Geofísica

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
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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
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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.
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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.
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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.
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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:
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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.
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