Aepect 16-1C

TALLERES
TALLER: BRÚJULAS, NORTES Y MAPAS
Workshop: Compasses, Norths and Maps
Jesús Duque Macías (*)
RESUMEN
Taller dedicado a la historia de las brújulas y sus principales aplicaciones en geología. Se construirá
una brújula elemental. Mediremos orientaciones, direcciones y buzamientos con una brújula de geólogo.
Analizaremos sobre mapas los diferentes nortes y sus relaciones. Por último se plantearán y resolverán
ejercicios “sencillos” de geología estructural.
ABSTRACT
Workshop devoted to the history of the compasses and their main applications in geology. An elementary compass will be constructed. We will measure orientations, directions and dips with a geologist’s
compass. We will analyze on maps the different norths and his relations. Finally there will raise and be
solved “simple” exercises of structural geology.
Palabras clave: Brújula, norte, mapa, rumbo, orientación, azimut, dirección, buzamiento.
Keyword: Compass, north, map, course, orientation, azimuth, strike, dip.
“Cuando los habitantes de Cheng van a coger jade, llevan un aparato que señala el sur para no perderse”
“Libro del maestro del Valle del Diablo” Atribuido al filósofo Su Ch’in. Siglo IV a.C.
INTRODUCCIÓN:
OBJETIVOS:
– Conocer brevemente la historia de la brújula y
el magnetismo.
de las primeras aplicables al primer ciclo de la
ESO, hasta las últimas a la Geología de 2º de Bachillerato e incluso primeros cursos de Facultad, pasando por grados de dificultad intermedios.
– Construir modelos de brújulas sencillas: cuchara china, aguja imantada y disco imantado.
CONTENIDO DEL TALLER:
– Reconocer distintos tipos de brújulas y sus
elementos.
BLOQUE PRÁCTICO I: Historia de la brújula:
Modelización de brújulas sencillas
– Utilizar la brújula de geólogo para trazar visuales y medir direcciones y buzamientos.
Objetivo: Conocer brevemente la historia de la
brújula y construir modelos de brújulas históricas.
– Aplicar los diferentes nortes al cálculo de
rumbos, direcciones y azimuts.
Introducción: ¿Qué es una brújula? El diccionario de la RAE (Real Academia Española) ofrece
cuatro acepciones para el término brújula, la primera es:
– Conocer las principales proyecciones y coordenadas cartográficas.
– Transformar datos obtenidos con la brújula
para su utilización en el mapa.
– Resolver problemas sencillos de “los tres puntos” discriminando datos de mapa y brújula.
TEMPORIZACIÓN: 120 minutos
DIFICULTAD DEL TALLER: Las actividades se han ordenado en creciente complejidad, des-
“Instrumento consistente en una caja en cuyo
interior una aguja imantada gira sobre un eje y señala el norte magnético, que sirve para determinar
las direcciones de la superficie terrestre.”
La etimología del término brújula procede del
italiano bussola, y este del latín buxis, pyxis, caja.
Contenidos conceptuales: Breve historia de la
brújula
(*) Departamento de Biología y Geología. IES Politècnic de Palma de Mallorca. c/ Menorca 1. Palma de Mallorca 07011.
[email protected] Tf: 971-734175. Vicepresidente de la AGEIB (Associació de Geòlegs de les Illes Balears).
Enseñanza de las Ciencias de la Tierra, 2008. (16.1) 23-34
I.S.S.N.: 1132-9157
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Primeras referencias sobre la utilización de
materiales magnéticos El estudioso de la historia
de la ciencia en China, Joseph Needham considera
que la primera cita escrita sobre el uso de la brújula
es del siglo IV a.C. (cita bajo título).
La primera descripción de un artilugio que marcaba una dirección es, según Needham (1977), el
“tablero de adivinador” (shih) de la época Han (entre el siglo I a.C. y siglo I d.C.). Consistía en una lámina cuadrada, que en medio tenía una cuchara de
piedra imán (shao) que indicaba el sur.
Aparición de la aguja imantada sobre agua
Robert Temple (1987) indica que el uso de la brújula como instrumento de orientación en navegación
marítima en China comenzó a utilizarse entre los
años 850 y 1050, aunque no hay referencia directa
hasta 1117.
La primera mención europea al uso de una aguja magnetizada aparece en el texto “De naturas rerum” de Alexander Neckam en 1190 (Temple
1987): Cuando los marineros navegan por alta mar
y hay nubes no pueden beneficiarse de la luz del
Sol, o cuando el mundo está envuelto en la oscuridad de las sombras de la noche e ignoran hacia qué
punto se dirige el barco, frotan el imán con una
aguja. Esta gira hasta que cuando cesa el movimiento, señala el norte.
Invención de la brújula seca La brújula seca
fue inventada en Europa alrededor del año 1300 para uso náutico. Meter Peregrinus en 1269 describe
el sistema de aguja y caja, pero fue el marinero italiano Flavio Gioja de Amalfi el que perfeccionó la
caja, dándole una apariencia familiar y usó por primera vez el término brújula (Kreutz, 1973).
Comienzo de la utilización de la brújula en la
geología (minería) A comienzos del siglo XIV se
utilizó por primera vez la brújula como herramienta
para determinar las direcciones de los túneles de las
minas de Massa (Italia), (Luwing, 1997).
En 1500 se imprime un folleto de Ulrico Rülein
von Calw (1463-1525) alias Kalbe, titulado “Bergbüchlein”. El texto describe una instructiva conversación entre un experto minero y un principiante
con un vocabulario innovador y geológico
(François Ellenberger, 1989). Aparecen términos
para describir el rumbo y la inclinación de los filones. Kalbe indica que es importante el rumbo porque tiene relación con la naturaleza de los filones.
El rumbo es expresado en “horas” de la brújula (F.
Ellenberger, 1989).
del sueco Gunar Tilander (brújula húmeda). En
1936 Toumas Vohlonen crea la primera brújula
portátil húmeda para uso individual. Los líquidos
suelen ser aceite, queroseno o alcohol que hacen
que la aguja no oscile. También se mejora la brújula
con la aparición del disco magnetizado. Con el
tiempo se van añadiendo más complementos como
el limbo móvil, clinómetros, burbujas de nivel, escalas, marcas luminosas o reflectantes, mecanismos
ópticos (puntos de mira, espejos, prismas…).
Orientación en la actualidad, más allá de la
brújula En 1965 se pone en funcionamiento el primer GPS (Global Position System). Hoy día estamos habituados a utilizarlo (vehículos, retransmisiones televisivas deportivas…). En los próximos
años aparecerá el sistema europeo Galileo. También
aparece la brújula electrónica, pero tanto en barcos
y aviones como en geología se siguen utilizando
brújulas magnéticas, por seguridad, manejabilidad y
robustez.
Observación: Para la realización de las actividades no debe haber cerca artefactos eléctricos o con
hierro que puedan interferir en los materiales magnéticos.
• A1. Modelización de la brújula china con una
cuchara y un imán de barra
Material: Imán de barra, cuchara metálica que
sea atraída por el imán.
Procedimiento: Colocar el imán sobre la cuenca
de la cuchara de tal manera que la cuchara solo se
apoye en un punto sobre una superficie plana. Dejar
girar libremente la cuchara. El mango de la cuchara
indicará una dirección. Volver a realizar la misma
operación girando 180º el imán. ¿Qué ocurre? El
mango de la cuchara nos indicará el norte o el sur
magnético dependiendo del sentido del imán que se
alineará con las líneas de fuerza del campo magnético terrestre ¡Hemos construido una brújula!
• A2. Construcción de una brújula con aguja
imantada sobre agua
Material: Aguja de coser imantable, trozo de
Este texto fue referencia directa para la obra de
Georg Bauer (1494-1555) alias Agrícola. A partir
de entonces la brújula es un instrumento imprescindible en geología.
Evolución posterior de la brújula. Invención
de la brújula húmeda En siglos posteriores se solventan problemas como la declinación. Aparecen
brújulas con carácter religioso, como la de Quibla
musulmana o la de Jerusalén judía.
El primer prototipo de brújula en la que el marcador se encuentra inmerso en líquido es de 1928
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Fig.1 Modelos de brújulas: A) Cuchara china; B)
Aguja imantada sobre agua; C) Brújula de disco.
Foto J. Duque.
Enseñanza de las Ciencias de la Tierra, 2008 (16.1)
corcho o similar, imán de barra, vaso o recipiente
de cristal con agua.
Procedimiento: a) Imantar la aguja, para ello
frotar sobre un polo del imán siempre en la misma
dirección y sentido, bastará con unas 30 veces; b)
Clavar la aguja en el corcho para que tenga flotabilidad intentando que quede lo más centrada posible;
c) Poner la aguja con el flotador sobre la superficie
del agua del vaso. La aguja imantada se orienta en
la dirección del campo magnético terrestre. Al girar
el vaso observaremos que la aguja conserva su
orientación.
• A3. Construcción de una brújula con un CD en
recipiente con agua
Material: Un CD, tapa de plástico de un paquete de CDs, un trozo de imán o un imán pequeño, pegamento, agua
Procedimiento: a) Pegar el imán en la zona exterior del CD, si se sabe la polaridad del imán se pegará con los polos perpendiculares al círculo del
CD; b) Depositar el CD en la tapa de plástico vuelta
hacia arriba y con agua hasta la mitad de su cabida.
Hay que tener en cuenta que el imán sea lo suficientemente pequeño para que el CD quede lo más horizontal posible; c) Hemos construido un modelo de
brújula disco.
Nota: Podemos comprobar que si variamos el líquido en el que se encuentra el disco su movimiento se irá ralentizando proporcionalmente a la densidad del líquido, ¿qué ocurrirá si añadimos sal al
agua?
• A4. Dibujar una “rosa de los vientos” sobre la
brújula de CD construida
Material: Rotuladores permanentes negro y rojo, CD con imán, brújula de aguja, papel de cocina
o similar, transportador de ángulos (a ser posible de
círculo completo).
Procedimiento: a) Comparar la dirección de la
brújula de aguja construida en la actividad A2 con
la que nos indica el CD; b) Marcar el norte y secar
el CD; c) Trazar la dirección N-S magnética y respecto a ella dibujar el E y O y puntos intermedios.
Utilizaremos el rotulador negro para trazar los cuatro puntos cardinales y el rojo para los puntos intermedios con ayuda del transportador de ángulos.
Observaciones: El diseño de la rosa de los vientos
puede ser muy variado, se deja a libre albedrío siempre y cuando su representación sea comprensible.
BLOQUE PRÁCTICO II: Geomagnetismo: modelos de aplicaciones en Geología
Objetivo: Reproducir alteraciones en el campo
magnético y su aplicación en geología.
Introducción: El campo magnético terrestre se
encuentra sometido a alteraciones, algunas son propias de su carácter bipolar como es la componente
vertical y otras son locales por ejemplo por acumulación de materiales de composición férrea.
Enseñanza de las Ciencias de la Tierra, 2008 (16.1)
Contenidos conceptuales: Geomagnetismo:
historia, composición y aplicaciones en Geología
En el siglo VI a.C., se descubrió (un pastor según la
leyenda) que un mineral atraía al hierro. Como fue
hallado cerca de la ciudad de Magnesia, en Asia
Menor, se llamó piedra de Magnesia, y el fenómeno
se denominó magnetismo. Fue descrito, por primera
vez, por Tales de Mileto (h. 639/624 a.C.-547/6
a.C.). El término imán procede del latín y significa
“piedra dura”.
Origen del campo geomagnético El campo
geomagnético en un punto de la superficie terrestre es una combinación de varios campos magnéticos generados por distintas fuentes. Más del 90%
del campo medido procede del núcleo externo, es
el Campo Principal, que varía lentamente en el
tiempo. La magnetosfera es el espacio interplanetario donde el Campo Principal domina sobre el
viento solar. Existen dudas sobre la génesis del
campo magnético terrestre, cómo creció, cómo se
invierte y cómo se mantiene. La hipótesis más
aceptada es la del efecto dínamo en el núcleo exterior líquido. La Tierra se comporta como un gigantesco imán cuyo eje está inclinado unos 11º
respecto al eje de rotación, generando líneas de
fuerzas magnéticas que penetran por el polo norte
magnético y salen por el polo sur magnético. En
física, el polo norte del imán es del que salen las
líneas de fuerza, lo que corresponde con el polo
sur geomagnético actual.
Composición del campo geomagnético y sus
aplicaciones en geología El campo geomagnético
es un campo de fuerzas que necesita siete parámetros para ser totalmente definido. La dirección
y el sentido lo medimos con la brújula, es el rumbo. Los valores de estos parámetros en rocas oceánicas llevaron a descubrir la expansión de los
suelos oceánicos. Las medidas de la intensidad
total se han utilizado para estudios de geología
regional y en prospecciones mineras. También
han dado información indirecta de la composición de la litosfera. La intensidad se obtiene con
magnetómetros.
La componente vertical es la inclinación, menos conocida pero importante en geología. El campo geomagnético es horizontal en el ecuador y
vertical en los polos de tal manera que existe una
relación entre la inclinación del campo y la latitud.
Este parámetro se mide con brújulas de inclinación magnética. La inclinación de minerales magnéticos respecto a la estratificación se utiliza como
indicador de paleolatitudes. Con un sistema de
medida perfeccionado por Joe Kirschink (años
90), se obtuvieron inclinaciones magnéticas en
materiales asociados a tillitas del neoproterozoico.
Trabajos de Paul Hoffman y colaboradores en diversos lugares, pero sobretodo en Namibia, concluyeron que esas tillitas habían sido depositadas
en zonas ecuatoriales. Así surge la controvertida
hipótesis de la Tierra Blanca (Snowball Earth)
(Walker, 2007).
La inclinación produce cabeceos en los marcadores de las brújulas normales. Por eso los fa-
25
bricantes de brújulas han dividido la superficie
terrestre en cinco zonas, así cuando adquiramos
una brújula hay que conocer su zona de compensación. La península Ibérica se encuentra al sur
de la zona 1 junto al norte de Europa y Norteamérica.
• A5. Modelizar la componente “vertical” del
campo magnético con una aguja imantada y relacionarlo con la latitud
Material: Imán de botón, aguja magnetizada,
trozo de corcho o similar, vaso de cristal con agua,
regla, transportador de ángulos, folio, rotulador.
Procedimiento: a) Colocar el imán de botón bajo la brújula de la actividad A2 (el recipiente debe
ser más profundo que la longitud de la aguja); b)
Mover verticalmente el vaso con la aguja. ¿Qué
ocurre? c) Establecer una relación entre la elevación del vaso y la latitud reflejándola en una escala
sobre un folio (ver fotografía 2).
BLOQUE PRÁCTICO III: Brújulas: Tipos, elementos y mediciones sencillas
Objetivos: Reconocer los elementos de una brújula y realizar mediciones geológicas.
Introducción: Un instrumento que identifica la
labor del geólogo en el campo es la brújula. Conocer los distintos tipos de brújulas y sus graduaciones nos permitirá medir direcciones y buzamientos,
imprescindible en el trabajo geológico.
Contenidos conceptuales: Tipos de brújulas:
brújula de geólogo
Los tres elementos fundamentales de una brújula son: Marcador magnético: Aguja o disco
imantado que se orienta al norte o sur magnético.
Es la referencia del conjunto que forma la brújula. Limbo o circunferencia graduada: Permite
la lectura del marcador magnético. Caja o
chasis: Estructura donde se alojan los dos elementos anteriores y otros si los hubiera. De forma variable.
Brújula de geólogo: Debe tener: limbo graduado, nivel de burbuja y clinómetro.
SEGUN EL MECANISMO MARCADOR:
Brújulas de aguja: el marcador es una aguja
magnética.
Brújulas de disco: el marcador es un disco magnético graduado donde se indica el norte.
DEPENDIENDO
DEL MEDIO EN EL QUE SE ENCUENTRE
EL MARCADOR:
B
Fig.2 A) Modelo de correlación entre la inclinación
magnética y la latitud. B) Reproducción de inversiones magnéticas. Foto J. Duque.
• A6. Interferencias en las brújulas: hierro y corriente eléctrica
Material: Brújulas construidas en el Bloque I,
diversos objetos de uso común: llaves, reloj, móvil,
silla, libros, folios…
Procedimiento: a) Separar las tres brújulas construidas para que no interfieran; b) Pasar a su alrededor los diferentes objetos; c) Observar que ocurre.
Explicación: Unos objetos desvían la dirección
de nuestras brújulas, sin embargo otros no. La intensidad de la desviación también es diferente. Dos
son los elementos que producen alteraciones en el
campo magnético: el hierro y los elementos electrónicos.
Anexo: Se pueden reproducir inversiones magnéticas situando una serie de imanes sobre la mesa
separados y con la polaridad invertida unos respecto a otros, si pasamos el vaso con la aguja imantada
observaremos como nuestra aguja al pasar de una
zona a otra gira 180ª, está simulando inversiones
magnéticas.
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Brújulas secas: la aguja o disco imantado y gira
libremente.
Brújulas húmedas: la aguja o disco imantado se
encuentra inmerso en líquido.
TIPOS DE BRUJULAS SEGUN LA GRADUACION:
Brújula sexagesimal. Divide la circunferencia
en 360º. Por ejemplo: 35º 25’ 12’’.
Brújula centesimal. Divide la circunferencia en
400º. Cada ángulo recto es de 100º. Cada grado
100 minutos, cada minuto 100 segundos y cada
segundo 10 décimas de segundo. Los grados
centesimales, se llaman “gons” en topografía,
por ejemplo 30,2814 gons, son 30 grados, 28
minutos 14 segundos y se pueden expresar también 30g 28c 14cc.
Brújula milésimal militar. La milésima es el ángulo cuyo arco es la milésima parte del radio de
su circunferencia. La circunferencia se divide
en 6400º. Las fracciones de milésima suelen
despreciarse. Por ejemplo 285º representa
2850º.
El sistema más usado es el sexagesimal. Para
pasar de un sistema a otro sólo tenemos que aplicar
una regla de tres, por ejemplo, si 100º es a 90º, 85º
será a X. O sea que 85x90=7650:100=76,5º. La
operación nos indica que 85º de la brújula centesimal equivalen a 76,5º de la sexagesimal.
Enseñanza de las Ciencias de la Tierra, 2008 (16.1)
SEGUN EL LIMBO O ESFERA GRADUADA:
Brújulas de limbo fijo: El limbo graduado no
puede girar.
Brújulas de limbo móvil: El limbo graduado
puede girar.
TIPOS DE CIRCULOS EN LOS LIMBOS DE LAS BRUJULAS
DE GEOLOGO:
Brújula de cuadrantes o tipo americano: La circunferencia del limbo está dividida en cuatro
cuadrantes cada uno con una anotación de 90º
Brújula de medio círculo: La circunferencia del
limbo está dividida en dos sectores de 180º,
siendo 0º el norte y 180º el sur:
Brújula de círculo completo o azimutales: La
circunferencia del limbo se divide en 360º,
coincidiendo el 0º y 360º como norte
TIPOS DE BRUJULAS EN GEOLOGIA ESTRUCTURAL DE
LIMBO FIJO:
Brújula del tipo Brunton: Existen en versión
azimutal y de cuadrantes
Brújula del tipo Freiberger: Casi de uso exclusivo en América se caracteriza por tener una tapa plana cuya abertura se utiliza como clinómetro. Son de círculo completo.
Estos tipos de brújulas de limbo fijo llevan la
graduación en sentido antihorario para hacer
mediciones geológicas directas. Son utilizadas
por geólogos estructurales.
TIPOS DE BRUJULAS EN GEOLOGIA GENERAL DE LIMBO
MOVIL:
Brújulas tipo Wilkie: Típicas brújulas de geólogo para uso de campo.
Brújulas Silva: Tienen base de plástico transparente para poder utilizarla sobre mapa.
En la bibliografía aparecen varias webs que ofrecen una gran variedad de brújulas, algunas curiosas.
Fig.3 Brújula simple de geólogo con utilidad para
mapas tipo Silva. Foto J. Duque.
• A7. Con un transportador de ángulos dibujar
los distintos tipos de limbos en brújulas de geólogo
guiendo los criterios de los contenidos conceptuales
de este bloque práctico.
Material: Transportador de ángulos de círculo
completo, regla, escuadra, folio
Procedimiento: Con la información aportada en
los contenidos conceptuales se han de dibujar los
tres tipos de círculos de limbos
Observaciones: Es importante conocer las graduaciones de diversas brújulas ya que en diversas
zonas se suelen utilizar diferentes limbos. Para medir direcciones y buzamientos, utilizaremos solamente el tipo de brújula de geólogo más común: de
círculo completo o azimutal con graduación sexagesimal y limbo móvil
• A8. Reconocer varios tipos de brújulas sobre
fotocopia
Procedimiento: Identificar tipos de brújulas si-
Enseñanza de las Ciencias de la Tierra, 2008 (16.1)
• A9. Reconocer y dibujar las partes de una brújula de geólogo, indicando su utilidad
Contenidos conceptuales: Elementos de una
Brújula Wilkie con lente y clinómetro:
1 Mirilla con hilo de visado, 2 Señal de norte de
colimación, 3 Limbo móvil, 4 Línea norte en limbo
móvil, 5 Disco magnético con rosa de los vientos, 6
Nivel, 7 Punta del soporte de zafiro, 8 Reglas colimadas en centímetros y pulgadas, 9 Tabla de conversión de distancias, 10 Lente-prisma, regulable en
altura, 11 Clinómetro con escalas en % y grados, 12
Tapa con elemento de colimación, 13 Caja o carcasa, 14 Fijación de trípode, 15 Anillo para dedo.
Material: Brújula Wilkie, fotocopia con referencias de los elementos de la brújula, folio
Procedimiento: Con la brújula y el listado de
27
• A11. Medir direcciones de planos inclinados
Fig.4 Brújula de geólogo tipo Wilkie con prisma y
clinómetro. Foto J. Duque.
elementos dados se identificaran y se realizará un
dibujo de la brújula con sus elementos, indicando la
utilidad de cada uno.
• A10. Trazar visuales
Contenidos conceptuales: Con los elementos de
colimación: mirilla con hilo de visado, lente prisma
y burbuja de nivel, la brújula permite medir direcciones entre nuestro ojo y un punto en la distancia,
a esto se denomina “visual”
Material: brújula de geólogo tipo Wilkie (con
otro tipo de brújula hay que adaptar la medida de
visuales a los elementos que posea)
Procedimiento: a) Abrir la tapa de la brújula y
colocarla vertical así como el clinómetro; b) situar
la base horizontal, burbuja de nivel en medio de la
señal; c) girar el prisma hasta que se coloque encima del limbo; d) situar el ojo en la mirilla y hacer
puntería con el hilo de la tapa hacia el punto del
cual queremos obtener la dirección de la visual; e)
sin mover la posición del ojo, leer la dirección directamente en la parte inferior del prisma que aumenta la graduación del limbo.
Nota: La lectura obtenida es el ángulo con el
norte magnético medido en sentido Este. Si leemos
135º, se expresa N135E.
Contenidos conceptuales: Dirección de una capa: Es la dirección de la recta intersección de una
capa con un plano horizontal imaginario. La dirección de una recta es el ángulo que forma con la dirección norte-sur. Se expresa mediante los grados
de ese ángulo añadiendo el sentido respecto al cual
se ha medido dicho ángulo. Así una dirección
N49E, significa que la recta intersección forma 49
grados con la dirección norte-sur, medidos hacia el
este (Duque, 1989).
Material: Brújula de geólogo (tipo Wilkie), plano inclinado (puede ser cualquiera, un libro o carpeta inclinados por ejemplo)
Procedimiento: a) Abrir totalmente la tapa de la
brújula y colocar vertical la tapa del clinómetro; b)
colocar la brújula apoyada en un lateral y horizontal
(controlar la burbuja de nivel); c) girar el limbo móvil hasta situar su norte en la vertical del norte del
disco magnético; d) la lectura de la dirección la realizaremos en la escala del limbo móvil con la señal
norte de colimación.
Explicación: Las medidas de direcciones más
comunes son de planos de estratificación y planos
tectónicos como fallas o esquistosidades.
Con este procedimiento medimos el ángulo que
forma la dirección de la capa con el norte magnético y lo expresaremos de forma similar a la visual.
Observaciones: Una capa o plano horizontal no
tiene dirección. Para otro tipo de brújulas hay que
adaptar el procedimiento de medición a los elementos que contenga.
• A12. Medir buzamientos de planos inclinados
Contenidos conceptuales: Buzamiento de una
capa: Es el ángulo de inclinación de una capa. Se
expresa respecto a la horizontal, acompañado del
sentido hacia el cual está inclinado; por ejemplo
76ºNW, esa capa está inclinada respecto a la horizontal 76º hacia el noroeste. Se simboliza con la letra griega b. La máxima inclinación siempre es en
dirección perpendicular a la dirección de la capa,
es el buzamiento real y su dirección se denomina
dirección de buzamiento real (Duque, 1989).
Cuando se cite buzamiento debe entenderse buzamiento real.
Material: Brújula de geólogo (tipo Wilkie), plano inclinado (puede ser cualquiera, un libro o carpeta inclinados por ejemplo)
Fig.5 Posición de la brújula para obtener visuales.
Foto J. Duque.
28
Procedimiento: a) Colocar la brújula de la misma forma que hacemos para medir la dirección pasos a, b y c; b) girar el limbo móvil hasta hacer
coincidir el norte de disco magnético con el espacio
dejado por las dos marcas paralelas de limbo móvil
(situadas a 90ª del norte del limbo móvil); c) quitar
la brújula del plano y girarla hasta hacer coincidir
los dos nortes, el del limbo móvil y el del disco
magnético de tal forma que la zona de la tapa apunte al plano inclinado; d) apoyar la base de la brújula
sobre el plano inclinado y liberar el clinómetro; e)
realizar la lectura en el clinómetro, en nuestro caso
Enseñanza de las Ciencias de la Tierra, 2008 (16.1)
hay dos escalas, en grados o en %, las utilizadas en
geología son en grados.
Nota: La dirección y el buzamiento son una información que debe ir unida.
A
ángulo de 23,5º respecto al plano de la eclíptica
(plano que contiene la órbita terrestre). Está situado
en la banquisa del Océano Glacial Ártico.
Norte magnético: Es el punto de la superficie terrestre en el que las líneas de fuerza del campo
magnético son perpendiculares a la superficie. Hacia él apunta la brújula.
Norte cartográfico, convencional o de proyección: Es la referencia de proyección del mapa.
Estos tres nortes forman ángulos entre ellos
Convergencia (): Es el ángulo que forman el
norte cartográfico y el norte verdadero, se da para el
centro de cada hoja del mapa.
B
Fig.6 Posiciones de la brújula para realizar mediciones. A) Dirección; B) Buzamiento. Foto J. Duque.
Declinación magnética (): es el ángulo que
forman el norte geográfico y magnético. La declinación varía de unos lugares a otros y con el tiempo,
por tanto con los datos aportados en los mapas hay
que calcularla para cada fecha. La líneas que unen
puntos con la misma declinación magnética se llaman “líneas isogénicas”, hay una línea donde la declinación magnética es 0º es la “línea agónica”.
Otros nortes:
• A13. Medir direcciones de buzamiento real
Contenidos conceptuales: Idem actividad anterior
Material: Idem actividad anterior
Procedimiento: a) Seguir los pasos a y b de la
actividad A12; b) tomar la medida de la dirección
en el limbo móvil sobre la señal norte de colimación.
Polo Norte geomagnético: es el punto de intersección de la superficie terrestre con los ejes de una
magneto bipolar simple (modelo del campo magnético real).
Polo Norte de inaccesibilidad: es el punto más
lejano de tierra en el Océano Ártico.
Explicación: En algunos trabajos geológicos se
utiliza el buzamiento y la dirección de buzamiento
para definir la geometría de un plano. Cada vez es
más utilizada ya que son los datos que se introducen en los programas de ordenador.
BLOQUE PRÁCTICO IV: Mapas: Tipos de
nortes, proyecciones y coordenadas
Objetivos: Conocer elementos básicos de un
mapa topográfico: tipos de nortes, proyecciones y
coordenadas.
• A14. Dibujar la posición de los tres nortes conociendo la declinación y la convergencia
Objetivo: Reconocer los tres tipos principales
de nortes y los ángulos que forman.
Introducción: Cuando realizamos mediciones
con la brújula estamos tomando como referencia el
norte magnético, pero cuando trabajamos con mapas aparecen otros dos tipos de nortes: el geográfico
y el convencional o de proyección.
Contenidos conceptuales: Para los intereses de
este taller necesitamos saber de la existencia de tres
nortes: (lo referido al norte se puede extrapolar al
sur)
Norte geográfico o verdadero: es uno de los dos
lugares de la superficie terrestre en el que se produce su intersección con el eje de rotación. Forma un
Enseñanza de las Ciencias de la Tierra, 2008 (16.1)
Fig.7 Nortes y sus ángulos. J. Duque.
Material: Juego de regla, escuadra y cartabón,
transportador de ángulos, folio y lápiz
Planteamiento del problema: Conociendo que
la convergencia para el centro de la hoja es de 8º
42’25’’ (sentido Oeste) y la declinación magnética
para una fecha determinada es de 13º 31’ Oeste, dibujar la posición de los tres nortes.
Procedimiento: a) Trazamos una recta paralela
a los bordes del folio culminándola con una estrella,
representará el norte geográfico; b) con el transportador de ángulos medimos el ángulo de convergencia respecto al norte geográfico teniendo en cuenta
la orientación (Este u Oeste), trazamos una recta
que culminamos con las siglas NC, hemos situado
29
el norte de proyección o norte convencional; c) procedemos de igual forma que en el apartado b y culminamos la línea con una flecha de media punta,
hemos trazado la posición del norte magnético.
Aclaración: Normalmente en trabajos de geología
se desprecian los valores de convergencia y declinación magnética pero estos pueden ser significativos.
• A15. Reconocer en el mapa los tres tipos de
nortes y calcular la declinación magnética para
un día determinado
Objetivo: Valorar la variación secular de la declinación magnética.
Contenidos conceptuales: La variación secular
de la declinación magnética, es más o menos de 960
años, tiempo en el cual polo magnético completa un
giro en torno al polo geográfico. Actualmente se
encuentra a unos 1600 km del polo norte geográfico, cerca de la isla de Bathurst, en la zona septentrional de Canadá. Se mueve a una velocidad variable (las últimas mediciones la estiman en unos 40
km/año) según autores se está acelerando en su viaje hacia Siberia donde puede llegar a mediados de
este siglo.
Material: Hoja topográfica (Mapa Topográfico
Nacional de España del Instituto Geográfico Nacional o bien Cartografía Militar de España del Servicio Geográfico del Ejercito), las escalas más adecuadas son la 1:25.000 o la 1:50.000, juego de
regla, escuadra y cartabón, transportador de ángulos, folio y lápiz.
Planteamiento del problema: con los datos que
aparecen en la figura 8, calcular la declinación para
una fecha concreta. En el taller se realizará para el
día de la fecha.
Procedimiento: a) Declinación magnética,
=3º45’ para el 1 de enero de 2001; b) La variación
anual de la declinación es de -7’7; c) realizamos
una sencilla regla de tres, teniendo en cuenta los
años bisiestos, de esta forma, si a 365 días le corresponde una variación de -7’7 a X días le correspon-
derá Y variación de la declinación; d) el valor obtenido se suma o se resta a la declinación dada.
Observación: En “www.gabrielortiz.com/calculadora_declinacion/entrada.asp” se puede obtener el
valor automáticamente introduciendo las coordenadas geográficas
• A16. Reconocer en un mapa topográfico las coordenadas: Geográficas, UTM
Objetivo: Reconocer los principales tipos de
proyecciones y de coordenadas.
Introducción: Para trabajar en un mapa es imprescindible tener nociones básicas de su proyección y sus coordenadas.
Contenidos conceptuales:Proyección cartográfica: Sistema de transformación de información de
una superficie esférica (la Tierra) a un plano (el mapa). Para pasar de una superficie casi esférica a la
del mapa necesitamos establecer unas correspondencias sobre superficies desarrollables (cilindro,
cono…) llamadas proyecciones cartográficas.
PRINCIPALES TIPOS DE PROYECCIONES CARTOGRAFICAS
Proyecciones cilíndricas: Los meridianos y paralelos son líneas rectas que se cortan perpendicularmente. El mapa resultante es un rectángulo con
líneas paralelas equidistantes de longitud y líneas
paralelas de latitud con separación desigual. Ejemplo: proyecciones de Mercator y Peters.
Proyecciones cónicas: Los meridianos son líneas rectas que convergen en el polo y los paralelos
son curvas concéntricas. Ejemplo: proyección
Lambert
Proyecciones azimutales o cenitales: Se obtienen al proyectar la superficie esférica sobre un plano. Pueden ser polares (plano tangente al polo),
ecuatoriales (plano tangente a un punto del ecuador) u oblicuas (plano tangente a un punto cualquiera entre el polo y el ecuador).
PRINCIPALES TIPOS DE COORDENADAS
Coordenadas geográficas: En relación con la
red geográfica que forman los paralelos y meridianos se definen las coordenadas geográficas que miden la distancia desde un punto hasta las líneas de
base del sistema (en grados sexagesimales) y reciben el nombre de: Latitud y longitud con líneas bases en el Ecuador y el Meridiano de Greenwich.
En los paralelos, la circunferencia que corresponde al Ecuador mide 40.076 km, 1º equivale a
113,3 km. Los meridianos, junto con sus antimeridianos forman circunferencias de 40.007 km de longitud, 1º equivale a 111,11 km.
Fig.8 Datos de la hoja 1:50.000, Salamanca de la
Cartografía Militar de España. Confluyen los husos UTM 29 y 30. Escaneo J. Duque.
30
Latitud: La latitud es la distancia que existe entre un punto y el Ecuador, medida sobre el meridiano que pasa por dicho punto. Todos los puntos ubicados sobre el mismo paralelo tienen la misma
latitud. Aquellos que se encuentran al norte del
Ecuador reciben la denominación Norte (N). Se mide de 0º a 90º. Al Ecuador le corresponde la latitud
Enseñanza de las Ciencias de la Tierra, 2008 (16.1)
de 0º. Los polos Norte y Sur tienen latitud 90º N y
90º S respectivamente.
Longitud: La longitud es la distancia que existe
entre un punto y el Meridiano de Greenwich, medida sobre el paralelo que pasa por dicho punto. Todos los puntos ubicados sobre el mismo meridiano
tienen la misma longitud. Aquellos que se encuentran al oriente del meridiano de Greenwich reciben
la denominación Este (E), al occidente Oeste (O).
Se mide de 0º a 180º. Al meridiano de Greenwich le
corresponde la longitud de 0º. El antimeridiano correspondiente está ubicado a 180º. Los polos Norte
y Sur no tienen longitud.
Coordenadas UTM: Una variante de la proyección de Mercator es la UTM (Universal Transversa de Mercator), proyección cilíndrica transversal en la que el cilindro es tangente a un meridiano;
la universalidad de este sistema de coordenadas se
consigue empleando distintos cilindros tangentes a
varios meridianos.
Para trazar el mapa general con este sistema, la
superficie terrestre se divide en 60 husos cada uno
con 20 bandas horizontales (desde la C a la X). España está incluida en las zonas/husos 28 (Islas Canarias), 29 (Galicia), 30 (Centro y Occidente de la
Península Ibérica), y 31 (Levante e Islas Baleares).
Fig.10. J. Duque basado en A. Franco (2000).
Material: Hoja topográfica, regla, transportador
de ángulos.
Planteamiento del problema: Dadas unas coordenadas localizar un punto en el mapa.
Procedimiento: Hemos de extrapolar los puntos
entre la cuadrícula que suele ser kilométrica.
Observación: No se detallan todos los pasos pero con los datos aportados no hay dificultad para realizar la actividad.
BLOQUE PRÁCTICO V: Relaciones entre mediciones en mapa y con brújula
Objetivo: Realizar mediciones con la brújula y
reflejarlos en un mapa con las correcciones de convergencia y declinación, así como su anotación.
Contenidos conceptuales: Los ángulos entre los
nortes y una dirección dada (medidos en un plano
horizontal) son:
– Rumbo (azimut magnético): es el ángulo que
forma la dirección que queremos medir con el norte
magnético. Es el dato que obtenemos con la brújula.
Fig.9. J. Duque basado en A. Franco (2000).
En una zona UTM, la ÚNICA línea (de grid)
que señala al norte geográfico es aquella que coincide con el meridiano central. Las demás líneas se
desvían, es la CONVERGENCIA DE CUADRÍCULA.
La zona UTM 30 tiene como límites los paralelos 6° W (en el extremo izquierdo) y 0° (meridiano
de Greenwhich, en el extremo derecho). Esto significa que en la parte central de la zona 30 tiene que
estar por definición el meridiano central 3° W.
Una cuadrícula UTM siempre se lee de izquierda a derecha (para el valor del Easting), y de arriba
a abajo (para el valor del Northing). Mientras mayor sea el número de dígitos que usemos en las coordenadas, menor sea el área representada.
Enseñanza de las Ciencias de la Tierra, 2008 (16.1)
– Orientación (azimut cartográfico): es el ángulo que forma la dirección que queremos medir con
el norte cartográfico o convencional. Son los datos
que obtenemos sobre el mapa
– Azimut (azimut geográfico): es el ángulo que
forma la dirección que queremos medir con el norte
geográfico o verdadero. Es el norte que obtenemos
por métodos clásicos de orientación como es la
sombra y el reloj. También se puede obtener en el
mapa.
Para transferir medidas de la brújula a un mapa
hemos de considerar la convergencia y la declinación magnética. Los geólogos muchas veces no lo
tienen en cuenta porque consideran que sus medidas no necesitan ese grado de exactitud. Esta afirmación es cierta para algunos trabajos pero no para
todos. Para la transformación de datos utilizar la tabla de conversiones adjunta.
31
Fig.12 Grafismo clásico de direcciones y buzamiento de capas. J. Duque.
mismo N70E pero al indicar la primera el sentido
de inclinación es hacia el norte.
Fig. 11. Tabla para conversiones de rumbos, orientaciones y acimut. J. Duque.
• A17. Trazar visuales y traspasar los datos al
mapa con las correcciones de convergencia y
declinación
Contenidos conceptuales: Cuando estamos trazando una visual estamos midiendo el ángulo que
forma una dirección dada y el norte magnético, es
decir el rumbo. Pero el mapa está norteado respecto
al norte geográfico. Hemos de transformar el rumbo
dado en la visual en orientación para que los datos
en el mapa sean coherentes con las coordenadas
UTM.
Material: Brújula de geólogo, hoja topográfica,
transportador de ángulos, regla, lápiz.
Procedimiento: a) Obtener el rumbo de una visual (actividad A10); b) calcular la posición de norte magnético actual (actividad A15); c) representar
los tres nortes con sus ángulos (actividad A14); d)
operar siguiendo la tabla de conversiones para
transformar el rumbo en orientación; d) posicionar
nuestra visual respecto a los tres nortes; e) trazar en
el mapa la orientación.
• A18. Medir direcciones y buzamientos. Presentarlos en los tres tipos de anotaciones
Contenidos conceptuales: Una vez medidos la
dirección y buzamiento para definir el plano existen
varios tipos de anotaciones. Tres son los más comunes:
– Dirección de capa/buzamiento real (indicando
el sentido de inclinación): es la clásica forma de
anotación, interesante porque es fácil de dibujar.
Suele aparecer en los mapas geológicos. La dirección se indica con N (que es la referencia origen) y
el ángulo que forma siempre hacia el E. Ejemplo:
N35E/40SE
– Dirección de buzamiento/buzamiento: es la
anotación más sencilla, actualmente cada vez es
más utilizada ya que los ordenadores procesan los
datos en esta forma y también la suelen emplear los
especialistas en geología estructural. Ejemplo:
340/69, dirección de la capa N250E o lo que es lo
32
– Dirección de la capa/buzamiento (tipo americano): en Europa se suele utilizar muy poco pero en
América es relativamente utilizado. La dirección de
la capa hasta 90º al este o al oeste del norte, evita
repeticiones pero hay que considerar el sentido este
u oeste. Al buzamiento también hay que darle el
sentido. Por ejemplo N44W;53NW.
Estos datos se pueden transformar de forma precisa mediante la convergencia y la declinación
magnética en datos para plasmar en el mapa.
Material: Brújula de geólogo, transportador de
ángulos, regla, folio y lápiz.
Procedimiento: a) Realizar diversas mediciones
de direcciones y buzamientos; b) anotarlas siguiendo la información obtenida de los contenidos conceptuales; c) grafiar la anotación dirección de capa/buzamiento de la siguiente manera: 1)
trazaremos el rumbo (que será la dirección del plano); 2) perpendicular a la dirección realizaremos un
trazo corto que representará la dirección de buzamiento real, anotar el ángulo de buzamiento real.
¡Cuidado! Considerar el sentido de la dirección de
buzamiento real.
• A19. Pasar al mapa el tipo de anotación de dirección y buzamiento más utilizado
Objetivo: anotar gráficamente en el mapa direcciones y buzamientos utilizando la anotación clásica de dirección de capa/buzamiento real y teniendo
en cuenta los distintos tipos de nortes.
Material: Brújula de geólogo, hoja topográfica,
transportador de ángulos, regla, lápiz.
Procedimiento: a) Localizar el punto en el mapa
en el que se ha realizado la medición; b) proceder
con la dirección de la capa siguiendo la actividad
A17; c) completar la anotación siguiendo la actividad A18.
Observación: de esta forma la anotación gráfica
es coherente con el mapa sobre el que se representa
• A20. Medir una dirección en el mapa (transportador de ángulos) y transformarla en medida precisa de campo para poder ser utilizada
con la brújula
Objetivo: Transformar datos obtenidos en el
Enseñanza de las Ciencias de la Tierra, 2008 (16.1)
mapa para que tengan validez y precisión con la
brújula en el campo.
Material: Hoja topográfica, regla, escuadra,
transportador de ángulos, folio, lápiz.
Procedimiento: a) medir sobre el mapa una dirección; b) con la tabla de conversiones transformarla en rumbo.
BLOQUE PRÁCTICO VI: Relación entre mediciones en mapa y con brújula en la resolución de
problemas “sencillos” de geología estructural.
Problema de los tres puntos.
Objetivo: Resolver problemas de los tres puntos
discriminando medidas de brújula y cartográficas.
Contenidos conceptuales para los problemas en:
Duque Macías, J. (1998).
Material para todos los problemas: Brújula, hoja topográfica, transportador de ángulos, regla, escuadra y cartabón, folio y lápiz.
PROBLEMAS TIPO:
A21. Dada la situación relativa y cota de tres
puntos, calcular la dirección y buzamiento del plano
que contiene los tres puntos. Transformar los datos
para ser utilizados en campo con la brújula.
Procedimiento: a) Resolver el problema siguiendo los pasos que se indican en la bibliografía
de los contenidos conceptuales de este bloque práctico; b) aplicar la corrección de convergencia y declinación magnética (actividad A20)
A22. Dado el rumbo de una capa (brújula) y conociendo el afloramiento de la misma capa en un
punto del mapa. Hallar el buzamiento real de dicha
capa.
Procedimiento: a) Transformar el rumbo en
orientación (actividad A17); b) resolver el problema
(bibliografía en los contenidos conceptuales de este
bloque).
A23. Dada la dirección y buzamiento de una capa en un punto (brújula), localizar la capa en otro
punto del mapa.
Procedimiento: ídem actividad A22.
AGRADECIMIENTOS
A la Prof. Maria de los Ángeles Mateos Vázquez, por su apoyo y comentarios.
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Presentación de 14 diapositivas titulado: “Medición de
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Enseñanza de las Ciencias de la Tierra, 2008 (16.1)