de sucesos son: A, B, K, C, D, E, F, H, G, H, I, J, L. La falla 1 puede ocurrir después de E, o en cualquier momento después de la E, pero antes de I. b) Entre B y C del tipo disconformidad. Hay una discordancia entre el conjunto de estratos inclinados A-H y la capa I; es una discordancia angular. Hay otra discordancia entre la intrusión ígnea K y los estratos Ay B. Es una inconformidad. c) K es más antigua que C. No se instruye en C debido a la discordancia. No hay capas de C contenidos en K. Hay una superficie de erosión que indica que K estaba allí antes de que C fuera depositado. 9. Su estudio detallado permite deducir en qué condiciones se depositaron los sedimentos y cómo se formaron las correspondientes rocas sedi- mentarias. Un cambio lateral de facies indica que los sedimentos se depositaron al mismo tiempo pero bajo condiciones distintas. 10. De mayor a menor las unidades litoestratigráficas según su rango son: Grupo — Formación — Miembro — Capa 11. Porque su emisión habrá tenido lugar en un espacio de tiempo muy concreto. 12. En ambas secuencias observamos el depósito de arenisca, esquisto y, por último, caliza, lo que indica que el agua se hizo más profunda, por lo tanto tuvo lugar una transgresión. La correlación que se establece es la siguiente: 13. a) 251 DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA b) Cuatro estratos están presentes en cada una de las tres secciones. c) La sección B y mide aproximadamente 6,5 metros de espesor (va aproximadamente de 0,5 metros hasta los 7 metros). d) No existe una inclinación entre las secciones A y B. La parte superior de la capa de carbón está aproximadamente a 2,1 metros en la co- lumna B, por lo que podemos suponer que está a la misma profundidad en A. Habría que perforar en la columna A 4,9 metros (7 menos 2,1 metros) para llegar a la parte superior de la capa de carbón. 14. Si en una secuencia sedimentaria hay una laguna estratigráfica o un hiato, puede deberse a que no se produjo una sedimentación, por causas muy variadas, o bien a que después de depositarse los materiales estos han sido erosionados. 15. a) b) Transgresivo-regresivo. c) En la imagen. d) La arenisca marca el principio de la transgresión y el final de la regresión, por lo que es la facies depositada más cerca de la orilla. e) La piedra caliza se encuentra en la cúspide de una transgresión, por lo que se deposita más lejos de la tierra firme. f) Las calizas de aguas profundas no se encuentra en la sección C de manera que esta es la dirección más cercana a la tierra y, por lo tanto, se localiza hacia el Este. 16. a) De más antiguo a más moderno: 1, 2, 3, 4, 5, b) Entre la intrusión de granito y los estratos adyacentes se forma una inconformidad, y entre 4 y 5 hay una discordancia angular. c) La intrusión se produjo después del depósito de 4 y antes del depósito de 5 y la falla justo después, porque afecta a la intrusión, pero también es anterior al depósito de 5. 17. Los procesos que han tenido lugar en la zona son, por orden de antigüedad: 1. Depósito de dolomías, margas y calizas, en ambiente marino profundo. 2. Plegamiento de la serie anterior, seguido de condiciones continentales, con erosión. 3. Transgresión marina. 4. Depósito de areniscas, arcillas y yesos en ambiente marino próximo al continente, o cuenca marina restringida. La presencia de yesos in- dica una fuerte evaporación, y por tanto ausencia de aportes de agua. 5. Procesos tectónicos: posible basculación de la cuenca y paso a condiciones continentales. Erosión y formación de una penillanura. 6. Depósito de conglomerados. Posiblemente continentales, procedentes de la erosión de los relieves próximos producidos por la tectónica (abanicos aluviales). 7. Erosión de los conglomerados por la instalación de una red fluvial 18. Porque es muy improbable que muestras de rocas sedimentarias posean las mismas proporciones isotópicas (razón isotópica) iniciales ya que se originan a partir de fragmentos o sedimentos procedentes de áreas muy diferentes. Por esta razón, para poder establecer correlaciones es- tratigráficas se ha de recurrir a métodos indirectos como el que aparezcan intercalados capas de carbón o materiales volcánicos, fósiles, intru- siones magmáticas… 19. En el primer caso, se ha formado un 50 % de átomos «hijos» y ha transcurrido un periodo de semidesintegración. En el segundo caso, en la muestra queda 6,25 % de isótopo «padre» y han transcurridos 4 periodos de semidesintegración. 252DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 20. Se debe al desplazamiento de las placas que forman la litosfera y a los cambios ambientales (como las glaciaciones) que han tenido lugar a lo largo de la historia de la Tierra. La mejor explicación para la presencia de los dinosaurios en la Antártida es que este continente formó parte de una masa gran masa continental, todavía no fracturada en placas, sobre la que desarrollaron su existencia. 21. 125 átomos. 22. Una octava parte. 23. Ciento cincuenta millones de años. 24. Que tiene más de 2,87 x 107 años porque los estratos sedimentarios ya estaban allí cuando se formó la intrusión de granito. 25. En el caso A, 2 periodos de semidesintegración y en el caso B, 3. 26. Aproximadamente 2100 millones de años. 27. En la sección B, se puede observar una intrusión magmática datada en 110 años, como esta intrusión atraviesa la capa superior de lava pode- mos deducir que esta capa se depositó antes, por lo tanto, tiene una edad superior o igual a 110 millones de años. Por tanto, la capa de esquis- tos que está situada entre las dos capas de lava tiene una edad comprendida entre 180 y 110 millones de años. Correlacionando ambas secciones, podemos deducir que la capa de lava superior de la sección A tiene una edad superior o igual a110 grados y que la capa de esquistos presenta una edad entre 180 y 110 millones de años. 28. Calizas y dolomitas masivas, bauxita y lateritas (con minerales de aluminio). 29. El eonotema no debe confundirse con el eón en sí mismo, que es la correspondiente división de tiempo geológico que abarca una cantidad específica de (millones de) años, durante los cuales las rocas que se formaron se clasifican dentro del eonotema. 30. El eonotema Fanerozoico se divide en los eratemas: Paleozoico, Mesozoico y Cenozoico, nombres coincidentes con los de las correspondien- tes eras. 31. Los pisos incluyen numerosas unidades litoestratigráficas, como formaciones, miembros o capas, debido a que para cada edad, como en la ac- tualidad, la sedimentación y formación de rocas se produce por todo el planeta en diferentes ambientes sedimentarios. De igual forma una unidad litoestratigráfica determinada puede abarcar todo o parte de un piso, o varios pisos si el sistema deposicional en el que se formó estu- vo activo el tiempo suficiente. Eón Es cada una de las divisiones mayores de tiempo de la historia de la Tierra desde el punto de vis- ta geológico y paleontológico. Era Es una unidad geocronológica formal de la escala temporal geológica que representa el tiempo correspondiente a la duración de un eratema, la unidad cronoestratigráfica equivalente que comprende todas las rocas formadas en ese tiempo. Geocronología Es la ciencia
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