Capítulo IIntroducción

GEOLOGÍA

Etimológicamente proviene de las raíces griegas geo - tierra y

logos - tratado, estudio; es decir, es el tratado o estudio de la Tierra.

Geología es la ciencia que estudia la Tierra, su composición, estructura,

desarrollo e historia, así como el conjunto de fenómenos y procesos que

tienen lugar en ella

El globo terrestre consta de varias estructuras:

1.- ATMOSFERA.- Es la envoltura aérea constituida principalmente

por nitrógeno (N2) y oxígeno (02); con pequeñas cantidades

de vapores de agua, gas carbónico y algunos gases nobles.

2.- HIDROSFERA.- Es la envoltura hídrica que incluye la totalidad

de las aguas naturales, es decir, de los océanos, mares, lagos

y ríos que cubren mas del 70 % de la superficie de la Tierra.

También constituyen esta envoltura las aguas subterráneas

que saturas los poros y grietas de las rocas.

3.- LITOSFERA.- Es la envoltura que constituye la capa sólida

exterior de la Tierra. La litosfera está conformada por rocas de

diferente tipo y origen, por ejemplo: granito, basalto, lutitas,

areniscas, calizas, cuarcitas, etc. Las rocas son sustancias

naturales complejas constituidas por sustancias mas simples

llamadas minerales. Por ejemplo el granito está constituido

por: cuarzo, feldespatos y mica. En cambio las calizas y

mármol están constituidas principalmente pos calcita. Los

minerales son sustancias naturales, homogéneas que

presentan una composición química y propiedades físicas

determinadas; que han sido originadas por diversos procesos

geológicos que se producen en el seno de la Tierra, sin que

haya la intervención del hombre.

4.- BIOSFERA.- Es la envoltura en cuyo seno tiene lugar el

desarrollo de la vida orgánica. Está constituida por todos los

organismos vivos que se encuentran en la atmósfera,

hidrosfera y parte de la litosfera; los mismos que juegan un

papel sustancial en las transformaciones y cambios que se

operan en las capas superficiales de la Tierra.

La penetración e interacción mutua de las envolturas terrestres

determinan en grado considerable el desarrollo de los diversos y

complicados procesos que se verifican en la superficie terrestre y sus

inmediaciones, tal que, para un mejor estudio de los múltiples aspectos

que presenta, la Geología se divide en varias ramas de las cuales

destacan cuatro grupos principales:

1. Las disciplinas que estudian la constitución material de la Tierra

(Geoquímica).

2. Las que estudian los procesos que transcurren en el interior y

exterior de la Tierra (Geología Dinámica).

3. Las que estudian la historia del desarrollo de la Tierra (Geología

Histórica).

4. Aquella cuyo objeto es la explotación del subsuelo (Geología

Aplicada).

Examinemos cada uno de estos grupos:

El grupo de la Geoquímica está conformado por:

CRISTALOGRAFÍA.- Es la ciencia que se encarga del estudio de los

cristales, de su forma exterior y su estructura interna. Los minerales son

en la mayoría de los casos sustancias cristalinas.

MINERALOGÍA.- Es la ciencia que estudia los minerales, su composición

química, sus propiedades físicas, condiciones de ocurrencia y su origen.

PETROLOGÍA.- Es la ciencia que estudia las rocas, su composición

mineralógica y

química, sus propiedades físicas, los cambios que experimentan a través

del tiempo, su origen, y establece leyes que rigen su formación y

destrucción en el seno de la Tierra.

GEOQUÍMICA (Propiamente dicha).- Es la ciencia que estudia los

elementos químicos que constituyen el globo terrestre, su distribución y

migraciones.

El grupo de Geología Dinámica está constituido por las ciencias

que investigan los procesos que tienen lugar en el seno de la litosfera y

su superficie. Atendiendo a la fuente de energía, pueden ser endógenos

y exógenos.

Los procesos endógenos están relacionados con los movimientos

tectónicos, movimientos sísmicos, erupciones volcánicas, presión y

temperatura en el interior de la Tierra. De acuerdo con ello se desarrollan

las siguientes ciencias:

GEOTECTÓNICA.- Es la ciencia que estudia las condiciones de

yacimiento de las

rocas, los movimientos de la corteza Terrestre y las deformaciones

resultantes de dichos movimientos.

MAGMATISMO.- Estudia la composición del magma y los procesos que

transcurren en él; así como la formación de las rocas intrusivas.

VULCANISMO.- Es la ciencia que estudia los volcanes y su actividad. Es

considerada como una rama del Magmatismo.

SISMOLOGÍA.- Es la ciencia que estudia los terremotos y demás

movimientos telúricos.

METAMORFISFO.- Estudia las transformaciones que experimentan las

rocas en las profundidades de la Tierra, bajo la influencia de altas

temperaturas y grandes presiones.

Los procesos exógenos son los que están relacionados con las

actividades de la atmósfera e hidrosfera y por el influjo ejercido por éstas

sobre la litosfera. La fuente de los procesos exógenos es la energía

solar. En este aspecto la Geología Dinámica se divide en:

INTEMPERISMO (Meteorización).- Estudia los procesos de

transformación de las rocas originadas por agentes físicos y químicos en

la superficie de la Tierra.

HIDROLOGÍA.- Es la ciencia que estudia la actividad geológica de las

corrientes superficiales o ríos.

OCEANOLOGÍA.- Estudia la actividad geológica de los océanos y mares.

CRIOLOGÍA.- Trata de la actividad geológica de los hielos o glaciares.

LIMNOLOGÍA.- Estudia la actividad geológica de los pantanos y lagos.

GEOMORFOLOG1A.- Estudia el relieve, sus formas, su origen y edad.

GEOLOGÍA ESTRUCTURAL.- Se encarga del estudio de las estructuras

de la corteza terrestre.

El grupo de la Geología Histórica tiene por objeto estudiar ia

historia de! desarrollo de la corteza terrestre y de la vida orgánica

pretérita; subdividiéndose a su vez en una serie de disciplinas como:

ESTRATIGRAFÍA.- Estudia los estratos de las rocas sedimentarias y la

secuencia de su yacimiento.

PALEONTOLOGÍA.- Es la ciencia que estudia los restos fósiles de

organismos

animales y vegetales.

GEOLOGÍA HISTÓRICA (Propiamente dicha).- Cuyo objeto es estudiar

el desarrollo de la corteza terrestre, las leyes que rigen este desarrollo y

la sucesión de los acontecimientos geológicos en la Tierra a lo largo de

toda su historia.

El grupo de la Geología Aplicada es un conjunto de disciplinas

dedicadas principalmente al aprovechamiento de los conocimientos y

avances de todas las ciencias, con el objeto de cubrir sus necesidades

de recursos minerales o solucionar problemas que presentan la

naturaleza en la superficie terrestre o sus inmediaciones. Así tenemos:

GEOLOGÍA MINERA.- Se encarga de plantear métodos y sistemas para

la explotación, exploración y reconocimientos de los yacimientos

minerales.

INGENIERÍA GEOLÓGICA.- Tiene por objeto el estudio de las

condiciones geológicas para la ejecución de obras civiles e hidráulicas.

GEOLOGÍA ECONÓMICA.- Se encarga del estudio de los yacimientos

minerales, sus condiciones geológicas y físico químicas de su formación.

Son las actividades prácticas del hombre y la necesidad de utilizar

los recursos naturales, las que han determinado el surgimiento de las

disciplinas geológicas y su amplio desarrollo ulterior.

FIGURA Y DIMENSIONES DE LA TIERRA

El problema de la forma y dimensiones de la Tierra ha preocupado

al hombre de todas las épocas. Lenta y paulatinamente el hombre se fue

acercando a !a solución de este problema, debiendo someterse a largas

y enconadas luchas contra toda clase de prejuicios, principalmente de

tipo religioso. Hoy en día podemos afirmar con conocimiento de causa,

que la Tierra es redonda y se asemeja a los demás planetas y satélites

del sistema solar. Tanto la forma como las dimensiones, están

confirmadas y los que mas interesa es conocer los métodos que se han

empleado en su determinación, así como los resultados obtenidos por

dichos métodos. Pero antes es preciso plantearse la interrogante ¿qué

forma pudo haber adquirido la Tierra girando con una velocidad angular

constante alrededor de su eje y hallándose en estado pastoso?.

Teniendo en cuenta que todas las partículas son atraídas mutuamente

conforme a la ley de la Gravitación Universal de Newton. De este modo,

cada partícula de la Tierra en rotación está sometida a la acción de dos

fuerzas: la fuerza de atracción mutua de las partículas y la fuerza

centrífuga, actuando ambas en sentido contrario; de tal suerte que cada

partícula queda sometida a la acción resultante de ambas fuerzas. Dicha

resultante lleva el nombre de fuerza de gravedad.

Isaac Newton (1643 - 1727) fue el primero en descubrir que la

Tierra en rotación, en cada uno de cuyos puntos, actúa la fuerza de

gravedad, debe adquirir la forma de un esferoide o elipsoide de

revolución, achatado en los polos y ensanchado en el ecuador. El grado

de achatamiento dependerá de la velocidad angular; a mayor velocidad

angular, mayor achatamiento en los polos y mayor ensanchamiento en el

ecuador. Si la velocidad angular es igual a cero, es decir, no hay

rotación, entonces el cuerpo adquirirá la forma de esfera.

De la ecuaciones de la Mecánica Celeste, se deduce que al

observarse la desigualdad

0 ,1871<Kw2

2 πρ<0 ,2247

en donde: K = 6,67 x 10-8 cgs es la constante de gravitación terrestre; w -

es la velocidad angular; ρ - es la densidad.

Sólo resultarán estables aquellas figuras que estén comprendidas

dentro de la definición del elipsoide de revolución.

Si K

w2

2 πρ>0 ,2247

, entonces no existen figuras de equilibrio, por que

dichos cuerpos se dispersarán en el espacio cósmico debido a su

excesiva fuerza centrífuga.

Los cálculos efectuados muestran que la Tierra se aproxima a la

figura ideal de equilibrio, en donde, tanto la velocidad angular de rotación

y la densidad corresponden a las que se observan en la realidad. Para

que la fuerza centrífuga en el ecuador resultara igual a la fuerza de

atracción dirigida hacia en centro de la Tierra, es decir, que los objetos

situados en el ecuador empezaran a desligarse de la Tierra y alejarse de

ella, debería girar a una velocidad aproximadamente 16 veces mayor que

la actual, es decir, que cada vuelta debería durar 1 hora con 25 minutos.

En la figura, la recta WOE que pasa por el centro de la Tierra y une

puntos extremos del ecuador, se llama eje ecuatorial mayor del elipsoide

terrestre, la recta NOS es el eje polar.

Las magnitudes a=WOE

2 y b=NOS

2 son los semiejes ecuatorial y

polar del esferoide. Conociendo a y b se pueden determinar la forma y

dimensiones del esferoide terrestre, inclusive el área de la superficie y el

volumen de la Tierra.

La forma exterior del elipsoide de revolución, es decir, la posición

de cualquier punto, cuyas coordenadas sobre la superficie sean x, y, z;

está determinada por la ecuación:

x2+ y2

a2+ z2

b2=1

Si a >b tendremos un esferoide y cuanto mayor sea la diferencia

entre a y b , mayor será su acatamiento a lo largo del eje polar. Si a =b

tendremos una esfera.

La magnitud α=a−b

a caracteriza la forma del esferoide y se llama

achatamiento.

Para determinar los factores numéricos de los elementos del

esferoide terrestre, es decir, a , b y α ; existen dos métodos

fundamentales: el geométrico y el dinámico.

1. Método Geométrico.- Permite determinar a y b , o bien a y α

empleando la longitud de los arcos de los meridianos o de los

paralelos.

2. Método Dinámico.- Está basado en el conocimiento de la

distribución de la gravedad sobre la Tierra. La medición de la fuerza

de gravedad en varios puntos de la Tierra permite obtener el valor

de α , es decir, el acatamiento.

Mediante un análisis detallado de las dimensiones de la Tierra, se

han obtenido los siguientes valores:

a=6378 ,245 Km.

b=6356 ,863 Km.

α= 1298 ,3

Al examinar dichos valores, podemos notar la diferencia entre los

semiejes ecuatorial y polar y vemos que es de aproximadamente 21 Km.

La superficie de la Tierra es aproximadamente igual a 510 millones de

Km2 y su volumen de 1012 Km3. La longitud de un meridiano es igual a

40008,6 Km.; la del ecuador 40075,7 Km. La masa de la Tierra es igual a

6 x 1027 gr.

ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN DE LA CORTEZA TERRESTRE

Para investigar y estudiar la Tierra se apela a diferentes métodos

indirectos que nos permiten desentrañar su estructura y composición, ya

que los métodos directos sólo nos permiten estudiar una capa superficial

muy delgada. Métodos como la sísmica, gravimetría, geoeléctrica,

geomagnética; han permitido penetrar a las regiones mas profundas del

globo terrestre.

Por ejemplo el método sísmico emplea diferentes tipos de ondas

que se propagan por las rocas a determinada velocidad, así tenemos:

a) Ondas longitudinales (P) = 5 - 8 Km/seg.

b) Ondas transversales (S) = 3 - 5 Km/seg.

c) Ondas superficiales (L) = 3 - 4 Km/seg.

Las ondas longitudinales (P) son de compresión y dilatación. Las

ondas transversales (S) son vibraciones de las partículas del suelo.

Examinando la propagación de las ondas (P) a través de la corteza

terrestre veremos que:

La capa I de espesor desconocido se encuentra sobre la capa II,

divididas por una superficie de contacto entre ellas. Es posible determinar

el espesor de la capa I si en el punto A en el momento tA se provoca una

explosión y en el punto B se coloca un sismógrafo a una distanciaΔ . Un

rayo sísmico recorrerá la capa I con una velocidad V1 hacia el punto O

yaciente en la superficie de la capa inferior II (contacto). Dicho rayo se

reflejará retomando hacia arriba al punto B, es decir, que recorrerá la

trayectoria 2l y el sismógrafo registrará el momento de su llegada tB. Por

consiguiente el tiempo invertido por la onda sísmica desde el punto A,

pasando por el punto O, hasta el punto B donde se encuentra el

sismógrafo será:

tB−t A= 2lV 1

Conociendo el tiempo y la velocidad de la onda, es posible

encontrar la altura h, teniendo en cuenta que:

l=√h2+( Δ2 )

2

en donde: Δ - es una distancia conocida, de esta manera se puede

determinar el espesor de la capa I.

En realidad esto resulta ser mas complicado, ya que la corteza

terrestre está constituida por varias capas, las cuales se encuentran

muchas veces plegadas e inclinadas. Por otro lado desde el foco de

explosión no sólo se propagan ondas longitudinales sino también

transversales y superficiales, lo que en el sismograma resulta ser muy

complejo, no obstante en posible su interpretación.

El método gravimétríco consiste en estudiar la gravedad sobre la

superficie terrestre a partir de la aceleración gravitacional que se obtiene

para cualquier punto de la Tierra mediante la ecuación propuesta por F.

Helmert:

g0=978 ,046 (1+0 ,005302⋅sen2 ϕ−0 ,000007⋅sen22ϕ )

en donde ϕ - es la latitud geográfica del punto, g0 - representa el valor

teórico de la aceleración gravitacional medida en el mismo punto.

En realidad la aceleración gravitacional varía de un lugar a otro

debido a las

irregularidades en la distribución de la masa de la corteza terrestre y de

acuerdo a la envoltura geológica.. En porciones de rocas livianas

disminuye con relación al valor teórico. A estas diferencias se les

denomina anomalías gravitacionales. El estudio de éstas nos permite que

el hombre indirectamente pueda determinar la estructura del globo

terrestre. Así tenemos que, la corteza terrestre está constituida por tres

capas fundamentales:

a) Capa sedimentaria.- constituida por rocas de origen

sedimentario y que

generalmente se encuentran en la parte superior. Su espesor

es variable.

b) Capa granítica.- constituida por rocas magmáticas de

composición ácida y cuyo espesor varía, alcanzando a veces

decenas de kilómetros.

c) Capa basáltica.- constituida por rocas de composición básica

como el

basalto. Su mayor espesor lo alcanza en las plataformas

continentales y el menor en el fondo de los océanos.

El conjunto de las tres capas de la corteza terrestre se le denomina

capa siálica o SIAL por su composición se silicio y aluminio. Su espesor

máximo lo alcanza en las zonas montañosas y puede medir desde 50

hasta 70 Km. El menor espesor lo alcanza en el lecho de los océanos,

hasta 10 Km.

A mayor profundidad, por debajo de la capa siálica, se encuentra la

capa denominada SIMA y está constituida por rocas ultra básicas con

mayor contenido de silicio, magnesio y hierro. Esta capa tiene un espesor

de 2900 Km. y constituye lo que llamamos manto. De acuerdo con los

datos geofísicos, en el límite de la corteza terrestre con el manto existe

una superficie de "discontinuidad" de primer orden, llamada

discontinuidad de Mohorovicic, por el nombre del científico que la

descubrió.

El manto es una capa potente que aproximadamente alcanza tos

2900 Km. de profundidad y se divide en manto superior e inferior. El

manto superior se divide en dos capas: la capa de Gutemberg que

alcanza los 410 Km. De profundidad y la capa de Golitsin que se

encuentra entre los 410 y 1000 Km. De profundidad del globo terrestre, A

mayor profundidad, entre los 1000 y 2900 Km. Se encuentra el manto

inferior, en cuya base se observa una discontinuidad de primer orden, la

misma que está considerada como el límite entre el manto y el núcleo de

la Tierra.

El núcleo está compuesto también por dos capas: la envoltura

superior que alcanza la profundidad de 4980 Km. Desde donde empieza

la zona intermedia de discontinuidad que alcanza los 5120 Km.. A partir

de esta última se establece el núcleo interior hasta llegar al centro de la

Tierra.

La existencia de todas estas capas constituye la estructura del

globo terrestre y se han determinado gracias al conjunto de datos

logrados por la Geofísica. La existencia de los límites tales como el piso

del manto siálico y el límite del núcleo, no ofrecen dudas. En cambio,

queda mucho por aclarar aún en lo referente a la composición

mineralógica de la rocas que forman estas capas y su estado

agregacional. Ante todo, no se sabe con exactitud como cambia la

temperatura en el interior de la Tierra y cual es el efecto de la acción

conjunta de las altas temperaturas y las elevadas presiones.

DENSIDAD Y PRESIÓN EN EL INTERIOR DE LA TIERRA

Para Determinar los valores que alcanza en el interior de la Tierra

la presión originada por el peso de las rocas integrantes de las distintas

capas, es preciso conocer la densidad de las rocas en todas las

profundidades y la magnitud de la gravedad, también en todas las

profundidades, incluso en el centro de la Tierra.

La densidad de tas rocas crece con la profundidad. Así tenemos

que de un promedio de 2,5 gr/cm3 sobre la superficie, la densidad llega a

3,4 gr/cm3 a una profundidad de 100 Km. aproximadamente; y a 5,6

gr/cm3 al nivel de los 2900 Km., es decir, en el límite entre el núcleo y el

manto. Luego se observa que la densidad va bruscamente en aumento

hasta 9,7 gr/cm3, para a continuación aumentar paulatinamente hasta

13,0 gr/cm3.

En cuanto a la gravedad o aceleración gravitacional disminuiría

uniformemente desde la superficie hacia el centro si la Tierra estuviera

constituida por rocas de un mismo peso específico. Pero, como el núcleo

es mas denso que las partes externas, la aceleración gravitacional

alcanza su valor máximo cerca del límite del núcleo; y sólo mas allá de

ese límite empieza a disminuir, llegando a cero en el centro de la Tierra.

Tal es así, que teniendo los datos de la densidad y gravedad a distintas

profundidades, se puede calcular la presión ejercida por la rocas

suprayacentes sobre una unidad de superficie en el interior de la Tierra.

Así tenemos que a 50 Km. de profundidad, alcanza 13000 Atm.; en el

límite del núcleo con el manto 1,3 millones de Atm.; en el centro de la

Tierra 3,5 - 4,0 millones de Atm.

TEMPERATURA EN EL INTERIOR DE LA TIERRA

Por tos datos obtenidas en las perforaciones diamantinas, se ha

determinado que con la profundidad, al temperatura crece a razón de 3

°C por cada 100 metros. En base a estas mediciones, se ha introducido

la noción de gradiente geotérmico, que es la variación de la temperatura en

grados por la unidad de longitud.

El gradiente geotérmico varía de un lugar a otro, de acuerdo con

las condiciones geológicas y físico geográficas. Pero se ha establecido

que el gradiente geotérmico se mantiene hasta los 15 - 20 Km. de

profundidad. Mas abajo la temperatura aumenta mas lentamente hasta

llegar a la base de la capa siálica en donde la temperatura alcanza

alrededor de 900 a 1000 °C. A una profundidad de 100 Km., la

temperatura quizás llegue a los 1350 °C, mientras que si persistiera el

gradiente geotérmico, válido para la superficie, a esta misma profundidad

alcanzaría los 3000 °C.

COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA TIERRA

Entre Las rocas que afloran en la superficie terrestre, predominan

las de origen sedimentario. A medida que la profundidad crece, la

importancia de las rocas magmáticas es mayor, alcanzando el 95 % de la

composición de la corteza terrestre. Se ha calculado que la composición

química de la corteza terrestre está conformada por ocho elementos que

constituyen el 97 %. Así tenemos: O = 47 %; Si = 27 %; Al = 8,05 %; Fe

= 4,65 %; Ca = 2,96 %; Na = 2,5 %; K = 2,5 % y Mg = 1,87 %. En tanto

que al resto de los elementos les corresponde tan sólo un 3 % de la

masa de la corteza terrestre.

Para determinar la composición química de la globo terrestre ha

sido necesario tomar en cuenta el conocimiento que se tiene de los

meteoritos que han caído sobre la Tierra en distintas partes y épocas.

Los meteoritos en su mayoría son pétreos. Los meteoritos metálicos

contienen 91 % de Fe, 8 % de Ni y 1 % de P. Los meteoritos pétreos son

muy similares en su composición a las rocas ultrabásicas como las

peridotitas y dunitas.

Partiendo de los datos proporcionados por los meteoritos y

teniendo en cuenta que la composición química de los demás planetas

varía muy poco, se ha llegado a la conclusión que la composición

química del globo terrestre, en un 99 % está constituido por ocho

elementos y tan sólo el 1 % le corresponde al resto de los elementos de

la Tabla Periódica. Así tenemos que, según Clarke: Fe - 67,2%; O - 12,3

%; Si - 7,0 %; Mg - 2,1 %; Ni - 6,0%; Ca - 1,1%; S - 1,0% y Al – 1,9%.