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La geología es la ciencia natural que estudia la composición y estructura tant y más Apuntes en PDF de Geología solo en Docsity!
C A P Í T U L O 1
Introducción
a la Geología
La Geología
La Geología, el hombre y el medio ambiente
Algunas reseñas históricas acerca de la
Geología
Tiempo geológico
La datación relativa y la escala de tiempo
geológico
La magnitud del tiempo geológico
Naturaleza de la investigación
científica
Hipótesis
Teoría
El método científico
La tectónica de placas y la investigación
científica
Una visión de la Tierra
Hidrosfera
Atmósfera
Biosfera
Tierra sólida
La Tierra como un sistema
La ciencia del sistema Tierra
El sistema Tierra
Evolución temprana de la Tierra
El origen del planeta Tierra
Formación de la estructura en capas de la
Tierra
Estructura interna de la Tierra
Capas definidas por su composición
Capas definidas por sus propiedades físicas
¿Cómo sabemos lo que sabemos?
La superficie de la Tierra
Principales características de los continentes
Principales características del fondo oceánico
Las rocas y el ciclo de las rocas
Tipos de rocas básicos
El ciclo de las rocas: uno de los subsistemas
de la Tierra
L
a espectacular erupción de un volcán, el terror causa- do por un terremoto, el espléndido escenario de un valle de montaña y la destrucción causada por una avalancha son temas de estudio para el geólogo. El estudio de la Geología aborda muchas cuestiones fascinantes y prác- ticas sobre nuestro entorno. ¿Qué fuerzas producen las mon- tañas?, ¿habrá pronto otro gran terremoto en California?, ¿cómo fue el período glacial?, ¿habrá otro?, ¿cómo se for- maron estos yacimientos?, ¿deberíamos buscar agua aquí?, ¿es útil la explotación a cielo abierto en esta zona?, ¿se en- contrará petróleo si se perfora un pozo en este lugar?
La Geología
El tema de este libro es la geología, del griego geo, «Tie- rra», y logos, «discurso». Es la ciencia que persigue la comprensión del planeta Tierra. La ciencia de la Geolo- gía se ha dividido tradicionalmente en dos amplias áreas: la física y la histórica. La Geología física, sobre la que trata este libro, estudia los materiales que componen la tierra y busca comprender los diferentes procesos que ac- túan debajo y encima de la superficie terrestre. El objeti- vo de la Geología histórica es comprender el origen de la Tierra y su evolución a lo largo del tiempo. Por tanto, procurar ordenar cronológicamente los múltiples cam- bios físicos y biológicos que han ocurrido en el pasado geológico. El estudio de la Geología física precede lógi- camente al estudio de la historia de la Tierra, porque, an- tes de intentar revelar su pasado, debemos comprender primero cómo funciona la Tierra. Entender la tierra constituye un reto, porque nues- tro planeta es un cuerpo dinámico con muchas partes que interaccionan y una historia larga y compleja. En el transcurso de su larga existencia, la Tierra ha ido cam- biando. De hecho, está cambiando mientras lee esta pági- na y continuará haciéndolo en un futuro previsible. Algu- nas veces los cambios son rápidos y violentos, como cuando se producen deslizamientos o erupciones volcáni- cas. A menudo, los cambios tienen lugar de una manera tan lenta que no se aprecian durante toda una vida. Las escalas de tamaño y espacio también varían mucho entre los fenómenos que los geólogos estudian. Algunas veces éstos deben concentrarse en fenómenos submicroscópi- cos, mientras que en otras ocasiones deben tratar con ca- racterísticas de escala continental o global. La Geología se percibe como una ciencia que se re- aliza en el exterior, lo cual es correcto. Una gran parte de la Geología se basa en observaciones y experimentos lle- vados a cabo en el campo. Pero la Geología también se realiza en el laboratorio donde, por ejemplo, el estudio de varios materiales terrestres permite comprender mu- chos procesos básicos. Con frecuencia, la Geología re-
quiere una comprensión y una aplicación del conoci- miento y los principios de la Física, la Química y la Bio- logía. La Geología es una ciencia que pretende ampliar nuestro conocimiento del mundo natural y del lugar que ocupamos en él.
La Geología, el hombre
y el medio ambiente
El objetivo principal de este libro es desarrollar una com- prensión de los principios geológicos básicos, pero a lo largo del texto exploraremos numerosas relaciones im- portantes entre la humanidad y el entorno natural. Mu- chos de los problemas y cuestiones tratados por la Geo- logía tienen un valor práctico para las personas. Los riesgos naturales son parte de la vida en la Tie- rra. Cada día afectan de forma adversa literalmente a mi- llones de personas en todo el mundo y son responsables de daños asombrosos. Entre los procesos terrestres peligrosos estudiados por los geólogos, se cuentan los volcanes, las in- undaciones, los terremotos y los deslizamientos. Por su- puesto, los riesgos geológicos son simplemente procesos naturales. Sólo se vuelven peligrosos cuando las personas intentan vivir donde estos procesos suceden (Figura 1.1). Los recursos representan otro importante foco de la Geología, que es de gran valor práctico para las perso- nas. Estos recursos son el agua y el suelo, una gran varie- dad de minerales metálicos y no metálicos, y la energía. En conjunto, forman la verdadera base de la civilización moderna. La Geología aborda no sólo la formación y la existencia de estos recursos vitales, sino también el man- tenimiento de sus existencias y el impacto ambiental de su extracción y su uso. El rápido crecimiento de la población mundial y las aspiraciones de todos a un mejor modo de vida están complicando todas las cuestiones ambientales. Cada año la población terrestre aumenta en cien millones de per- sonas, lo cual significa una demanda cada vez mayor de recursos y una presión creciente para que las personas habiten en ambientes con peligros geológicos significa- tivos. No sólo los procesos geológicos tienen un impacto sobre las personas, sino que nosotros, los seres humanos, podemos influir de forma notable en los procesos geo- lógicos también. Por ejemplo, las crecidas de los ríos son algo natural, pero las actividades humanas, como aclara- miento de bosques, construcción de ciudades y construc- ción de embalses, pueden cambiar su magnitud y fre- cuencia. Por desgracia, los sistemas naturales no se ajustan siempre a los cambios artificiales de maneras que podamos prever. Así, una alteración en el medio ambiente que se preveía beneficiosa para la sociedad a menudo tiene el efecto opuesto.
2 C A P Í T U L O 1 Introducción a la Geología
Que la Tierra había sufrido grandes y extraordina- rios cambios durante su oscuro pasado era clara- mente evidente para cualquier ojo inquisitivo; pero concentrar esos cambios en unos pocos y breves milenios precisaba una filosofía hecha a medida, una filosofía cuya base era el cambio súbito y vio- lento*.
Nacimiento de la Geología moderna. La Geología mo- derna se inició en los años finales del siglo XVII, cuando James Hutton, médico y terrateniente escocés, publicó su Theory of the Earth (Teoría de la Tierra). En su trabajo, Hutton estableció un principio que constituye el pilar de la Geología actual: el uniformismo. Establece simple- mente que las leyes físicas, químicas y biológicas que actúan hoy, lo han hecho también en el pasado geológico. Esto signifi- ca que las fuerzas y los procesos que en la actualidad ob- servamos que dan forma a nuestro planeta actuaron tam- bién en el pasado. Por tanto, para comprender las rocas antiguas, debemos entender primero los procesos pe- trogenéticos y sus resultados en la actualidad. Esta idea suele expresarse diciendo que «el presente es la clave del pasado». Antes de la Theory of the Earth de Hutton, nadie ha- bía demostrado de manera eficaz que los procesos geoló- gicos se producían a lo largo de períodos extremadamen- te largos. Sin embargo, Hutton sostuvo con persuasión que fuerzas que parecen pequeñas producen, a lo largo de lapsos prolongados de tiempo, efectos exactamente igual de grandes que los derivados de acontecimientos catas- tróficos súbitos. A diferencia de sus predecesores, Hut- ton citó con sumo cuidado observaciones verificables para apoyar sus ideas. Por ejemplo, cuando sostenía que las montañas eran esculpidas y, en última instancia, destruidas por la meteo- rización y la acción de las aguas superficiales, y que sus res- tos eran llevados a los océanos por procesos observables, Hutton dice: «Tenemos una cadena de hechos que de- muestran claramente (…) que los materiales de las monta- ñas destruidas han viajado a través de los ríos»; y además: «No hay un solo paso en toda esta sucesión de aconteci- mientos (…) que no se perciba en la actualidad». Pasó a continuación a resumir este pensamiento planteando una pregunta y proporcionando inmediatamente la respuesta. «¿Qué más podemos necesitar? Nada, salvo tiempo.» En nuestros días, los principios básicos del unifor- mismo son tan viables como en época de Hutton. De he- cho, nos damos cuenta con más fuerza que nunca de que el presente nos permite una percepción del pasado y que las leyes físicas, químicas y biológicas que gobiernan los pro-
cesos geológicos se mantienen invariables a lo largo del tiempo. Sin embargo, también entendemos que esta doc- trina no debería tomarse demasiado al pie de la letra. Cuando se dice que en el pasado los procesos geológicos fueron los mismos que los que operan en la actualidad no se pretende sugerir que tuvieran siempre la misma impor- tancia relativa o que actuaran precisamente a la misma ve- locidad. Además, algunos procesos geológicos importan- tes no pueden observarse en la actualidad, pero hay pruebas fehacientes de que suceden. Por ejemplo, sabemos que la Tierra ha sufrido impactos de grandes meteoritos aunque no haya testigos humanos. Acontecimientos como estos alteraron la corteza de la Tierra, modificaron su cli- ma e influyeron enormemente en la vida sobre el planeta. La aceptación del uniformismo significó la acepta- ción de una historia muy larga para la Tierra. Aunque la intensidad de los procesos terrestres varía, estos siguen tardando mucho en crear y destruir los principales acci- dentes geográficos del paisaje. Por ejemplo, los geólogos han llegado a la conclu- sión de que en el pasado existieron montañas en zonas de las actuales Minnesota, Wisconsin y Michigan. En la ac- tualidad, la región consiste en colinas bajas y llanuras. La erosión (proceso que desgasta la Tierra) destruyó de for- ma gradual esos picos. Los cálculos indican que el conti- nente norteamericano está siendo rebajado a un ritmo de unos 3 centímetros cada 1.000 años. A este ritmo, el agua, el viento y el hielo tardarían 100 millones de años en re- bajar unas montañas cuya altitud fuera de 3.000 metros. Pero incluso este lapso de tiempo es relativamente pequeño en la escala temporal de la historia de la Tierra; el registro rocoso contiene pruebas de que la Tierra ha ex- perimentado muchos ciclos de formación y erosión de montañas. En lo referente a la naturaleza en continuo cambio de la Tierra a través de grandes períodos de tiem- po, Hutton hizo una afirmación que se convertiría en una cita clásica. En la conclusión de su famoso artículo publi- cado en 1788 en las Transactions of the Royal Society of Edin- burgh, afirmó: «Por consiguiente, el resultado de nuestra presente investigación es que no encontramos vestigios de un principio; ni perspectivas de un fin». Una cita de Wi- lliam L. Stokes resume la importancia del concepto bási- co de Hutton: En el sentido de que el uniformismo requiere la ac- tuación de leyes o principios intemporales e inva- riables, podemos decir que nada de nuestro conoci- miento, incompleto, pero extenso, discrepa de él †. En los capítulos siguientes examinaremos los mate- riales que componen nuestro planeta y los procesos que
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- H. E. Brown, V. E. Monnett y J. W. Stovall, Introduction to Geology (Nueva York: Blaisdell, 1958).
† (^) Essentials of Earth History (Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice Hall, 1966), pág. 34.
lo modifican. Es importante recordar que, si bien mu- chos rasgos de los paisajes de nuestro entorno parecen no cambiar durante los decenios que nosotros los observa- mos, sin embargo, sí están cambiando, pero a escalas temporales del orden de centenares, millares o incluso muchos millones de años.
Tiempo geológico
Aunque Hutton y otros reconocieron que el tiempo geo- lógico es extremadamente largo, no tuvieron métodos para determinar con precisión la edad de la Tierra. Sin embargo, en 1896 se descubrió la radiactividad. La utili- zación de la radiactividad para datación se intentó por primera vez en 1905 y se ha perfeccionado desde enton- ces. Los geólogos pueden ahora asignar fechas bastante exactas a acontecimientos de la historia de la Tierra*. Por ejemplo, sabemos que los dinosaurios se extinguieron hace alrededor de 65 millones de años. En la actualidad se sitúa la edad de la Tierra en unos 4.500 millones de años.
La datación relativa y la escala de tiempo
geológico
Durante el siglo XIX , mucho antes del advenimiento de la datación radiométrica, se desarrolló una escala de tiempo geológico utilizando los principios de la datación relati- va. Datación relativa significa que los acontecimientos se colocan en su secuencia u orden apropiados sin cono- cer su edad en años. Esto se hace aplicando principios como la ley de superposición ( super sobre, positum situar), que establece que en las capas de rocas sedimen- tarias o de coladas de lava, la capa más joven se encuen- tra en la parte superior y la más antigua, en la inferior (en el supuesto de que nada haya volcado las capas, lo cual a veces sucede). El Gran Cañón de Arizona proporciona un buen ejemplo, en el que las rocas más antiguas se si- túan en el interior del desfiladero y las rocas más jóvenes se hallan en el borde. Así, la ley de superposición esta- blece el orden de las capas de roca (pero no, por supues- to, sus edades numéricas). En nuestros días, esta propo- sición parece elemental, pero hace 300 años, significó un gran avance en el razonamiento científico al establecer una base racional para las determinaciones del tiempo relativo. Los fósiles, restos o impresiones de vida prehistóri- ca, fueron también esenciales para el desarrollo de la es- cala de tiempo geológico. Los fósiles son la base del principio de sucesión biótica, que establece que los or-
ganismos fósiles se sucedieron unos a otros en un orden definido y determinable, y, por tanto, cualquier período geológico puede reconocerse por su contenido en fósiles. Este principio se desa- rrolló con gran laboriosidad durante decenios recogien- do fósiles de incontables capas de rocas por todo el mun- do. Una vez establecido, este principio permitió a los geólogos identificar rocas de la misma edad en lugares completamente separados y construir la escala de tiempo geológico mostrada en la Figura 1.2. Obsérvese que las unidades en que se divide el tiem- po geológico no comprenden necesariamente el mismo número de años. Por ejemplo, el período Cámbrico duró unos 50 millones de años, mientras que el Silúrico abarcó sólo 26 millones. Como destacaremos de nuevo en el Ca- pítulo 9, esta situación existe porque la base para el esta- blecimiento de la escala de tiempo no fue el ritmo regular de un reloj, sino el carácter variable de las formas de vida a lo largo del tiempo. Las fechas absolutas se añadieron mucho después del establecimiento de la escala temporal. Un vistazo a la Figura 1.2 revela también que el eón fane- rozoico se divide en muchas más unidades que los eones anteriores aun cuando abarque sólo alrededor del 12 por ciento de la historia de la Tierra. El escaso registro fósil de esos primeros eones es la principal razón de la falta de de- talle en esta porción de la escala. Sin fósiles abundantes, los geólogos pierden su principal herramienta para subdi- vidir el tiempo geológico.
La magnitud del tiempo geológico
El concepto de tiempo geológico es nuevo para muchos no geólogos. Las personas estamos acostumbradas a tra- tar con incrementos de tiempo que se miden en horas, días, semanas y años. Nuestros libros de Historia suelen examinar acontecimientos que transcurren a lo largo de siglos; ahora bien incluso un siglo es difícil de apreciar por completo. Para la mayoría de nosotros, algo o al- guien que tenga 90 años es muy viejo, y un artefacto de 1.000 años es antiguo. Por el contrario, quienes estudian la Geología de- ben tratar a diario con enormes períodos temporales: mi- llones o miles de millones de años. Cuando se contempla en el contexto de 4.500 millones de años de antigüedad de la Tierra, un acontecimiento geológico que ocurrió hace 10 millones de años puede ser calificado de «recien- te» por un geólogo, y una muestra de roca que haya sido fechada en 10 millones de años puede denominarse «joven». En el estudio de la Geología, es importante la apre- ciación de la magnitud del tiempo geológico, porque muchos procesos son tan graduales que se necesitan enormes lapsos de tiempo antes de que se produzcan resultados significativos.
Tiempo geológico 5
- En el Capítulo 9 hay una discusión más completa sobre esta cuestión.
¿Qué representan 4.500 millones de años? Si em- pezáramos a contar a un ritmo de un número por segun- do y continuáramos 24 horas al día, siete días a la semana y nunca paráramos, ¡tardaríamos aproximadamente dos vidas (150 años) en alcanzar los 4.500 millones! Otra in- teresante base de comparación es la siguiente:
Comprimamos, por ejemplo, los 4.500 millones de años de tiempo geológico en un solo año. A esa es- cala, las rocas más antiguas que conocemos tienen fecha de mediados de marzo. Los seres vivos apa- recieron en el mar por primera vez en mayo. Las plantas y los animales terrestres emergieron a fi- nales de noviembre y las amplias ciénagas que for- maron los depósitos de carbón florecieron aproxi- madamente durante cuatro días a principios de diciembre. Los dinosaurios dominaron la Tierra a mediados de diciembre, pero desaparecieron el día 26, más o menos a la vez que se levantaron por pri- mera vez las Montañas Rocosas. Criaturas de as- pecto humano aparecieron en algún momento de la tarde del 31 de diciembre y los casquetes polares más recientes empezaron a retroceder desde el área de los Grandes Lagos y el norte de Europa alrede- dor de 1 minuto y 15 segundos antes de la media no- che del 31. Roma gobernó el mundo occidental du- rante cinco segundos, desde las 11 h 59,45 hasta las 11 h 59,50. Colón descubrió América tres segundos antes de la medianoche, y la ciencia de la Geología nació con los escritos de James Hutton pasado un poco el último segundo del final de nuestro memo- rable año*. Lo anterior no es más que una de las muchas analo- gías que se han concebido en un intento por comunicar la magnitud del tiempo geológico. Aunque útiles, todas ellas, por muy inteligentes que sean, sólo empiezan a ayudarnos a comprender la vasta extensión de la historia de la Tierra.
Naturaleza
de la investigación científica
Toda la ciencia se basa en la suposición de que el mundo natural se comporta de una manera constante y predeci- ble que puede comprenderse mediante el estudio atento y sistemático. El objetivo general de la ciencia es descu- brir los modelos subyacentes en la naturaleza y luego uti- lizar ese conocimiento para hacer predicciones sobre lo que cabría o no cabría esperar que ocurriera dados cier-
tos hechos y circunstancias. Por ejemplo, sabiendo cómo se forman los depósitos de petróleo, los geólogos pueden predecir los sitios más favorables para la exploración y, quizá igual de importante, cómo evitar las regiones con escaso o nulo potencial. El desarrollo de nuevos conocimientos científicos implica algunos procesos lógicos básicos que son univer- salmente aceptados. Para determinar qué está ocurriendo en el mundo natural, los científicos recogen «datos» científicos a través de la observación y la medida. Como el error es inevitable, la exactitud de una medida o una observación particulares es siempre cuestionable. No obstante, esos datos son esenciales para la ciencia y sirven como trampolín para el desarrollo de las teorías científi- cas ( véase Recuadro 1.1).
Hipótesis
Una vez recogidos los datos y formulados los principios que describen un fenómeno natural, los investigadores intentan explicar cómo o por qué las cosas suceden de la manera observada. Lo hacen elaborando una explicación provisional (o no probada), que denominamos una hipó- tesis científica o modelo. (El término modelo, aunque a menudo se utiliza como sinónimo de hipótesis, es un tér- mino menos preciso, ya que también se emplea a veces para describir una teoría científica.) Es mejor que un in- vestigador pueda formular más de una hipótesis para ex- plicar un conjunto determinado de observaciones. Si un solo investigador no puede idear múltiples modelos, los otros miembros de la comunidad científica desarrollarán casi siempre explicaciones alternativas. Con frecuencia, a todo ello le sigue un debate encendido. Como conse- cuencia, quienes proponen modelos opuestos llevan a cabo una investigación extensa y los resultados se ponen a disposición del resto de la comunidad científica a través de las publicaciones científicas. Antes de que una hipótesis sea aceptada como parte del conocimiento científico, debe someterse a pruebas y análisis objetivos. (Si una hipótesis no puede probarse, no es científicamente útil, por muy interesante que pueda pa- recer.) El proceso de verificación requiere que las prediccio- nes se hagan según el modelo que se esté considerando y que las predicciones se prueben comparándolas con ob- servaciones objetivas de la naturaleza. En otras palabras, las hipótesis deben poder aplicarse a observaciones distin- tas de las utilizadas para formularlas en primer lugar. A la larga, las hipótesis que suspenden esta prueba se descar- tan. La historia de la ciencia está repleta de hipótesis des- cartadas. Una de las mejor conocidas es la idea de que la Tierra era el centro del universo, una propuesta que se sustentaba en el aparente movimiento diario del Sol, la Luna y las estrellas alrededor de la Tierra. Como afirmó con tanta habilidad el matemático Jacob Bronowski: «La
Naturaleza de la investigación científica 7
- Don L. Eicher, Geologic Time , segunda edición (Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice Hall, 1978), págs. 18-19. Reimpreso con permiso.
Recuadro 1.1 Entender la Tierra
El estudio de la Tierra desde el espacio
▲
ciencia es muchas cosas, pero al final todos vuelven a esto: la ciencia es la aceptación de lo que funciona y el rechazo de lo que no lo hace».
Teoría
Cuando ha sobrevivido a una comprobación intensiva y cuando se han eliminado los modelos competidores, una hipótesis puede ser elevada al estatus de teoría científica. En el lenguaje cotidiano solemos decir «eso es sólo una teoría». Pero una teoría científica es una visión bien comprobada y ampliamente aceptada que, en opinión de la comunidad científica, es la que mejor explica ciertos hechos observables. Las teorías muy documentadas se sostienen con un elevado grado de confianza. Las teorías de esta talla con un gran alcance tienen un estatus especial. Se denominan paradigmas, porque explican una gran cantidad de as- pectos interrelacionados del mundo natural. Por ejem-
plo, la teoría de la tectónica de placas es un paradigma de las ciencias geológicas que proporciona un marco para la comprensión del origen de las montañas, los terremotos y la actividad volcánica. Además, la tectónica de placas explica la evolución de los continentes y las cuencas oce- ánicas a lo largo del tiempo (tema que consideraremos más adelante en este capítulo).
El método científico
El proceso que se acaba de describir, en el cual los inves- tigadores recogen datos a través de observaciones y for- mulan hipótesis y teorías científicas, se denomina método científico. Al contrario de la creencia popular, el método científico no es una receta estándar que los científicos aplican de una manera rutinaria para desenmarañar los secretos de nuestro mundo natural. Antes bien, es una empresa que implica creatividad e intuición. Rutherford y Ahlgren lo expresaron de esta forma: «Inventar hipóte-
8 C A P Í T U L O 1 Introducción a la Geología
Los datos científicos se recogen de mu- chas maneras, como en los estudios de la- boratorios y en las observaciones y medi- ciones de campo. Las imágenes de satélite como la que muestra la Figura 1.A son otra fuente de datos útil. Estas imágenes proporcionan perspectivas difíciles de ob- tener mediante otras fuentes más tradi- cionales. Además, los instrumentos de alta tecnología instalados a bordo de muchos satélites permiten a los científicos recoger información de regiones remotas cuyos datos serían escasos de otro modo. En la imagen de la Figura 1.A se ha empleado el Radiómetro Espacial de Emisión y Reflexión Térmica Avanzado (ASTER). Puesto que los distintos mate- riales reflejan y emiten la energía de ma- neras diferentes, ASTER puede propor- cionar información detallada sobre la composición de la superficie de la Tierra. La Figura 1.A es una imagen tridimen- sional enfocada hacia el norte del Valle de la Muerte, en California. Los datos han sido realzados por computador para exagerar las variaciones de color que des- tacan las diferencias en los tipos de mate- riales de la superficie. Los depósitos de sal del fondo del Va- lle de la Muerte aparecen como sombras
amarillas, verdes, moradas y rosas, indi- cando la presencia de carbonatos, sulfatos y cloruros. Las Montañas Panamint al oeste (izquierda) y las Montañas Black al este están formadas por calizas, areniscas y lutitas sedimentarias, y rocas metamór-
ficas. En las zonas de color rojo brillante domina el cuarzo, que se encuentra en la arenisca; las zonas de color verde son cali- zas. En la parte central inferior de la ima- gen aparece Badwater, el punto más bajo de Norteamérica.
▲ Figura 1.A Esta imagen de satélite muestra información detallada sobre la composición de los materiales de la superficie en el Valle de la Muerte, California. Se realizó superponiendo los datos del infrarrojo térmico nocturno, adquiridos el 7 de abril de 2000, a los datos topográficos del Servicio Geológico de los Estados Unidos. (Imagen cortesía de la NASA.)
Una imagen como ésta nos recuerda que la Tierra es, después de todo, un planeta pequeño, autónomo y, de al- gún modo, incluso frágil. A medida que nos acercamos a nuestro planeta desde el espacio, se pone de manifiesto que la Tierra es mucho más que roca y suelo. De hecho, los rasgos más llamativos no son los continentes, sino las nubes turbu- lentas suspendidas encima de la superficie y el enorme océano global. Estas características subrayan la impor- tancia del aire y el agua en nuestro planeta.
La visión cercana de la Tierra desde el espacio nos ayuda a apreciar por qué el medio físico se divide tradi- cionalmente en tres partes principales: la porción de agua de nuestro planeta, la hidrosfera; el envoltorio ga- seoso de la Tierra, la atmósfera; y, por supuesto, la Tie- rra sólida. Debe destacarse que nuestro medio ambiente está muy integrado. No está dominado únicamente por rocas, agua o aire. En cambio, se caracteriza por interacciones continuas entre ellas a medida que el aire entra en con-
10 C A P Í T U L O 1 Introducción a la Geología
El estudio de los glaciares proporciona una temprana aplicación del método cien- tífico. En las zonas altas de los Alpes sui- zos y franceses existen pequeños glaciares en las zonas superiores de algunos valles. A finales del siglo XVIII y principios del XIX, los agricultores y ganaderos de esos valles sugerían que los glaciares de los tre- chos más elevados de los valles habían sido antiguamente mucho mayores y ocupado las zonas bajas del valle. Basaban su expli- cación en el hecho de que en el suelo de los valles se encontraban cantos angulosos y otros derrubios rocosos dispersos que parecían idénticos a los materiales que po- dían ver en los glaciares y cerca de ellos en las cabeceras de los valles. Aunque la explicación para estas ob- servaciones parecía lógica, otros no acep- taban la idea de que masas de hielo de centenares de metros de grosor fueran capaces de moverse. El desacuerdo se resolvió al diseñarse y llevarse a cabo un experimento sencillo para comprobar la hipótesis de que el hielo del glaciar po- día moverse. Se colocaron marcadores en línea recta atravesando por completo un gla- ciar alpino, y la posición de la línea se se- ñaló en las paredes del valle de manera que, si el hielo se movía, pudiera detec- tarse el cambio de posición. Después de un año o dos, los resultados eran claros: los marcadores colocados en el glaciar habían descendido por el valle, demos- trando que el hielo glaciar se mueve. Además, el experimento demostró que, dentro de un glaciar, el hielo no se mue- ve a una velocidad uniforme, porque los marcadores del centro avanzaban más
deprisa que los que había a lo largo de los márgenes. Aunque la mayor parte de los glaciares se mueve demasiado despacio para una detección visual directa, el ex- perimento demostró de manera satisfac- toria que se produce movimiento. En los años siguientes se repitió muchas veces este experimento utilizando técnicas de vigilancia más modernas y precisas. Cada vez, se verificaron las relaciones básicas establecidas por los primeros intentos. El experimento ilustrado en la Figu- ra 1.B se llevó a cabo en el glaciar Rhone
suizo a finales del siglo XIX. No sólo per- mitió trazar el movimiento de los mar- cadores dentro del hielo, sino también cartografiar la posición del frente del glaciar. Obsérvese que, aun cuando el hielo situado dentro del glaciar estuvie- ra avanzando, el frente de hielo estaba retrocediendo. Como suele ocurrir en ciencia, las observaciones y los experi- mentos diseñados para comprobar una hipótesis proporcionan nueva informa- ción que precisa análisis y explicación ul- teriores.
Frente del glaciar en 1874
Frente en 1878
Frente en 1882
Posición original de las estacas 1874
Posición de las estacas en 1878 Posición de las estacas en 1882
▲ Figura 1.B Movimiento del hielo y cambios en el frente del glaciar Rhone, Suiza. En este estudio clásico de un glaciar de valle, el movimiento de las estacas demostró claramente que el hielo se mueve más despacio a lo largo de los lados del glaciar. Obsérvese también que, aun cuando el frente de hielo estaba retrocediendo, el hielo dentro del glaciar seguía avanzando.
Recuadro 1.2 Entender la Tierra
¿Se mueven los glaciares? Una aplicación del método científico
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tacto con las rocas, las rocas con el agua y el agua con el aire. Además, la biosfera, que constituye la totalidad de vida vegetal y animal sobre nuestro planeta, interacciona con cada uno de los tres reinos físicos y es una parte igualmente integrada del planeta. Así, se puede pensar que la Tierra está formada por cuatro esferas principales: la hidrosfera, la atmósfera, la Tierra sólida y la biosfera. Las interacciones entre las cuatro esferas de la Tie- rra son incalculables. La línea de costa es un lugar obvio de encuentro entre las rocas, el agua y el aire. Las olas oceánicas, que se forman por el arrastre de aire que se mueve sobre el mar, se rompen contra la costa rocosa. La fuerza del agua puede ser poderosa y el trabajo de erosión que se lleva a cabo, importante.
Hidrosfera
A la Tierra se le llama a veces el planeta azul. El agua, más que cualquier otra cosa, hace que la Tierra sea única. La hi- drosfera es una masa de agua dinámica que está en movi- miento continuo, evaporándose de los océanos a la atmós- fera, precipitándose sobre la Tierra y volviendo de nuevo al océano por medio de los ríos. El océano global es, por supuesto, el rasgo más destacado de la hidrosfera: cubre casi el 71 por ciento de la superficie terrestre hasta una pro- fundidad media de unos 3.800 metros y representa alrede- dor del 97 por ciento del agua de la Tierra. Sin embargo, la hidrosfera incluye también el agua dulce que se en- cuentra en los torrentes, lagos y glaciares. Además, el agua es un componente importante de todos los seres vivos. Aunque estas últimas fuentes constituyen tan sólo una diminuta fracción del total, son mucho más impor- tantes de lo que indica su escaso porcentaje. Además de proporcionar el agua dulce, tan vital para la vida en la Tierra, los torrentes, glaciares y aguas subterráneas son responsables de esculpir y crear muchos de los variados paisajes de nuestro planeta.
Atmósfera
La Tierra está rodeada de una capa gaseosa denominada atmósfera. En comparación con la Tierra sólida, la at- mósfera es delgada y tenue. La mitad se encuentra por de- bajo de una altitud de 5,6 kilómetros y el 90 por ciento ocu- pa una franja de tan sólo 16 kilómetros desde la superficie de la tierra. En comparación, el radio de la Tierra sólida (distancia desde la superficie hasta el centro) es de unos 6.400 kilómetros. A pesar de sus modestas dimensiones, este delgado manto de aire es una parte integral del planeta. No sólo proporciona el aire que respiramos, sino que también nos protege del intenso calor solar y de las peligrosas ra- diaciones ultravioletas. Los intercambios de energía que se producen de manera continua entre la atmósfera y la su- perficie de la Tierra y entre la atmósfera y el espacio, pro- ducen los efectos que denominamos tiempo y clima.
Si, como la Luna, la Tierra no tuviera atmósfera, nuestro planeta no sólo carecería de vida, sino que, además, no actuarían muchos de los procesos e interacciones que hacen de la superficie un lugar tan dinámico. Sin la meteo- rización y la erosión, la faz de nuestro planeta se parecería mucho a la superficie lunar, que no ha cambiado aprecia- blemente en casi tres mil millones de años de historia.
Biosfera
La biosfera incluye toda la vida en la Tierra. Está con- centrada cerca de la superficie en una zona que se extien- de desde el suelo oceánico hasta varios kilómetros de la atmósfera. Las plantas y los animales dependen del me- dio ambiente físico para los procesos básicos de la vida. Sin embargo, los organismos hacen algo más que respon- der a su medio ambiente físico. A través de incontables interacciones, las formas de vida ayudan a mantener su medio y lo alteran. Sin la vida, la constitución y la natu- raleza de la Tierra sólida, la hidrosfera y la atmósfera se- rían muy diferentes.
Tierra sólida
Debajo de la atmósfera y los océanos se encuentra la Tierra sólida. Gran parte de nuestro estudio de la Tie- rra sólida se concentra en los accidentes geográficos superficiales más accesibles. Por fortuna, muchos de es- tos accidentes representan las expresiones externas del comportamiento dinámico de los materiales que se en- cuentran debajo de la superficie. Examinando los rasgos superficiales más destacados y su extensión global, po- demos obtener pistas para explicar los procesos diná- micos que han conformado nuestro planeta. Un primer vistazo a la estructura del interior de la Tierra y a las principales estructuras de la superficie de la Tierra sóli- da se presentará más adelante en este capítulo.
La Tierra como un sistema
Cualquiera que estudie la Tierra aprende pronto que nuestro planeta es un cuerpo dinámico con muchas par- tes o esferas separadas pero interactuantes. La hidrosfera, la atmósfera, la biosfera, la Tierra sólida y todos sus com- ponentes pueden estudiarse por separado. Sin embargo, las partes no están aisladas. Cada una se relaciona de al- guna manera con las otras para producir un todo comple- jo y continuamente interactuante que denominamos sis- tema Tierra.
La ciencia del sistema Tierra
Un ejemplo sencillo de las interacciones entre distintas partes del sistema Tierra tiene lugar cada invierno, cuando la humedad se evapora del océano Pacífico y cae después
La Tierra como un sistema 11
CO 2 atmosférico. Esta actividad parece haber contribui- do al aumento de la temperatura global que nuestro pla- neta está experimentando. Una de las tareas abrumadoras de los científicos del sistema Tierra es predecir cómo será el clima en el futuro teniendo en cuenta muchas varia- bles: los cambios tecnológicos, las tendencias de la pobla- ción y el impacto general de numerosos mecanismos de alimentación positiva y negativa.
El sistema Tierra
El sistema Tierra tiene una serie casi infinita de subsiste- mas en los que la materia se recicla una y otra vez. Un subsistema conocido es el ciclo hidrológico (Figura 1.3). Representa la circulación sin fin del agua terrestre entre la hidrosfera, la atmósfera, la biosfera y la Tierra sólida. El agua entra en la atmósfera por evaporación desde la superficie de la Tierra y por transpiración desde las plan- tas. El vapor de agua se condensa en la atmósfera y forma nubes, que a su vez producen precipitación que cae de nuevo sobre la superficie terrestre. Una parte de la lluvia que cae sobre la superficie penetra y es absorbida por las plantas o se convierte en agua subterránea, mientras otra parte fluye por la superficie hacia el océano. El sistema Tierra es impulsado por la energía pro- cedente de dos fuentes. El Sol impulsa los procesos ex- ternos que tienen lugar en la atmósfera, la hidrosfera y la superficie de la tierra. El tiempo y el clima, la circulación oceánica y los procesos erosivos son accionados por la energía del Sol. El interior de la Tierra es la segunda fuente de energía. El calor que queda de cuando se formó nuestro planeta y el calor que está siendo continuamente generado por la desintegración radiactiva impulsan los
procesos internos que producen los volcanes, los terre- motos y las montañas. Las partes del sistema Tierra están relacionadas, de manera que un cambio en una de ellas puede producir cambios en otra o en todas las demás. Por ejemplo, cuan- do un volcán hace erupción, la lava del interior de nues- tro planeta puede fluir en la superficie y bloquear un va- lle próximo. Esta nueva obstrucción influye en el sistema de drenaje de la región creando un lago o haciendo que las corrientes de agua cambien su curso. Las grandes can- tidades de cenizas y gases volcánicos que pueden emitir- se durante una erupción pueden ascender a las capas altas de la atmósfera e influir en la cantidad de energía solar que llega a la superficie. El resultado sería una disminu- ción de las temperaturas del aire en todo el hemisferio. Allí donde la superficie es cubierta por coladas de lava o por un grueso estrato de ceniza volcánica, los sue- los existentes son enterrados. Esto hace que los procesos de formación del suelo empiecen de nuevo a transformar el nuevo material superficial en suelo. El suelo que final- mente se forma reflejará la interacción entre muchas par- tes del sistema Tierra. Por supuesto, habría también cambios significativos en la biosfera. Algunos organismos y su hábitat serían eliminados por la lava y las cenizas, mientras que se crearían nuevos ámbitos de vida, como los lagos. El posible cambio climático podría afectar tam- bién a algunas formas de vida. Los seres humanos son parte del sistema Tierra, un sistema en el cual los componentes vivos y no vivos están entrelazados e interconectados. Por consiguiente, nues- tras acciones producen cambios en todas las otras partes. Cuando quemamos gasolina y carbón, construimos rom-
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Precipitación
Condensación
Agua subterránea
Evaporación de lagos y ríos
Evaporación del océano Transpiración Escorrentía de las plantas superficial
Figura 1.3 El ciclo hidrológico es tan sólo uno de los numerosos subsistemas de la Tierra. El agua de nuestro planeta está en un ciclo constante entre las cuatro esferas terrestres.
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peolas a lo largo de la línea de costa, eliminamos nuestros residuos y preparamos los terrenos para cultivo, hacemos que otras partes del sistema respondan, a menudo de ma- nera imprevista. A lo largo de todo este libro conocere- mos muchos de los subsistemas de la Tierra: el sistema hidrológico, el sistema tectónico (formación de monta- ñas) y el ciclo de las rocas, por citar unos pocos. Recor- demos que estos componentes y nosotros, los seres humanos, formamos todos parte del todo interactuante complejo que denominamos sistema Tierra.
Evolución temprana de la Tierra
Los terremotos recientes causados por los desplazamien- tos de la corteza terrestre, junto con las lavas procedentes de la erupción de volcanes activos, representan sólo el úl- timo de una larga serie de acontecimientos por medio de los cuales nuestro planeta ha alcanzado su forma y su es- tructura actuales. Los procesos geológicos que se produ- cen en el interior de la Tierra se pueden comprender me- jor cuando se observan en el contexto de acontecimientos muy anteriores en la historia de la Tierra.
El origen del planeta Tierra
El siguiente escenario describe las opiniones más amplia- mente aceptadas sobre el origen de nuestro Sistema Solar. Aunque este modelo se presenta como un hecho, recuerde que como todas las hipótesis científicas, ésta está sujeta a revisión y expuesta incluso al rechazo absoluto. Sin embar- go, continúa siendo el conjunto de ideas más coherente para explicar lo que observamos en la actualidad. Nuestro escenario empieza hace unos 12.000 a 15.000 millones de años con el Big Bang, una explosión incomprensiblemente grande que lanzó hacia el exterior toda la materia del universo a velocidades increíbles. En ese momento, los restos de la explosión, que consistían casi por completo en hidrógeno y helio, empezaron a en- friarse y condensarse en las primeras estrellas y galaxias. En una de estas galaxias, la Vía Láctea, fue donde nuestro Sistema Solar y el planeta Tierra tomaron forma. La Tierra es uno de los nueve planetas que, junto con aproximadamente una docena de lunas y numerosos cuerpos más pequeños, gira alrededor del Sol. La natura- leza ordenada de nuestro Sistema Solar lleva a la mayoría de los investigadores a deducir que la Tierra y los otros planetas se formaron esencialmente al mismo tiempo, y de la misma materia primordial, que el Sol. La hipótesis de la nebulosa primitiva sugiere que los cuerpos de nuestro Sistema Solar se formaron a partir de una enorme nube en rotación denominada nebulosa solar (Figura 1.4). Además de los átomos de hidrógeno y helio generados du- rante el Big Bang , granos de polvo microscópicos y la ma-
teria expulsada de estrellas muertas desde hacía tiempo formaban la nebulosa solar. (La fusión nuclear en las es- trellas convierte el hidrógeno y el helio en los otros ele- mentos que se hallan en el universo.) Hace cerca de 5.000 millones de años, esta inmen- sa nube de gases y granos diminutos de elementos más pesados empezó a contraerse lentamente debido a las interacciones gravitacionales entre sus partículas. Una influencia externa, como una onda de choque proceden- te de una explosión catastrófica ( supernova ), pudo haber provocado el colapso. Al contraerse, esta nube que giraba lentamente en espiral rotaba cada vez más deprisa por el mismo motivo por el que lo hace un patinador sobre hie- lo cuando repliega los brazos sobre sí mismo. Al final, la atracción gravitacional se equilibró con la fuerza centrí- fuga causada por el movimiento rotacional de la nube (Figura 1.4). Pero esta vez, la nube, antes extensa, había adoptado la forma de un disco plano con una gran con- centración de material en el centro denominada protosol (Sol en formación). (Los astrónomos están bastante segu- ros de que la nebulosa formó un disco porque se han de- tectado estructuras similares alrededor de otras estrellas.) Durante el colapso, la energía gravitacional se con- virtió en energía térmica (calor), lo cual hizo que la tem- peratura del interior de la nebulosa aumentara especta- cularmente. A estas temperaturas elevadas, los granos de polvo se descompusieron en moléculas y partículas ató- micas. Sin embargo, a distancias posteriores a la órbita de Marte, las temperaturas probablemente se mantuvieron bastante bajas. A 200 ºC, es posible que las pequeñas partículas de la parte exterior de la nebulosa estuvieran cubiertas por una capa gruesa de hielo constituido por agua, dióxido de carbono, amoníaco y metano congela- dos. (Algo de este material todavía reside en los confines del Sistema Solar, en la región llamada la nube de Oort. ) La nube con forma de disco también contenía cantidades considerables de gases más ligeros: hidrógeno y helio. La formación del Sol marcó el fin del período de contracción y, por tanto, el fin del calentamiento gravita- cional. Las temperaturas de la región en la que ahora se encuentran los planetas interiores empezaron a dismi- nuir. Esta disminución de la temperatura hizo que las sustancias con puntos de fusión elevados se condensaran en pequeñas partículas que empezaron a unirse. Materia- les como el hierro y el níquel y los elementos que com- ponen los minerales que forman las rocas (silicio, calcio, sodio, etc.) formaron masas metálicas y rocosas que orbi- taban alrededor del Sol (Figura 1.4). Colisiones repetidas provocaron la unión de estas masas en cuerpos más gran- des, del tamaño de un asteroide, denominadas protoplane- tas, que en unas pocas decenas de millones de años cre- cieron hasta convertirse en los cuatro planetas interiores que llamamos Mercurio, Venus, Tierra y Marte. No to-
14 C A P Í T U L O 1 Introducción a la Geología
Formación de la estructura en capas
de la Tierra
A medida que se acumulaba el material para formar la Tierra (y poco después), el impacto a gran velocidad de los restos de la nebulosa y la desintegración de los ele- mentos radiactivos provocó un aumento constante de la temperatura en nuestro planeta. Durante este período de calentamiento intenso, la Tierra alcanzó la temperatura suficiente para que el hierro y el níquel empezaran a fun- dirse. La fusión produjo gotas de metal pesado que pene- traron hacia el centro del planeta. Este proceso sucedió rápidamente en la escala de tiempo geológico y formó el núcleo denso rico en hierro de la Tierra. El primer período de calentamiento provocó otro proceso de diferenciación química, por medio del cual la fusión formó masas flotantes de roca fundida que as- cendieron hacia la superficie, donde se solidificaron y formaron la corteza primitiva. Estos materiales rocosos estaban enriquecidos en oxígeno y elementos «litofi- los», en especial silicio y aluminio, con cantidades me- nores de calcio, sodio, potasio, hierro y magnesio. Ade- más, algunos metales pesados como el oro, el plomo y el uranio, que tienen puntos de fusión bajos o eran muy solubles en las masas fundidas ascendentes, fueron re- tirados del interior de la Tierra y se concentraron en la corteza en desarrollo. Este primer período de segrega- ción química estableció las tres divisiones básicas del interior de la Tierra: el núcleo rico en hierro; la corteza primitiva, muy delgada; y la capa más gruesa de la tie- rra, denominada manto, que se encuentra entre el nú- cleo y la corteza. Una consecuencia importante de este período de diferenciación química es que permitió que grandes can- tidades de compuestos gaseosos se escaparan del interior de la Tierra, como ocurre en la actualidad durante las erupciones volcánicas. Gracias a este proceso fue evolu- cionando de manera gradual la atmósfera primitiva. Fue en este planeta, con esa atmósfera, donde apareció la vida como la conocemos. Después de los acontecimientos que establecieron la estructura básica de la Tierra, la corteza primitiva se perdió a causa de la erosión y otros procesos geológicos, de manera que no disponemos de ningún registro direc- to de su composición. Cuándo y cómo exactamente apa- reció la corteza continental (y con ella las primeras masas continentales terrestres) es una cuestión que todavía es objeto de investigación. Sin embargo, existe un acuerdo general en que la corteza continental se formó de una manera gradual durante los últimos 4.000 millones de años. (Las rocas más antiguas descubiertas hasta hoy son fragmentos aislados, encontrados en el noroeste del Ca-
nadá, que tienen unas fechas radiométricas de unos 4. millones de años.) Además, como se verá en el Capítulo 2, la Tierra es un planeta en evolución cuyos continentes (y cuencas oceánicas) han cambiado constantemente de forma e incluso de situación durante una gran parte de este período.
Estructura interna de la Tierra
Introducción a la Geología La estructura en capas de la Tierra
En la sección anterior, ha aprendido que la segregación de material que empezó muy temprano en la historia de la Tierra tuvo como resultado la formación de tres capas definidas por su composición química: la corteza, el man- to y el núcleo. Además de estas tres capas de diferente composición, la Tierra se puede dividir en capas en fun- ción de sus propiedades físicas. Las propiedades físicas utilizadas para definir estas zonas son su caracter sólido o líquido y cuán dúctil o resistentes son. El conocimiento de ambos tipos de estructuras en capas es esencial para la comprensión de los procesos geológicos básicos, como el volcanismo, los terremotos y la formación de montañas (Figura 1.5).
Capas definidas por su composición
Corteza. La corteza, capa rocosa externa, comparativa- mente fina de la Tierra, se divide generalmente en corte- za oceánica y corteza continental. La corteza oceánica tiene alrededor de 7 kilómetros de grosor y está com- puesta por rocas ígneas oscuras denominadas basaltos. Por el contrario, la corteza continental tiene un grosor medio de entre 35 y 40 kilómetros, pero puede superar los 70 ki- lómetros en algunas regiones montañosas. A diferencia de la corteza oceánica, que tiene una composición quími- ca relativamente homogénea, la corteza continental consta de muchos tipos de rocas. El nivel superior de la corteza continental tiene la composición media de una roca granítica denominada granodiorita, mientras que la composición de la parte inferior de la corteza continental es más parecida al basalto. Las rocas continentales tienen una densidad media de unos 2,7 g/cm^3 y se han descu- bierto algunas cuya edad supera los 4.000 millones de años. Las rocas de la corteza oceánica son más jóvenes (180 millones de años o menos) y más densas (aproxima- damente 3,0 g/cm^3 ) que las rocas continentales*.
▲ EE^ I NC IAS DELA TI ER
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16 C A P Í T U L O 1 Introducción a la Geología
- El agua líquida tiene una densidad de 1 g/cm 3 ; por consiguiente, la densidad del basalto es el triple que la del agua.
Estructura interna de la Tierra 17
Corteza 5-70 km
Núcleo externo
Núcleo interno
km km km
Corteza continental
Corteza oceánica
Profundidad (km)
100
200
Litosfera (esfera de roca)
Astenosfera (esfera débil)
Manto
Mesosfera (manto inferior)
Profundidad (km)
500
660
Litosfera
Astenosfera
Mesosfera
km
km
Litosfera 5-250 km
660 km
Astenosfera
Núcleo
▲ Figura 1.5 Perspectivas de la estructura en capas de la Tierra. El lado izquierdo de la sección transversal muestra que el interior de la Tierra se divide en tres capas distintas según sus diferencias composicionales: la corteza, el manto y el núcleo. El lado derecho de la sección transversal ilustra las cinco principales capas del interior de la Tierra según sus propiedades físicas y, por tanto, según su resistencia mecánica: la litosfera, la astenosfera, la mesosfera, el núcleo externo y el núcleo interno. Los bloques diagrama situados encima de la sección transversal muestran una perspectiva aumentada de la porción superior del interior de la Tierra.
Manto. Más del 82 por ciento del volumen de la Tierra está contenido en el manto , una envoltura rocosa sólida que se extiende hasta una profundidad de 2.900 kilóme-
tros. El límite entre la corteza y el manto representa un cambio de composición química. El tipo de roca domi- nante en la parte superior del manto es la peridotita, que
2.270 kilómetros de grosor. Las corrientes convectivas del hierro metálico en esta zona son las que generan el campo magnético de la Tierra. El núcleo interno es una esfera con un radio de 1.216 kilómetros. A pesar de su temperatura más elevada, el material del núcleo interno es más resistente que el del núcleo externo (debido a la enorme presión) y se comporta como un sólido.
¿Cómo sabemos lo que sabemos?
Llegados a este punto debe de preguntarse: «¿Cómo co- nocimos la composición y la estructura del interior de la Tierra?». Puede suponer que se han extraído muestras del interior de la Tierra directamente. Sin embargo, la mina más profunda del mundo (la mina Western Deep Levels, en Sudáfrica) tiene una profundidad de tan sólo 4 kilómetros, y la perforación más profunda del mundo (terminada en la península de Kola, en Rusia, en 1992) sólo penetra aproximadamente 12 kilómetros. En esen- cia, los seres humanos nunca han perforado un agujero en el manto (y nunca lo harán en el núcleo) con el fin de sacar muestras directas de estos materiales. A pesar de estas limitaciones, se han desarrollado te- orías que describen la naturaleza del interior de la Tierra y que coinciden con la mayoría de los datos procedentes de las observaciones. Así, nuestro modelo del interior de la Tierra representa las mejores deducciones que pode- mos hacer según los datos disponibles. Por ejemplo, la es- tructura en capas de la Tierra se ha establecido mediante observaciones indirectas. Cada vez que se produce un te- rremoto, unas ondas de energía (denominadas ondas sísmi- cas ) penetran en el interior de la Tierra, de una manera pa- recida a como los rayos X penetran en el cuerpo humano. Las ondas sísmicas cambian de velocidad y se desvían y re- flejan al atravesar zonas con propiedades distintas. Un amplio conjunto de estaciones de control en todo el mun- do detecta y registra esta energía. Con la ayuda de com- putadores, se analizan estos datos, que luego se utilizan para determinar la estructura del interior de la Tierra. En el Capítulo 12, «El interior de la Tierra», encontrará más información de cómo se lleva esto a cabo. ¿Qué pruebas tenemos que respalden la supuesta composición del interior de nuestro planeta? Puede re- sultar sorprendente conocer que rocas que se originaron en el manto se han recogido en la superficie de la Tierra, entre ellas, muestras que contienen diamantes, que, se- gún los estudios de laboratorio, pueden formarse sólo en ambientes con una presión elevada. Dado que estas rocas deben de haber cristalizado a profundidades superiores a los 200 kilómetros, se deduce que son muestras del man- to que sufrieron muy pocas alteraciones durante su as- censo a la superficie. Además, hemos podido examinar lá- minas del manto superior y de la corteza oceánica que lo
recubre que han sido empujadas por encima del nivel del mar en lugares como Chipre, Terranova y Omán. Establecer la composición del núcleo es otra cues- tión completamente diferente. Debido a su gran profun- didad y su densidad elevada, ninguna muestra del núcleo ha llegado a la superficie. Sin embargo, disponemos de pruebas significativas que sugieren que esta capa consta principalmente de hierro. Sorprendentemente los meteoritos proporcionan importantes pistas sobre la composición del núcleo y el manto. (Los meteoritos son objetos extraterrestres sóli- dos que chocan contra la superficie de la Tierra.) La ma- yoría de los meteoritos son fragmentos derivados de co- lisiones de cuerpos más grandes, principalmente del cinturón de asteroides situado entre las órbitas de Marte y Júpiter. Son importantes porque representan muestras del material ( planetesimales ) del que se formaron los pla- netas interiores, incluida la Tierra. Los meteoritos están compuestos principalmente por una aleación de hierro y níquel ( metálicos ), minerales silicatados ( rocosos ) o una combinación de ambos materiales ( mixtos ). La composi- ción media de los meteoritos rocosos es muy parecida a la que se supone que tiene el manto. Por otro lado, los meteoritos metálicos contienen un porcentaje mucho más elevado de este material metálico del que se encuen- tra en la corteza terrestre o en el manto. Si, de hecho, la Tierra se formó a partir del mismo material en la nebu- losa solar que generó los meteoritos y los demás planetas interiores, debe contener un porcentaje mucho más ele- vado de hierro del que se encuentra en las rocas de la corteza. Por consiguiente, podemos concluir que el nú- cleo es enormemente rico en este material pesado. Este punto de vista también está respaldado por los estudios de la composición del Sol, que indican que el hie- rro es la sustancia más abundante hallada en el Sistema So- lar que posee la densidad calculada para el núcleo. Además, el campo magnético de la Tierra requiere que el núcleo esté hecho de un material conductor de la electricidad, como el hierro. Puesto que todas las pruebas disponibles apuntan a que una gran parte del núcleo está compuesta de hierro, tomamos esto como un hecho, al menos hasta que nuevas pruebas nos indiquen lo contrario.
La superficie de la Tierra
Introducción a la Geología Características de los continentes y del fondo oceánico
Las dos principales divisiones de la superficie de la Tierra son los continentes y las cuencas oceánicas (Figura 1.6). Una diferencia significativa entre estas dos áreas son sus alturas relativas. Los continentes son superficies nota-
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La cara de la Tierra 19
I EE N CI AS DELA
TIE
R^ R
blemente planas con el aspecto de llanuras que sobresalen por encima del nivel del mar. Con una elevación media de alrededor de 0,8 kilómetros, los bloques continentales se encuentran cerca del nivel del mar, con excepción de unas áreas algo limitadas de terreno montañoso. Por el contra- rio, la profundidad media del fondo oceánico es de unos 3, kilómetros por debajo del nivel del mar o unos 4,5 kilóme- tros inferior a la elevación media de los continentes.
La diferencia de elevación entre los continentes y las cuencas oceánicas es consecuencia principalmente de las diferencias entre sus densidades y sus grosores respectivos. Recordemos que el grosor medio de los continentes oscila entre los 35 y los 40 kilómetros y que éstos están com- puestos de rocas graníticas con una densidad de alrededor de 2,7 g/cm^3. Las rocas basálticas que conforman la corte- za oceánica tienen un grosor medio de tan sólo 7 kilóme-
20 C A P Í T U L O 1 Introducción a la Geología
Fosa submarina de las Filipinas
Fosa submarina de las Aleutianas
Fosa submarina de las Kuriles
Fosa submarina de Japón
Fosa submarina de las Marianas
Fosa submarina de Java (Sunda)
Fosa submarina de Kermadec
Fosa submarina de Centroamérica
Fosa submarina de Tonga
Dorsal Juan de Fuca
Islas Hawaii
EmperadorMontes submarinos
Fosa submarina Ryukyu
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▲ Figura 1.6 En estas dos páginas se muestra la topografía de la superficie sólida de la Tierra.
