Principios fundamentales de las Ciencias Geológicas

Geología, Morfología del terreno y Climatología
UPM - ETSIC
I TEMA 1 i
PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE LAS CIENCIAS GEOLÓGICAS
1. CIENCIAS GEOLÓGICAS
Es el conjunto de ciencias que estudian la composición, la estructura y los procesos (internos y
externos), que tienen lugar en la Tierra.
Constituyen una ciencia actual e histórica, al centrarse no sólo en las características actuales, sino que
también estudia el origen y evolución de la tierra hace 4600 millones de años
Cada ciencia que conforma la Geología posee un nombre diferente, que depende de la materia que
estudia.








La Petrología estudia la formación, evolución y composición de las rocas.
La Geomorfología estudia la formación y evolución del relieve de la tierra.
La Hidrología estudia el agua subterránea.
La Paleontología estudia la evolución del planeta a raves del registro fósil.
La Geofísica estudia las propiedades físicas de la Tierra.
La Geoquímica las propiedades químicas.
La Estratigrafía y Sedimentología estudia el origen y evolución de los sedimentos a través del
registro litológico
La Geología Aplicada a la Ingeniería constituye el conjunto de conocimientos geológicos
relacionados con la ingeniería. Es decir, las implicaciones que el terreno, su naturaleza,
estructura y estado físico y tensional, tiene para las obras realizadas por el hombre y fenómenos
naturales o inducidos que puedan afectarles.
2. FUNDAMENTOS Y CAMPOS DE APLICACIÓN DE LA GEOLOGIA
2a. Fundamentos de la geología
— Mecánica de los suelos y rocas
— Hidrogeología
— Investigaciones “in situ”.
— Mapas geológicos, geotécnicos y de riesgos geológicos.
2b.Campo de aplicación de la geología
— Estudios de las cimentaciones de edificios y estructuras.
— Disposición de taludes provisionales y permanentes.
— En la construcción de túneles.
— En la construcción de presas y canales.
— En la construcción de escolleras.
— En la construcción de terraplenes y pedraplenes.
— Estudio de riesgos geológicos y prevención
— Impacto medioambiental
© Adrián de la Torre Isidoro
1
www.nuestrosapuntes.webcindario.com
Geología, Morfología del terreno y Climatología
UPM - ETSIC
3. HISTORIA DE LA GEOLOGIA
 PLINIO (petrificaciones), HERODOTO (canteras), VITRUVIO (suelos, aguas subterráneas y rocas).
 EDAD MEDIA: no abundan los testimonios escritos.
 RENACIMIENTO:
 Leonardo da Vinci: primeras observaciones sobre fósiles.
 STENO: Tratado de Geología.
 El seísmo de Lisboa (1755), estimuló el interés por conocer el interior del planeta.
 Las polémicas sobre el origen de las rocas centrarán, en el siglo XVIII, los estudios de geología
creándose dos grandes escuelas:
 Los Neptunistas, creadas por Werner (el origen de todas las rocas se produce en los mares)
 Los Vulcanistas fundada por Hutton (todas las rocas se forman a partir del magma).
 En el siglo XIX se da un gran impulso a la Geología:
 DARWIN (1808-1882): Teoría de la evolución.
 SUESS (1831-1914): Geología y Paleontología.
 En el siglo XX: Llopis, Clemente Sáenz, Mingarro, Hernández Pacheco: impulsan la geología en
España.
4. ORIGEN DE LA TIERRA. EL BIG-BANG
Según los científicos, hace unos 15.000 millones de años se produjo una gran explosión, el Big Bang. La
fuerza desencadenada impulsó la materia, extraordinariamente densa, en todas direcciones, a una
velocidad próxima a la de la luz.
Con el tiempo, y a medida que se alejaban del centro y reducían su velocidad, masas de esta materia se
quedaron más próximas para formar, más tarde, las galaxias. Una porción de materia se condensó en
una nube más densa hace unos 5000 millones de años.
Las fuerzas gravitatorias hicieron que la mayor parte de esta masa formase una esfera central y, a su
alrededor, quedasen girando masas mucho más pequeñas. La masa central se convirtió en una esfera
incandescente, una estrella, nuestro Sol.
Las pequeñas también se condensaron mientras describían orbitas alrededor del Sol, formando los
planetas y algunos satélites. Entre ellos, uno quedo a la distancia justa y con el tamaño adecuado para
tener agua en estado liquido y retener una importante envoltura gaseosa.
Naturalmente, este planeta es la Tierra.
La tierra que hoy conocemos tiene una apariencia muy distinta de la que poseía en su génesis, hace
unos 4500 millones de años.
En su primer estadio era una amalgama de rocas y gases cuyo interior se calentó y fundió todo el
planeta.
Con el tiempo la corteza se seco y se volvió solida. En las partes más bajas se acumulo el agua mientras
que, por encima de la corteza terrestre, se formaba una capa de gases, la atmósfera.
© Adrián de la Torre Isidoro
2
www.nuestrosapuntes.webcindario.com
Geología, Morfología del terreno y Climatología
UPM - ETSIC
5. PRINCIPIOS Y CONCEPTOS BASICOS DE LA GEOLOGIA
 UNIFORMISMO
Las leyes físicas son inmutables y universales.
Los procesos naturales que actuaron en el pasado son, los mismos que actúan en el presente.
 ACTUALISMO
Las mismas causas producen los mismos efectos, por lo que explican los fenómenos pasados a
partir de las mismas causas que operan en la actualidad.
Las leyes no varían con el tiempo, salvo su Intensidad y periodicidad (Hutton, 1759 y Lyell, 1830)
 CATASTROFISMO
Los cambios geológicos y biológicos producidos en nuestro planeta se debían no a cambios
graduales, sino a cambios repentinos y violentos. (Curvier y Buckland).
6. EL CICLO GEOLÓGICO
A lo largo de la historia de la Tierra, la corteza ha estado sometida a transformaciones continuas,
consecuencia de la acción de los agentes geológicos, tanto internos como externos, que son los
elementos que con su actividad producen cambios en el relieve terrestre.
Los procesos geológicos internos tienen su principal origen en el calor interno del planeta,
considerándose constructivas al ser los responsables de la formación del relieve. La manifestación de los
agentes internos se realiza en forma de movimientos lentos (orogénicos) o bruscos (seísmos y volcanes).
Los procesos geológicos externos se deben a la actuación de los agentes externos (atmósfera, agua,
viento), teniendo su origen en el calentamientos provocado por la radiación solar y en la fuerza de la
Gravedad.
El CICLO GEOLOGICO integra ambos procesos, que se realizan de forma ininterrumpida y simultanea, en
tres fases:
— Orogénesis o formación de nuevas cadenas montañosas.
— Gliptogénesis que es la destrucción del relieve, debida a los agentes externos.
— Litogénesis que es la formación de nuevos materiales a partir de los ya existentes(rocas
sedimentarias) y de otros que se incorporan desde el interior (rocas magmáticas y
metamórficas)
© Adrián de la Torre Isidoro
3
www.nuestrosapuntes.webcindario.com
Geología, Morfología del terreno y Climatología
UPM - ETSIC
7. SUCESO GEOLOGICO
Cualquier variación de la tierra constituye un SUCESO GEOLOGICO. Se produce un fenómeno cualquiera
en un Tiempo, en un Espacio con un ambiente determinado y un consumo de Energía.
8. TIEMPO EN GEOLOGIA
La unidad de medida del tiempo es 1 millón de años. Los procesos geológicos son lentos, exceptuando
algunos como los volcanes y terremotos. Para su datación se puede realizar:
 Cronología absoluta. Indica el tiempo transcurrido desde que se produce un suceso hasta el
momento que se mide (métodos radiactivos, C14, uranio, Thorio,..).
 Cronología relativa. Establece el orden cronológico en el que se producen los sucesos,
basados en:
 Principio de superposición normal. Horizontalidad Inicial (Steno, 1699).
 Un suceso es posterior a los estratos a los que afecta y anterior a los no afectados
por él.
 Sucesión faunística.
 Fósil característico (abundante, gran dispersión y evolución rápida)
9. FENOMENOS NATURALES Y RIESGOS GEOLOGICOS
 Riesgo geológico: Aquel proceso natural o inducido por el hombre que, por su dinámica, es
capaz de generar daños humanos y materiales y conmover a la sociedad.
 Los principales en la ingeniería civil:
 Deslizamientos y desprendimientos
 Hundimientos y subsidencias. Fallas.
 Terremotos y maremotos.
 Inundaciones y avenidas.
 Erupciones volcánicas.
© Adrián de la Torre Isidoro
4
www.nuestrosapuntes.webcindario.com
Geología, Morfología del terreno y Climatología
UPM - ETSIC
10.CONSTITUCIÓN DEL GLOBO TERRESTRE
ESTRUCTURA ZONAL DE LA TIERRA
 ATMOSFERA.
800 Km (N=78%, O=21%, CO2 y Gases nobles= 1%)
 CORTEZA.
 Hidrosfera: mares 98 %. Hielo 1,87 %. Agua dulce: 0,13 %
 Litosfera: SIAL y SIMA.
Espesor: de superficie hasta 40 Km de profundidad.
Densidad: 2,80 á 3 t/m3.
 MANTO SUPERIOR. DISCONTINUIDAD DE Mohorovicic.
Espesor: de 40 a 800 km de profundidad
Densidad: 3 a 4 t/m3.
 MANTO INFERIOR. DISCONTINIDAD DE Bullen.
Espesor: de 900 a 2900 km de profundidad.
Densidad: 4 a 6 t/m3.
 NUCLEO EXTERNO. DISCONTINUIDAD DE Guttermberg.
Espesor: De 2900 a 5120 km de profundidad.
Densidad: 6 a 11 t/m3.
 NUCLEO INTERNO. DISCONTINUIDAD DE Wiechert.
Espesor: de 5120 a 6370 km de profundidad.
NIFE: densidad: 12 a 13.6 t/m3.
11.CONSTITUCIÓN DEL GLOBO TERRESTRE
© Adrián de la Torre Isidoro
5
www.nuestrosapuntes.webcindario.com
Geología, Morfología del terreno y Climatología
UPM - ETSIC
12.ESTRUCTURA ZONAL
Presenta una gran dificultad para su estudio. Se ha obtenido mediante:


Métodos directos:
— Sondeos (16 Km en la Península de Kola).
Métodos indirectos:
— Estudio de ondas sísmicas.
— Variación de la temperatura con la profundidad. Gradiente geotérmico (1ºC por cada 33m de
profundidad.
— Variaciones de presión y densidad.
— Anomalías de la gravedad. La distribución de las masas y su densidad en la vertical de la zona
donde se han realizado las medidas permite:
Deducir la situación de cuencas sedimentarias, intrusiones volcánicas, cuerpos
mineralizados, fallas, zonas de subducción, etc.
Deducir la existencia de dos tipos de corteza de diferente composición: continental u
oceánica.
Interpretar algunos procesos tectónicos de elevación o hundimiento que afectan a la
corteza terrestre.
Como se distribuyen las ondas sísmicas, P y S en un globo terrestre
© Adrián de la Torre Isidoro
6
www.nuestrosapuntes.webcindario.com
Geología, Morfología del terreno y Climatología
UPM - ETSIC
Variación de la temperatura con la profundidad.
Pendiente geotérmico (1ºC por cada 33 m de profundidad)
Variación de presión y densidad
Anomalías de la gravedad
Distribución de masas y su densidad en la vertical de la zona donde se han realizado las medidas,
permite:
Deducir la situación de las cuencas sedimentarias, intrusiones volcánicas cuerpos mineralizados, fallas,
zonas de subducción, etc.
Deducir la existencia de dos tipos de corteza de diferente composición:
— Corteza oceánica formada por basalto (densidad = 3 g/cm3)
— Corteza continental, formada por granito (densidad = 2,7 g/cm3)
Interpretar algunos procesos tectónicos de elevación o hundimiento que afectan a la corteza terrestre.
© Adrián de la Torre Isidoro
7
www.nuestrosapuntes.webcindario.com
Geología, Morfología del terreno y Climatología
UPM - ETSIC
13.TEORIAS ISOSTATICAS
Están basadas en que la corteza es menos densa en las montañas que en las llanuras. Son movimientos
lentos, de elevación o de hundimiento, según su densidad, esta es la idea del “equilibrio isostático”
propuesto por George Airy (mediados del siglo XIX).


PRESIÓN LITOSTATICA: Depende de la densidad y espesor de las capas
SUPERFICIE DE IQUILIBRIO ISISTATICO: A 100- 200 km.
En realidad los bloques en equilibrio no tienen todos el mismo espesor, sobresaliendo más los bloques
que más volumen tienen hundido y por otra parte, el “fluido” en el cual reposan los continentes es un
fluido muy viscoso (astenosfera).
El equilibrio no es perfecto. Las presiones ejercidas por el peso de los bloque se igualan a partir de los
100 km de profundidad.
El equilibrio tiende a restablecerse mediante movimientos verticales; el bloque aligerado tiende a
elevarse y hundirse el sobrecargado.
El bloque de madera
se hundirá al
colocarle un peso
El bloque se
elevará al
retirarle el peso
colocarle un
peso
© Adrián de la Torre Isidoro
8
www.nuestrosapuntes.webcindario.com