Geofísica

Estudio de la Tierra. Geología. Fisiología terrestre. Meteoritos. Sismología

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GEOFÍSICA (Métodos de estudio)

¿Qué es la geofísica?

El estudio de la Tierra ofrece un conjunto de series dificultades, de las cuales su mayor preocupación es su gigantesco tamaño en comparación con el del hombre. Este mismo caso puede ser el de un microbio que recorriera el cuerpo de una ballena y pretendiera investigar desde la superficie la estructura de la piel, la anatomia y aún la fisiología del animal. Por eso mismo el estudio de la superficie sólo nos permite adquirir ligeras ideas de la estructura y dinámica del interior de la litosfera; el estudio de los fenómenos orogénicos pone al alcanze de nuestra observación materiales formados a 25 o 30Km de profundidad. Pero todos estos fenómenos son superficiales y poco nos dicen de las características de la endosfera. Por estas causas, los métodos que se utilizan en nuestros días para el estudio geológico de la Tierra no son suficientes para abordar los problemas que plantea el conocimiento interior, y de ahí el que la geología haya que tenido que dejar un amplio lugar a la geofísica.

Por lo tanto es denominada geofísica como la ciencia que estudia el comportamiento interno de la. Su finalidad es el estudio de la Tierra considerada como currpo físico, es decir, de sus propiedades físicas, y en el último término, de su constitución y estructuras internas. Nos referimos a la geofísica como ciencia cuyo curpo de doctrina se ha estructurado a base de la ayuda fundamental de las modernas matemáticas y fisoquímica. Así han sido utilizados: el calor interno, la radiactividad, la densidad, las anomalías de la gravedad, las propiedades eléctricas y magnéticas del subsuelo y aún el estudio de propagación de ondas sísmicas por el interior del globo, de todo lo cual se a deducido interesantisimas consecuencias que han permetido conocer con bastante precisión las características del núcleo terrestre.

*Determinado ya el término de geofísica, nos adentraremos a conocer todos estos metodos de estudio utilizados por gandes cientificos que nos serán de gran utileza para compender las hipótesis que se han emitido acerca de la constitución interna del Globo.

MÉTODOS DIRECTOS

*Minería súbterranea (Mineralogía):

Es la rama de la rama de la geología que se ocupa de enumerar y definir las especies minerales mediante el estudio de sus propiedades físicas y químicas y de las condiciones de su formación y aparición.

La mineralogía empezó siendo una ciencia de observación dedicada en particular al análisis de las propiedades organolépticas de los minerales: color, brillo, dureza, etc. El extraodinario desarrollo de la química a principios del s. XIX permitió definir con claridad la noción de especie mineral. En 1784, Haüy demostró la existencia de una red cristalina periódica; la realización, en 1912, por M. von Laue de la difracción de un haz de rayos X por un cristal demostró la naturaleza electromagnética de los rayos X y ola estructura periódica de la materia. Ello hizo posible una clasificación racional de las distintas especies. Después, con el estudio de las propiedades ópticas de los minerales y de su análisis químico tradicional, aparecieron numerosos métodos nuevos: análisis térmico diferencial, análisis termoponderal, espectrografía infrarroja, nuevos métodos de difracción y, sobre todo, la microsonda electrónica, que permite analizar cantidades ínfimas de materia sin destruirlas.

*Lava que espulsan los volcanes (Magma):

La lava se define como el material que fluye de una erupción volcánica. El apodo de lava sirve para designar tanto el magma líquido como su expresión sólida después de haberse enfriado. La lava se produce por consolidación entre 900 y 600º C de un magma cuya temperatura de erupción esta comprendida entre 700 y 1200º C. La dindámica de las lavas, expresión de su viscuosidad, está en función de su composición química, de las proporciones de gases disueltos y de su grado de cristalización.

* Tipos de magmas:

* Según la cantidad de sílice que tienen, hay 4 tipos de magmas :

A) Ácidos: contienen más de un 65 % de sílice.

B) Neutros: el porcentaje de sílice que contienen está entre un 53 y un 65 %.

C) Básicos: contienen un porcentaje de sílice entre 42 y 53 %.

D) Ultrabásicos: contienen menos del 42 % de sílice.

* Atendiendo a la relación silicio/oxígeno está:

A)El magma hipersilícico: con una densidad de 2,4 y una temperatura entre 700 y 900º. Es viscoso, es decir, fluye con dificultad, pues al ser hipersilícico contiene estructuras muy complejas que proporciona rozamientos.

B)El magma hiposilícico: tiene una densidad de 2,7 y una temperatura entre 1200 y 1300º. En este caso, los materiales que componen el magma son más fluidos.

* En un magma podemos distinguir 3 fases:

A) Fase sólida: Minerales refractarios (soportan temperaturas muy altas sin fundirse) que quedan en suspensión. Algunos minerales refractarios son: la cromita, la magnetita y los olivinos.

B) Fase líquida: Está constituida por minerales en estado de fusión (sílice, óxidos).

C) Fase gaseosa: Por efecto de las altas presiones se forman gases a partir de la fase líquida (H2, CO2, H2O, SO2, NH4, Cl, NH3...).

--- Con todo esto y dependiendo del estudio que queramos realizar obtendremos distintas muestras que nos daran como siempre una lijera idea más sobre le composición interna de la Tierra.

*Sondeos de investigación:

El sondeo es la técnica más utilizada para la prospección y estudio de la corteza terrestre. Los sondeos de prospección suelen realizarse mediante perforaciones desde la superficie, según una dirección aproximadamente perpendicular a la estructura investigada (sondeos verticales para las capas horizontales, o muy inclinados respecto a la vertical, en caso de un filón). Amenudo se extraen testigos, para el reconocimiento detallado de la corteza ya que estos sondeos no sueln sobrepasar los 10Km.

*Rocas profundas expuestas por erosión:

Hay muy diversas teorías sobre la formación de la Tierra. La Tierra tuvo un período en su formación de materiales en estado fluido (mezcla de sustancias que tienen capacidad para desplazarse).La densidad es creciente hacia el interior de la Tierra. Por ello, los materiales con mayor densidad ocupan posiciones más internas, y los de menos densidad, posiciones más externas.En la corteza, los materiales son inestables porque se ven afectados por la atmósfera y por los procesos internos.Los fenómenos geológicos internos y externos afectan a los componentes de la corteza.

*Diferencia entre mineral y roca:

Los minerales tienen una composición química definida, y las rocas no. Las rocas lo que sí que tienen es una composición mineralógica.Hay casos en los que hay un sólo mineral, y entonces esas rocas se denominan monomineralógicas.Los minerales no son especies estables. Se transforman unos en otros de acuerdo con las condiciones ambientales, como puede ser la temperatura. Hay minerales que soportan más la temperatura que otros. Ej: el cuarzo. Un mineral es estable a una determinada temperatura.

Por tanto, los minerales forman rocas y además presentan una dinámica. Un mineral será estable mientras las condiciones ambientales no se alteren; de lo contrario, se alterará también el mineral.

*Procesos geológicos:

Un proceso geológico es la transformación de un objeto geológico en otro, y como consecuencia de ello hay una continua destrucción de minerales y rocas, etc.

Hay dos fuentes de energía: la energía interna, derivada del calor interno de la Tierra (4000 y 5000º); y la energía externa, derivada de la energía que mueve los procesos geológicos externos.

---Procesos geológicos internos: tienden a crear relieve, es decir, a que la superficie terrestre no sea lisa. Por otro lado.

---Procesos geológicos externos: destruyen el relieve. (Son estos los utilizados para el estudio de la geofísica).

Hay tres tipos de roca (u objetos geológicos):

---Rocas magmáticas o ígneas.

---Rocas metamórficas.

---Rocas sedimentarias.

METODOS ÍNDIRECTOS

*Gabimetría:

La gavimetría es la parte de la geodesia que se ocupa de la medida de la gravedad y de su aplicación al conocimiento de la forma y estructura de la tierra; la gavimetría contribuye a la determinación del geoide y ha permitido, entre otras aplicaciones, explicar el fenomeno de las mareas. Ha sido la primera en plantear el problema de la isostasia. A una escala más reducida, en prospección, permite conocer con el subsuelo formaciones caracterizadas por un contraste de densidad. Esto se debe a “ley de gravitación universal”.

Efectivamente, el campo gravitatorio existe en todo el universo y su comportamiento viene expresado por esta misma ley, que fue formulada por Newton en 1687.

Ley de gravitación universal:

m1 *m2 *G(constante)=6,67 x 10 elevado a -11.

F= G x --------- *M1= masa del primer cuerpo. M2= masa del segundo

d2 *d2= diamero del segundo cuerpo.

Antiguamente, se medía la aceleración de la gravedad por medio de un péndulo, que utilizado convenientemente proporciona valores muy aproximados. En la actualidad se utiliza para ello el gavímetro, que proporciona mayor precisión que el péndulo y siendo menos laborioso su utilización.

*Geomagnetismo:

Denominamos geomagnetismo como conjunto de los fenómenos magnéticos relacionados con el globo terrestre. La ciencia del magnetismo deriva de la observación de las propiedades de los imanes, mientras que el geomagnetismo nació con la brújula. En la superficie del globo terrestre existe un campo mágnetico natural, bastante regular en su conjunto, y que, en el espacio lindante con un mismo lugar, puede considerarse como uniforme con una aproximación satisfactoría. A partir de esta superficie, este campo puede ser igualmente observado en profundidad y en altitud; en este último caso, el campo magnético terrestre disminuye más o menos regularmente y permanece confiado en una vecindad denominada magnetosfera; en cambio, a penas se sabe nada sobre su valor en el interior del globo.

En todo punto donde se manifiesta este campo terrestre, se puedellegar a determinar mediante la consideración (y la medida) de sus elementos principales: la declinación, la inclinación, lacomponente horizontal y, complementariamente, la componente vertical, así como el valor del campo total en el espacio. La declinación D y la inclinación I varían según datos experimentales, que se resumen en mapas que dan las lineas de igual declinación (isógonas) y las de igual inclinación (isoclinas). La intensidad del campo total “F” y de sus componentes se expresa en gammas (10 elevado a 9= 1 Tesla). El campo magnético terrrestre sufre en un lugar dado incesantes variaciones, aunque de débil amplitud. El conocimiento preciso de este campo se obtiene: por una parte, en los observatorios geomagnéticos, donde se siguen continuamente sus variaciones respecto al tiempo, las medidas que en ellos se efectúan no son, o lo son poco, perturvadas por la actividad humana; por otra, al medir el campo en numerosos puntos de la superficie terrestre, éstas son las redes magnéticas.

*Geotermia:

Denominamos geotermia como el estudio de los fenómenos térmicos internos del globo terrestre.

Sabemos que existe calor interno en el globo por varias razones como pueden ser los volcanes, los geiser, etc. No obstante, la mayor parte del calor interno de la tierra se desprende regular y constantemente por conducción. El flujo calorífico puede ser medido, este se expresa en unidades de flujo calorífico (HFU), que se define como la cantidad de calor desprendida por cm2 de superficie y por un segundo.

1 HFU= 10 elevado a -6 cal/cm2 x S

El aumento de temperatura con relación a la profundidad se denomina “gradiente geotérmico” y se acepta como valor medio de este gradiente el aumento de 1ºC por cada 33m de profundidad. Sin embargo, este valor no es constante, ya que depende de dos factores: la conductividad de las rocas, que es muy variable, y el flujo de calor en sí mismo, que tambien es variable. También hay que decir que el aumento de 1ºC cada 33m solo es aplicable hasta los 5 o 6Km de profundidad a partir de la superficie; ya que a partir de ahí el aumento de temperatura se supone mucho menor.

Existen algunas áreas, bien delimitadas, en las que el flujo de calor es significativamente diferente. Ello permite establecer áreas geotérmicas.

Las medidas más interesantes se han realizado en los oceanos, y se ha visto que las zonas con mayor flujo son las dorsales oceánicas, existiendo una disminución del flujo a medida que nos alejamos de ellas. En cuanto a las áreas continentales, son las zonas de orógenos (cordilleras recientes) las que tienen un flujo más elevado. En general podemos considerar que el flujo de calor es claramente superior al valor medio en las zonas activas de la corteza terrestre, si exceptuamos las zonas de fosas abisales, que son zonas muy activas, en las que el flujo calorífico es relativamente bajo.

*Sismología:

Se denomina simología al estudio de los sismos y de los diversos movimientos del suelo.

El estudio de los sismogramas muestra que las ondas sísmicas relativas a un mismo sismo se distribuyen en tres grupos sucesivos de oscilaciones, cada uno de los cuales se recibe en una

estación determinada. Un deslizamiento súbito a lo largo de una falla, por ejemplo, produce ondas longitudinales de empuje-tiro (P) y transversales de cizalla (S). Los trenes de ondas P, de compresión, establecidos por un empuje (o tiro) en la dirección de propagación de la onda, causan sacudidas de atrás hacia adelante en las formaciones de superficie. Los desplazamientos bruscos de cizalla se mueven a través de los materiales con una velocidad de onda menor al agitarse los planos de arriba a abajo. Cuando las ondas P y S encuentran un límite, como la discontinuidad de Mohorodovicic (Moho), que yace entre la corteza y el manto de la Tierra, se reflejan, refractan y transmiten en parte y se dividen en algunos otros tipos de ondas que atraviesan la Tierra. Los intervalos de propagación dependen de los cambios en las velocidades de compresión y de onda S al atravesar materiales con distintas propiedades elásticas. Las rocas graníticas corticales muestran velocidades típicas de onda P de 6 km/s, mientras que las rocas subyacentes máficas y ultramáficas (rocas oscuras con contenidos crecientes de magnesio y hierro) presentan velocidades de 7 y 8 km/s respectivamente.

Además de las ondas P y S —ondas de volumen o cuerpo—, hay dos ondas de superficie, ondas Love, llamadas así por el geofísico británico Augustus E. H. Love, que producen movimientos horizontales del suelo y las ondas Rayleigh, por el físico británico John Rayleigh, que producen movimientos verticales y son conocidas como ondas R. Estas ondas viajan a gran velocidad y su propagación se produce sobre la superficie de la Tierra.

Las ondas sísmicas longitudinales, transversales y superficiales provocan vibraciones allí donde alcanzan la superficie terrestre. Los instrumentos sísmicos están diseñados para detectar estos movimientos con métodos electromagnéticos u ópticos. Los instrumentos principales, llamados sismógrafos, se han perfeccionado tras el desarrollo por el alemán Emil Wiechert de un sismógrafo horizontal, a finales del siglo XIX.

Algunos instrumentos, como el sismómetro electromagnético de péndulo, emplean registros electromagnéticos, esto es, la tensión inducida pasa por un amplificador eléctrico a un galvanómetro. Los registradores fotográficos barren a gran velocidad una película dejando marcas del movimiento en función del tiempo. Las ondas de refracción y de reflexión suelen grabarse en cintas magnéticas que permiten su uso en los análisis por ordenador.

Los sismógrafos de tensión emplean medidas electrónicas del cambio de la distancia entre dos columnas de hormigón separadas por unos 30m. Pueden detectar respuestas de compresión y extensión en el suelo durante las vibraciones sísmicas. El sismógrafo lineal de tensión de Benioff detecta tensiones relacionadas con los procesos tectónicos asociados a la propagación de las ondas sísmicas y a los movimientos periódicos, o de marea, de la Tierra sólida. Invenciones aún más recientes incluyen los sismógrafos de rotación, los inclinómetros, los sismógrafos de banda ancha y periodo largo y los sismógrafos del fondo oceánico. Hay sismógrafos de características similares desplegados en estaciones de todo el mundo para registrar señales de terremotos y de explosiones nucleares subterráneas. La Red Sismográfica Estándar Mundial engloba unas 125 estaciones.

La investigación sismológica básica se concentra en la mejor comprensión del origen y propagación de los terremotos y de la estructura interna de la Tierra. Según la teoría elástica del rebote, la tensión acumulada durante muchos años se libera de manera brusca en forma de vibraciones sísmicas intensas por movimientos de las fallas.

Los temblores fuertes pueden, en segundos, reducir a escombros las estructuras de los edificios; por esto los geólogos e ingenieros consideran diversos factores relacionados con los sismos en el diseño de las construcciones, porque los diques, las plantas de energía nuclear, los depósitos de almacenamiento de basuras, las carreteras, los silos de misiles, los edificios y otras estructuras construidas en regiones sismogénicas, deben ser capaces de soportar movimientos del terreno con máximos estipulados.

Los métodos sísmicos de prospección utilizan explosivos para generar ondas sísmicas artificiales en puntos determinados; en otros lugares, usando geófonos y otros instrumentos, se determina el momento de llegada de la energía refractada o reflejada por las discontinuidades en las formaciones rocosas. Estas técnicas producen perfiles sísmicos de refracción o de reflexión, según el tipo de fenómeno registrado. En las prospecciones sísmicas de petróleo, las técnicas avanzadas de generación de señal se combinan con sistemas sofisticados de registro digital y de cinta magnética para un mejor análisis de los datos. Algunos de los métodos más avanzados de investigación sísmica se usan en la búsqueda de petróleo.

El perfilado sísmico de reflexión, desarrollado en la década de 1940 para la exploración petrolera, ha sido utilizado en los últimos años en investigación básica. En la actualidad hay programas destinados a descifrar la estructura de la corteza continental oculta que han usado esta técnica para sondear rocas a decenas de kilómetros de profundidad; con ellos se resuelven muchos de los enigmas sobre el origen y la historia de determinados puntos de la corteza terrestre. Entre los grandes descubrimientos obtenidos destaca una falla casi horizontal con más de 200 km de desplazamiento. Esta estructura, situada en el sur de los Apalaches de Georgia y de Carolina del Sur, representa la superficie a lo largo de la cual una capa de roca cristalina se introdujo en rocas sedimentarias como resultado de la colisión gradual entre América del Norte y África durante el pérmico, hace 250 millones de años.

Investigaciones llevadas a cabo en el mar del Norte, al norte de Escocia, han trazado estructuras aún más profundas, algunas se extienden bajo la corteza, dentro del manto terrestre, a casi 110km de profundidad.

Los sismólogos han diseñado dos escalas de medida para poder describir de forma cuantitativa los terremotos. Una es la escala de Richter —nombre del sismólogo estadounidense Charles Francis Richter— que mide la energía liberada en el foco de un sismo. Es una escala logarítmica con valores entre 1 y 9; un temblor de magnitud 7 es diez veces más fuerte que uno de magnitud 6, cien veces más que otro de magnitud 5, mil veces más que uno de magnitud 4 y de este modo en casos análogos. Se estima que al año se producen en el mundo unos 800 terremotos con magnitudes entre 5 y 6, unos 50.000 con magnitudes entre 3 y 4, y sólo 1 con magnitud entre 8 y 9. En teoría, la escala de Richter no tiene cota máxima, pero hasta 1979 se creía que el sismo más poderoso posible tendría magnitud 8,5. Sin embargo, desde entonces, los progresos en las técnicas de medidas sísmicas han permitido a los sismólogos redefinir la escala; hoy se considera 9,5 el límite práctico.

La otra escala, introducida al comienzo del siglo XX por el sismólogo italiano Giuseppe Mercalli, mide la intensidad de un temblor con gradaciones entre I y XII. Puesto que los efectos sísmicos de superficie disminuyen con la distancia desde el foco, la medida Mercalli depende de la posición del sismógrafo. Una intensidad I se define como la de un suceso percibido por pocos, mientras que se asigna una intensidad XII a los eventos catastróficos que provocan destrucción total. Los temblores con intensidades entre II y III son casi equivalentes a los de magnitud entre 3 y 4 en la escala de Richter, mientras que los niveles XI y XII en la escala de Mercalli se pueden asociar a las magnitudes 8 y 9 en la escala de Richter.

*Meteoritos:

Denominados como fragmentos de materia que llegan a la tierra procedente del espacio, se cree que proceden del cinturón de asteroides, que hay entre Marte y Júpiter. De vez en cuando hay algo los perturba y alguno de ellos sale despedido de esa órbita, estos se pierden por el universo, otros colisionan con planetas o estrellas y otros caen a gran velocidad a la tierra.

Los meteoritos se pueden clasificar como:

LITITOS ------------(ligeros): son meteoritos rocosos , y están constituidos básicamente por silicatos (SI2 O4) .

SIDEROLITOS ----(Intermedios): son meteoritos metálicos y están formados por hierro, níquel y vanario.

SIDERITOS ---------(Más densos): son una mezcla de roca con metales.

Los meteoritos de cierta importancia llegan hasta el suelo a velocidades supersónicas y abren cráteres de dimensiones a veces considerables, pero cuya forma se modifican luego por acción de la sedimentación y de la erosión. Las investigaciones modernas han llegado a reconocer 13 cráteres de origen meteórico cierto, con presencia de fragmentos meteoríticos. Éstos son lo más recientes. No remontan más allá del pleistoceno; 78 cráteres más antiguos tienen probablemnte el mismo origen, pues muestran efectos de impactos metamórficos indiscutibles, pero los meteoritos están ausentes. Los primeros tienen diametros que van desde los 10 a 1200m, y el mayor es el Meteor Crater, en Arizona. Los diametros de los segundos alcanzan hasta 140Km (cráter de Vredefort, en la República sudáficana).

Los meteoritos nos sirven a la hora de estudiar el espacio y la tierra en sí, ya que hemos de suponer que el meteorito no es mas que, un “trozo” de planeta, estrella o cualquier otro cuerpo celeste, y si en este caso fuese de otro planete podremos comprender mejor el comportamiento interno del nuestro.