BLOQUE 2: LA GEOSFERA

CTMA 2º Bachillerato

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BLOQUE 2: LA GEOSFERA

TEMA 2.1: LOS PROCESOS GEOLÓGICOS 1. ESTRUCTURA DE LA GEOSFERA

2. LAS FUENTES DE ENERGÍA DE LA TIERRA 3. PROCESOS DERIVADOS DE LA ENERGÍA INTERNA

3.1 DINÁMICA DEL MANTO Y DEL NÚCLEO 3.2 DINÁMICA CORTICAL

3.3 LÍMITES DE PLACAS Y FENÓMENOS ASOCIADOS 3.4 CICLO DE WILSON

4. PROCESOS DERIVADOS DE LA ENERGÍA EXTERNA 4.1 METEORIZACIÓN

4.2 MODELADO DEL RELIEVE: FACTORES QUE INFLUYEN

ErupciónenelvolcánStromboli,enlasislasEolias(Italia)


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1- ESTRUCTURA DE LA GEOSFERA

La Geosfera es la parte rocosa del planeta Tierra, localizada bajo la corteza sólida y cuya superficie constituye el relieve. La estructura interna de la geosfera no es homogénea, por lo que se definen capas de distintas características, de acuerdo con dos modelos basados en distintos criterios:

1. Modelo geoquímico: el criterio que utiliza es la composición química. Se divide en capas y subcapas, separadas entre sí por discontinuidades sísmicas:

- Corteza (de 0 a 6-70 km.), separada del manto por la discontinuidad de Mohorovicic y dividida en corteza continental y oceánica.

ESPESOR COMPOSICIÓN ESTRUCTURA DENSIDAD EDAD

CONTINENTAL Grande (30 a 70

km.)

Rocas ígneas (granito sobre todo). Rocas metamórficas Rocas sedimentarias

Silicatos de Al

Heterogénea: sin capas.

Baja (2,7g/cm3)

Muy variable (de muy antiguas a muy jóvenes)

OCEÁNICA Reducido

(5 a 12 km.)

Rocas ígneas: basalto y gabro.

Silicatos de Fe y Mg

Tres capas: 1. Sedimentos 2. Basaltos 3. Gabros

Más elevada (3 g/ cm3)

Jóvenes

(hasta 180 millones de años)

- Manto (de 6-70 km. a 2.900 km.), separado del núcleo por la discontinuidad de Gutemberg. Dividido a su vez por la discontinuidad de Repetti en manto superior e inferior. Esta capa está formada por gabros y peridotitas, rocas formadas por silicatos básicos con un alto contenido en Fe y Mg. La densidad varía de 3,4 a 5,6 g/ cm3.

- Núcleo (de 2.900 a 6.378 km.), capa interna dividida en núcleo externo e interno por la discontinuidad de Lehman – Wiechert. La composición varía desde una Aleación de Hierro (80 %) con Ni, O, S, y Si en el núcleo externo a hierro casi puro en el interno. La densidad varía de 9 a 13 g/ cm3.

2. Modelo dinámico, basado en las propiedades físicas de los materiales, por lo que se definen las siguientes capas:

- Litosfera: capa con materiales rígidos en estado sólido, que se encuentra fragmentado en placas litosféricas. Sobre ella se encuentran el resto de los subsistemas terrestres. Incluye la corteza y parte del manto superior (de 50 a 200 km de espesor).

- Mesosfera: abarca el resto del manto y es una capa fluida y viscosa, aunque los materiales estén en estado sólido. Presenta procesos de convección lenta generados en la parte más inferior, denominada capa D’’.

- Endosfera: corresponde con el núcleo, con una subcapa interna sólida y una subcapa externa líquida, ambas con corrientes de convección independientes entre sí.

El término astenosfera, capa del manto superior de materiales con cierto grado de fluidez en donde se atribuía anteriormente la formación de corrientes de convección que generan el movimiento de las placas litosféricas, está actualmente en desuso.


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2- LAS FUENTES DE ENERGÍA DE LA TIERRA

En la geosfera hay un flujo permanente de energía, en la que se distinguen dos fuentes diferenciadas: la externa procedente del exterior del sistema y la interna, presente en el propio sistema. 2.1 LA ENERGÍA EXTERNA

El sol emite energía radiante que llega a la superficie de la Tierra, en una cantidad 6.000 veces superior a la energía interna terrestre. Su origen está en las reacciones termonucleares de fusión que se realizan a una temperatura de 2 x 10 7 ºC en el núcleo solar. En estas reacciones se unen átomos de hidrógeno para formar átomos de helio, liberándose gran cantidad de energía.

Esta energía disipa por las distintas capas gaseosas de nuestra estrella, y en la más externa (la fotosfera, a una media de 6.000 ºC) se emite en forma de energía electro-magnética en todas las direcciones del espacio (la radiación solar).

La radiación solar, al llegar a la Tierra, es reflejada hacia el espacio en un 30 % por la atmósfera y superficie terrestre (el albedo). El

resto es absorbido en un 23% por la atmósfera y un 47 % por la superficie, que la redistribuye en forma de radiaciones infrarrojas hacia la atmósfera de nuevo. Esta radiación de distribuye de forma desigual debido a la esfericidad de la Tierra (un exceso en el ecuador y trópicos y un déficit en los polos), lo que genera un movimiento de fluidos (atmósfera e hidrosfera) para homogeneizar esta distribución. Esto pone en marcha, entre otros procesos, el ciclo hidrológico y los vientos, lo que moviliza partículas sólidas que, junto con la fuerza gravitatoria (procedente del campo gravitatorio terrestre), genera las acciones geológicas externas (meteorización, erosión, transporte, sedimentación y diagénesis).

2.2 LA ENERGÍA INTERNA DE LA TIERRA Es fundamentalmente energía calorífica, aunque también puede ser planetaria

(debido a los movimientos terrestres: rotación y traslación) o elástica (energía acumulada por los desplazamientos de materiales terrestres generados por el calor).

La Tierra disipa el calor interno hacia la superficie, definiéndose un flujo geotérmico (Q) como el calor liberado por unidad de superficie y tiempo:

Q = k * (DT / z ) siendo k = conductividad

Su valor medio es 1,5 x 10 –6 cal / cm2 seg y su distribución muy irregular:

- Máxima en dorsales y márgenes continentales activos.

- Mínima en continentes estables.

4 H ® He + energía (procedente de una pérdida de masa del 0,7 %, aplicando la ecuación E = mc2)


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DT / z es el ascenso de la temperatura de los materiales terrestres con la profundidad, denominado gradiente geotérmico, cuyo valor medio en la corteza es 3º C / 100 m.

Origen del calor interno: - Cortical, mediante la desintegración

de isótopos radiactivos (U235, U238, Th232, K40) presentes especialmente en la corteza (por eso es mayor el gradiente allí).

- Profundo, procedente del calor pri-migenio residual generado por 1) los impactos de las partículas de la nebulosa y los meteoritos durante la acreción (su energía cinética se convierte en calor), 2) la compresión de los materiales (se juntan las partículas y aumentan los choques) y 3) la diferenciación gravitatoria (fusión de los metales Fe y Ni, que descienden por gravedad al núcleo, lo que libera energía gravitatoria).

La energía interna es la que origina las acciones geológicas internas, es decir, los movimientos corticales y sus fenómenos asociados (magmatismo, orogenias, sismicidad, metamorfismo). 3- PROCESOS DERIVADOS DE LA ENERGÍA INTERNA

Características: - Se originan en el interior de la corteza terrestre, aunque se puedan manifestar en la

superficie. - Estos fenómenos originan el relieve y dos tipos de rocas (ígneas y metamórficas).

- Son las siguientes: orogénesis (deformación cortical), sismicidad, magmatismo y metamorfismo.

- La energía necesaria para estos procesos procede del calor interno de la Tierra (energía interna), que se disipa hacia la superficie, originando la dinámica cortical.

3.1 DINÁMICA DEL MANTO Y DEL NÚCLEO En el núcleo externo (líquido y con diferencias de temperatura) hay corrientes de convección que generan el campo magnético terrestre gracias al movimiento de las partículas de hierro ionizadas y calientan la capa más interna del manto (capa D’’).

La Magnetosfera es la región en torno a la Tierra bajo la influencia del campo magnético terrestre, que abarca de 60.000 a 300.000 km.

Consecuencias: 1. Evita la disociación (y la pérdida) del agua de la hidrosfera y de la atmósfera.

2. Repele las partículas cargadas (de alta energía) del viento solar, por lo que permite la vida en la Tierra y también las telecomunicaciones en nuestra era moderna.


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Las corrientes de convección del manto se establecen por la fluidez de los materiales (de alta viscosidad) y las diferencias de temperatura entre la capa D’’ y la parte inferior de la corteza, de la siguiente manera:

1. De la capa D’’ salen columnas de materiales a muy alta temperatura (y de baja densidad), constituyendo los penachos térmicos o plumas convectivas.

2. Estos penachos térmicos llegan (muy lentamente por la alta viscosidad) hacia la litosfera en los límites divergentes o en los puntos calientes. En ocasiones, el flujo de materiales calientes en tan grande (periodos superpluma) que generan grandes flujos de lava que, a su vez, originan las mesetas basálticas (Timanfaya, península del Deccan).

3. Los materiales del penacho térmico se enfrían en contacto con la litosfera, por lo que se hunden en el manto en corrientes descendentes difusas.

4. Mediante la subducción, los materiales fríos de la litosfera oceánica se incorporan al manto y descienden (por su alta densidad) muy lentamente hacia las capa D’’ (en donde se vuelven a calentar).

3.2 DINÁMICA CORTICAL (TECTÓNICA DE PLACAS)

Ideas básicas de la tectónica de placas: 1. La Litosfera se encuentra dividida en fragmentos rígidos más o menos grandes: las

placas litosféricas. 2. Las placas litosféricas flotan y se desplazan sobre el manto (astenosfera) fluido. Las

corrientes de convección, al disipar el calor, lo transforman en energía mecánica y elástica, responsable del movimiento horizontal de las placas.

3. Existen dos tipos de placas: - Oceánicas: formadas sólo por corteza oceánica. Pacífica, Nazca, Caribe, Cocos,

Filipina. - Mixtas: formadas por corteza oceánica y continental. Incluyen a los continentes,

por lo que éstos se desplazan con las placas. Euroasiática, Africana, Austaloíndica, Arábiga, Norteamericana, Suramericana y Antártica.


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4. Los límites de placas constituyen las zonas de mayor actividad geológica. Pueden ser de tres tipos:

- Divergentes o constructivos: se genera litosfera oceánica a causa de inyecciones sucesivas de materiales basálticos, lo que produce la separación de las placas. Se localizan en dorsales oceánicas y rift continentales.

- Convergentes o destructivos: al chocar dos placas, una de ellas subduce sobre la otra. En las zonas de subducción, la corteza oceánica se funde y se incorpora al manto.

- Pasivos o transformantes: límites donde hay deslizamiento tangencial de placas y no se crea ni se destruye litosfera oceánica.

5. La litosfera oceánica se genera en las dorsales oceánicas y se destruye en las zonas de subducción.

6. Como consecuencia de la dinámica de las capas internas, el movimiento de las placas litosféricas es el resultante del empuje de materiales magmáticos que se produce en las dorsales, del arrastre efectuado por las corrientes descendentes difusas y el tirón que la subducción ejerce sobre la placa oceánica.

3.3 LÍMITES DE PLACAS Y FENÓMENOS ASOCIADOS

1. Límite divergente o constructivo: Vulcanismo basáltico y sismicidad. 2. Límite convergente oceánica. – oceánica: Vulcanismo, sismicidad, plutonismo,

metamorfismo, arcos de islas y fosas oceánicas. 3. Límite convergente oceánica. – continental: Vulcanismo, sismicidad, plutonismo,

metamorfismo, cordilleras perioceánicas (orógenos térmicos) y fosas oceánicas. 4. Límite convergente continental. – continental: Sismicidad, magmatismo (básicamente

plutonismo), metamorfismo, cordilleras intercontinentales (orógenos de colisión). 5. Límite pasivo o transformante: Sismicidad, metamorfismo dinámico. 6. Fenómenos intraplaca: Existen zonas del interior de las placas litosféricas (puntos

calientes) bajo las cuales ascienden plumas convectivas que pueden generar magmas al fundir los materiales.

- Dentro de placas oceánicas dan origen a islas volcánicas, guyots o atolones.


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- Dentro de placas continentales generan vulcanismo. 3.4 EL CICLO DE WILSON Se trata de un ciclo de aproximadamente 400 a 500 millones de años de periodo, que se inicia y finaliza con un supercontinente, por lo que se denomina también ciclo supracontinental. Las fases serían las siguientes:

1. Parte de un supercontinente bajo el cual se forma un punto caliente al llegar allí un penacho térmico (Yelowstone, en el interior de EEUU). El abombamiento y la distensión origina un rift continental que lleva a la fragmentación del continente (Valle del Rift en África oriental).

2. A través del rift se emiten magmas basálticos que generan corteza oceánica que se empieza a expandir formándose un mar joven y estrecho (Mar Rojo, entre África y Arabia).

3. El rift se convierte en una dorsal y prosigue la expansión del fondo oceánico hasta formar un océano amplio que separa dos continentes (Océano Atlántico).

4. Los márgenes pasivos a ambos lados del océano se fracturan por causas gravitacionales o porque el continente que se aleja de la dorsal se detiene o inicia un movimiento en sentido contrario (empujado por otra dorsal más potente). Se generan dos placas: una oceánica y otra continental, que convergen y se produce la subducción de la primera bajo la segunda, apareciendo fosas oceánicas y cordilleras perioceánicas (Costa del Océano Pacífico en Suramérica).

5. Al progresar la subducción el océano se cierra hasta que se produce el choque entre los continentes, apareciendo un orógeno de colisión que sutura ambos, por lo que se vuelve al supercontinente inicial.

A lo largo de la historia geológica se han detectado cinco pangeas (hace 2100, 1800-1600, 1100, 600 y 250 millones de años), aunque hay que tener en cuenta que la evolución de este ciclo no es tan lineal, puesto que pueden existir dorsales (nuevos océanos) que abortan al ser destruidos por una subducción, o existen microplacas y fragmentos litosféricos cuyos movimientos son más erráticos.


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4- PROCESOS DERIVADOS DE LA ENERGÍA EXTERNA

Características: - Se originan y se manifiestan en la superficie terrestre.

- La energía necesaria para estos procesos procede del sol (energía externa) que, junto con la gravedad, es la responsable del ciclo del agua y de la circulación atmosférica. La movilización de estos fluidos arrastra las partículas sólidas.

- Estos fenómenos modelan (destruyen) el relieve y forman las rocas sedimentarias (por diagénesis, consistente en la transformación de los sedimentos en rocas sedimentarias por compactación y cementación).

- Son los siguientes: 1. Estáticos: meteorización (realizado por los agentes atmosféricos). Sin intervención

de la energía gravitatoria. 2. Dinámicos: erosión, transporte, sedimentación (por los agentes geológicos

externos). Interviene la energía gravitatoria. 4.1 METEORIZACIÓN

La meteorización es la alteración in situ de la superficie de las rocas por la acción de agentes atmosféricos (agua, gases, cambios térmicos, etc). Se establecen dos modalidades:

Meteorización física o mecánica: procesos que conducen a la fragmentación de la roca, sin alterar su composición.

1. Gelivación: fragmentación de la roca a causa del hielo – deshielo, originando acumulaciones de bloques o canchales (zonas de alta montaña o de clima frío).

2. Precipitación de sales en grietas (localidades costeras). 3. Termoclastia por expansión térmica, al someter las rocas a una elevada oscilación

térmica (zonas desérticas). 4. Descompresión de rocas originadas a gran profundidad (rocas plutónicas y

metamórficas), por lo que generan lajas y diaclasas. 5. Acción de seres vivos (raíces de plantas).

Meteorización química: alteración de la composición química de la roca, al reaccionar sus minerales con componentes atmosféricos (agua, O2, CO2).

1. Oxidación de los minerales de una roca por el O2 del aire o disuelto. Olivino o Magnetita a Hematites o limonita

2. Disolución por el agua de minerales solubles (sulfatos y haluros) 3. Carbonatación: disolución de rocas carbonatadas (calizas) por parte del agua

carbónica (CO2 disuelto en agua). 4. Hidrólisis: rotura de silicatos al reaccionar con el agua (o el agua carbónica).

Caolinización. 5. Hidratación: incorporación de agua en la estructura mineral. Arcillitas y yesos.

6. Acción bioquímica de los seres vivos, generalmente por liberación de ácidos orgánicos o CO2, que atacan a las rocas.


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4.2 MODELADO DEL RELIEVE

Los agentes geológicos externos modelan el relieve previamente meteorizado, mediante los procesos siguientes:

1. Erosión: desgaste de los materiales rocosos previamente alterados por la meteorización.

2. Transporte desde el área madre a la cuenca sedimentaria. Existen varias modalidades: disolución, suspensión, saltación, rodadura y arrastre.

3. Sedimentación: depósito y acumulación de los materiales transportados en las cuencas sedimentarias (depresiones de la superficie terrestre en donde se acumulan estos materiales. Ejemplos: Mares, lagos, valles fluviales, litoral, desiertos, etc).

Factores que influyen en el modelado del relieve:

1- Clima local, del que depende el tipo de agente geológico predominante. Se definen cinco sistemas morfoclimáticos (conjunto de procesos erosivos operativos en unas determinadas condiciones climáticas, que generan un relieve característico).

SISTEMA MORFOCLIMÁTICO CLIMA METEORIZACIÓN AGENTE

GEOLÓGICO

GLACIAR Bajas temperaturas, con persistencia y acumulación de nieve.

Mecánica (gelivación) Glaciares.

PERIGLACIAR Bajas temperaturas, pero con deshielo diurno o veraniego.

Mecánica (gelivación). Fenómenos de ladera.

TEMPLADO - HÚMEDO

Temperaturas moderadas y precipitaciones abundantes.

Química

Aguas superficiales (ríos, torrentes, y aguas salvajes), y aguas subterráneas.

ÁRIDO Gran oscilación térmica y precipitaciones escasas e irregulares.

Mecánica (termoclastia).

Viento y aguas salvajes.

INTERTROPICAL Temperaturas elevadas y precipitaciones abundantes.

Química (muy intensa)

Acción relativamente reducida de las aguas superficiales.

2- Litología: en función de que sean rocas competentes (rocas difícilmente erosionables como calizas, granito, basalto, arenisca o conglomerado) o deleznables (rocas fácilmente erosionables como arcillas, margas, cenizas volcánicas o sedimentos). Los relieves destacables de cada tipo de rocas serían los siguientes:

- Granito (por caolinización): berrocales y arenas (clima templado), inselberg y domos (climas cálidos)

- Conglomerado: torreones (mallos) - Karst: conjunto de formaciones generadas por carbonatación en calizas o

disolución de yesos. Se pueden agrupar en exokarst (lapiaces, dolinas, torcas, uvalas, poljés, torcales, cañones) y endokast (cuevas con sus galerías y salas, simas, estalactitas, estalagmitas y columnas).


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3- Tectónica: en función de las estructuras generadas por la disposición de los materiales rocosos.

. Relieve tabular: alternancia de estratos de rocas de distinta dureza, por lo que va a existir una erosión diferencial, en que las pendientes bruscas corresponden a rocas du-ras y las pendientes suaves corresponden a rocas blandas.

Relieve monoclinal (en cuesta): los estratos están inclinados y el relieve está influenciado por los planos de estratificación, siendo los escarpes y las cuestas correspondientes con los materiales duros, y los relieves suaves con las rocas blandas.

La disposición vertical de los estratos genera hogback o rallas.

Las corrientes de agua y los glaciares suelen discurrir a largo de fallas del terreno.

Relieve invertido: las zonas más elevadas corresponden a los sinclinales (denominados colgados, donde permanece todavía la capa competente) y los valles a anticlinales di-seccionados. En cambio, en el relieve con-forme, los anticlinales corresponden a corda-les de montañas y los sinclinales a los valles.

Relieve volcánico: la erosión diferencial de los conos (cenizas) hace que resistan los materiales más duros (lavas solidificadas), formando diques (relleno de lava de una fisura) y pitones (relleno de la chimenea).

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