GEOLOGIA GENERAL UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON CAP I.- CIENCIAS DE LA TIERRA 1 FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA GEOLOGIA GENERAL CAP I.- CIENCIAS DE LA TIERRA CAPITULO I CIENCIAS DE LA TIERRA 1.1 INTRODUCCIÓN La geología es la ciencia que concierne a la tierra y las rocas de las que esta constituida, los procesos que las formaron durante el tiempo geológico y el modelado de la superficie en el pasado y en el presente. La tierra no es un cuerpo estático sino que continuamente esta sujeta a cambios, tanto en su superficie como a niveles más profundos. Los cambios superficiales pueden ser observados igualmente por los ingenieros y por los geólogos, entre esos cambios, la erosión es un proceso dominante que destruye los alcantarillados costeros, reduce la altura de los continentes y transporta el material así removido, ya sea al mar o a las cuencas continentales de depositación. Los cambios que se originan bajo la superficie no son fáciles de observar directamente. Algunos de ellos, son la causa de los lentos movimientos de los continentes que cruzan la superficie del globo; otros causan cambios más rápidos, los cuales están asociados con las erupciones volcánicas y los terremotos. Como ejemplo de estos cambios que resultan de la acción de la energía podemos citar: ¾ La pérdida de calor geotérmico proveniente del interior de la tierra. ¾ Perdida de energía al disminuir la rotación de la tierra. ¾ La energía liberada por los terremotos. Estos explican los cambios que se originan bajo la superficie e indican la importancia de los procesos internos que controlan el comportamiento del planeta. Se cree que estos procesos han operado a través de millones de años, y los geólogos suponen que los que actualmente se encuentran en operación son fundamentalmente similares a los que han operado en el pasado. Los efectos producidos por los procesos geológicos pueden parecer muy lentos para que tengan alguna importancia en la ingeniería, aunque muchos de ellos operan a ritmos similares a los que se encuentran en la práctica de la ingeniería. Por ejemplo, los continentes derivan lateralmente a un ritmo que oscila entre 1 y 3 cm./año, o sea, 10-7 cm./s que es un valor aproximado a la conductividad hidráulica de un buen concreto que se utiliza en las presas. Los procesos geológicos, como los que operan actualmente, han dejado su registro en las rocas durante los enormes espacios del tiempo geológico, algunas veces con toda claridad y en otras parcialmente borrados por eventos posteriores por tanto, las rocas registran eventos acaecidos en la larga historia de la tierra, como lo atestiguan los restos y marcas de organismos vivientes, como animales o plantas, cuando son conservados. Todas las rocas contribuyen a formar el registro y en cierto sentido la geología es la historia de la tierra. UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON 2 FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA GEOLOGIA GENERAL 1.2 CAP I.- CIENCIAS DE LA TIERRA GEOLOGÍA E INGENIERÍA El hombre, desde las épocas más remotas, en que empezó a practicar las artes de la ingeniería, se ha enfrentado con problemas relativos a los materiales y los procesos; ya había empezado a construir estructuras, había llegado a ser un ingeniero. La experiencia le enseñó mucho y la ingeniería empírica se adelanto muchas generaciones a la ciencia teórica. Sin embargo, en los tiempos modernos, el ingeniero civil confía menos en los conocimientos empíricos y recurre cada día más a las ciencias. En la ingeniería moderna se han reducido los factores de seguridad, se han introducido innovaciones de todo tipo, en los materiales, en los métodos, en las funciones; y las escalas de tamaño, peso y uso se han multiplicado notablemente. Ninguna estructura, sin embargo, es mejor que sus cimientos o que el material de que estos están constituidos; es más, la mayor parte de los fracasos de nuestros tiempos se deben en cierto grado a causas geológicas subyacentes. El Ingeniero civil se enfrenta a una gran variedad de problemas, en los que el conocimiento de la geología le es necesario, cuyas ventajas son: ¾ Le dará un conocimiento sistematizado de los materiales, su existencia o localización y sus propiedades. ¾ Los problemas de cimentaciones, estabilidad de taludes son esencialmente geológicos, por ejemplo los puentes las presas las carreteras y otras construcciones, se establecen sobre algún material natural. ¾ El conocimiento de la existencia de aguas subterráneas, y los elementos de la hidrología subterránea, son excelentes auxiliares en muchas ramas de la ingeniería práctica. Ingeniería sanitaria, abastecimiento de aguas, drenaje de terrenos, riego, excavaciones, defensa contra deslaves y otros muchos trabajos. ¾ El conocimiento de las aguas superficiales, sus efectos de erosión, su transporte y sus sedimentaciones, es esencial para el control de las corrientes, los trabajos de defensa de márgenes y costas, los de conservación de suelos y otras actividades. ¾ La capacidad para leer e interpretar informes geológicos, mapas, planos geológicos y topográficos y fotografías aéreas, es de gran utilidad para la planeación de muchas obras. 1.3 ESPECIALIDADES DE LA GEOLOGÍA La geología presenta una diversidad de especialidades entre las que podemos mencionar: ¾ Geofísica: Estudio de la física de la tierra: gravimetría, sismología, magnetometría, SEV. ¾ Mineralogía: Estudio de los minerales: (estructura interna, composición química, clasificación). ¾ Petrología: Estudio de las rocas, su origen, los procesos de su formación, su composición. ¾ Petrografía: Es un rama de la petrología, que se ocupa de la descripción de las rocas. UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON 3 FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA GEOLOGIA GENERAL CAP I.- CIENCIAS DE LA TIERRA ¾ Geoquímica: Es estudia la distribución y la abundancia de los elementos en las distintas partes de la tierra y se trata de explicar la distribución de los elementos en las rocas. ¾ Geología estructural: Análisis e interpretación de las estructuras tectónicas en la corteza terrestre. (fracturamiento, plegamiento y montañas). ¾ Geología Histórica: Estudio de las épocas geológicas desde la formación de la tierra aproximadamente 4600 Millones de años. atrás hasta hoy día. ¾ Paleontología: Estudio de la vida de épocas geológicas pasadas; estudio de los fósiles. ¾ Estratigrafía: Estudio de las rocas estratificadas, por su naturaleza, su existencia, sus relaciones entre si y su clasificación. ¾ Sedimentología: Estudio de los sedimentos y su formación. Análisis del ambiente de deposición como las propiedades físicas en el agua de un río. ¾ Mecánica de suelos: Estudio de las propiedades de los suelos para encontrar terreno apto para la construcción, para calcular y evitar riesgos geológicos, Ej. deslizamientos. ¾ Hidrogeología: Investigaciones de la cantidad y calidad del agua subterránea, cual es el agua presente debajo de la tierra. Se trata de la interacción entre roca, suelo y agua. ¾ Geología Económica: Exploración de yacimientos metálicos o no-metálicos. Evaluación de la economía de un yacimiento o producto mineralico. ¾ Exploración/Prospección: Búsqueda de yacimientos geológicos con valor económico. Por medio de la geofísica, geoquímica, mapeo, fotos aéreas e imágenes satelitales. ¾ Geología Ambiental: Búsqueda de sectores contaminados, formas y procesos de contaminación, del agua superficial, subterránea y suelos. Investigación/calidad de agua y suelo. 1.4 RELACIÓN DE LA GEOLOGÍA CON OTRAS CIENCIAS Para entender los procesos geológicos es necesario conocer algunos principios físicos, químicos, biológicos y matemáticos. Los principios físicos permiten entender la destrucción física de rocas en un río, la acumulación de arena y bloques. La química ayuda entender la formación de minerales y de algunas rocas. La biología actual permite entender la vida de las épocas pasadas. Fig. 1.1 Esquema de la relación de la Geología – fuente (http://plata.uda.cl/minas/apuntes/Geologia/geologiageneral/geogenap.html) UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON 4 FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA GEOLOGIA GENERAL 1.5 CAP I.- CIENCIAS DE LA TIERRA LAS – FERAS En la tierra se presentan cuatro "- Feras": La Atmósfera (Gases que envuelven la tierra), la Hidrosfera (Toda el agua que esta por encima de la superficie terrestre: océanos, ríos, lagos, agua subterránea, lluvia), la Biosfera (Parte del mundo en la cual están presentes los seres vivos: La superficie de la tierra, el suelo, los mares, el aire) y la Litosfera (Parte sólida exterior de la tierra). La geología es la ciencia de la litosfera y sus relaciones con las otras "- Feras". La intersección de LitosferaAtmósfera presenta todos los procesos como erosión y meteorización. La intersección de HidrosferaLitosfera trata del agua subterránea transporte en el agua, ambiente de río. El conjunto de biosfera-litosfera se trata de la vida en las épocas pasadas, la evolución, los fósiles y en general la paleontología. Fig. 1.2 Esquema de la cuatro Feras que presenta la tierra – fuente (http://plata.uda.cl/minas/apuntes/Geologia/geologiageneral/geogenap.html) 1.6 EL UNIVERSO El universo es el conjunto de todas las galaxias existentes y del espacio en que se mueven. A su vez, en una galaxia hay estrellas, planetas, nebulosas y partículas interestelares; todos estos componentes se encuentran organizados, confiriendo a la galaxia una forma concreta: elíptica, espiral o irregular. En el universo conocido hay millones de galaxias, situadas unas de otras a distancias enormes, de hasta 12.000 millones de años luz. El año luz es la unidad de longitud que se emplea en astronomía: un año luz equivale a 9,46 billones de kilómetros, es decir la distancia que recorre la luz en un año (la luz viaja a 300.000 kilómetros por segundo). Un estrella es en acumulo enorme de gases incandescentes que emiten energía al exterior gracias a las reacciones termonucleares que se producen en su interior. Los planetas son cuerpos sólidos que giran alrededor de las estrellas. Las nebulosas son inmensas nubes de gas sin forma específica y en su interior se forman nuevas estrellas. Las partículas interestelares son moléculas que se hallan entre las estrellas; se han descubierto hasta cincuenta tipos de moléculas diferentes, algunas de ellas, como el alcohol etílico, de naturaleza orgánica. UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON 5 FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA GEOLOGIA GENERAL CAP I.- CIENCIAS DE LA TIERRA Datos generales: ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ El universo contiene: 1080 átomos - 1050 ton. Métricas Edad: 20 mil millones de años Número de Galaxias: 75 Millones Estrellas en la vía láctea: 75 Millones Estrella más grande: VV Cephei (2400 diámetros del sol) Fig. 1.3 Big Bang (gran explosión) ocurrió hace 20 Mil Millones atrás – fuente (http://usuario.tiscali.es/solyplanetas) La composición química predominante en el universo es: ¾ hidrógeno (75%). ¾ helio (20%). ¾ Demás elementos (5%). Fig. 1.4 Composición química del universo – fuente (Elaboración propia) UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON 6 FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA GEOLOGIA GENERAL 1.7 CAP I.- CIENCIAS DE LA TIERRA EL SISTEMA SOLAR Y LOS PLANETAS El Sistema Solar nació hace como 4,6 billones de años, cuando algo perturbó una vasta nube de gas y polvo. Esta perturbación pudo haber sido una colisión con otra nube, o una onda de choque producida por una estrella que explotó. La nube se dividió en aglomerados de materia más pequeños y densos, los cuales se colapsaron hacia el centro bajo el peso de su propia gravedad. Tal vez en 100.000 años, uno de estos aglomerados, llamada nebulosa, se condensó dentro de un volumen de espacio como del tamaño del sistema solar actual. Protones individuales, núcleos de átomos de hidrógeno, fueron unidos para formar el núcleo de helio más pesado. Al chocar también se produjo energía y en un instante cósmico, nació el Sol. Con el tiempo se formaron los planetas rocosos del interior: Mercurio, la Tierra, Venus y Marte. En las afueras el sistema solar, las temperaturas eran lo suficientemente frías para que los hielos permanecieran intactos. Pero estos también se unieron para formar cuerpos aún más grandes, llamados planetesimales, los cuales a su vez se unieron para formar los núcleos de los planetas gigantes: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. La mayoría de las lunas probablemente se formaron a la misma vez que sus planetas progenitores. A distancias más grandes del Sol, las lunas se formaron de roca y hielo. La Luna terrestre se formó un poco después, cuando un cuerpo tan grande como Marte chocó contra nuestro planeta. La colisión lanzó un geiser de roca derretida en órbita alrededor de la Tierra; el material se enfrió rápidamente y se unió para formar la Luna. Plutón, el planeta más lejano, quizás es un cometa gigante. El cambio de mayor importancia desde el nacimiento del sistema solar es el desarrollo de la vida. La Tierra es el único planeta con las condiciones necesarias para albergar la vida. Los primeros organismos unicelulares aparecieron en la Tierra por lo menos hace 3,5 billones de años. La vida pudo haber evolucionado en alguna otra parte del sistema solar. Pudo haber existido en Marte hace como 3,6 billones de años. Agua líquida fluyó sobre la superficie marciana, manteniendo la esperanza de que Marte pueda aún estar habitado por organismos sencillos. SOL MERCURIO UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON VENUS 7 TIERRA FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA GEOLOGIA GENERAL MARTE CAP I.- CIENCIAS DE LA TIERRA JÚPITER SATURNO NEPTUNO URANO PLUTON Tabla 1.1 Planetas del Sistema Solar Nombre Distancia Diámetro Tierra (Km.) Mill. Km. El sol Densidad g/cm3 (Pe.) Numero Duración de del Año Satélites 1.392.000 1,41 -------- Grav. Composición Con resp. de la Tierra = 1 atmósfera 28.0 ? Mercurio 77,2 4.835 5,69 -------- 88 días 0,36 no tiene Venus 38,6 12.194 5,16 -------- 244,7 días 0,87 CO2 Tierra ------- 12.756 5,52 1 365,26 días 1,00 Marte 54,7 6.760 3,89 2 686 días 0,38 CO2, N2, Ar Júpiter 589 141.600 1,25 12 11,86 años 2,64 H2, He Saturno 1105,7 120.800 0,62 10 29,46 años 1,13 H2, He Urano 2570 47.100 1,60 5 84,01 años 1,07 H2, He, CH4 Neptuno 4209 44.600 2,21 2 164,8 años 1,41 H2, He, CH4 Plutón 4264 14.000 4,2 ? 247,7 años 0,3 ? N2, O2 Fuente: http://usuario.tiscali.es/solyplanetas UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON 8 FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA GEOLOGIA GENERAL CAP I.- CIENCIAS DE LA TIERRA Referencias bibliográficas: - W.Griem & S.Griem-Klee: “Apuntes de Geología General”, Universidad de Atacama. Chile - (1999, 2003), - Julio Torrez Navarro: “Apuntes de Geología general”, FCyT (Ingeniería Civil) – U.M.S.S - Juan Carlos Ricaldez: “Apuntes de Geología general”, FCyT (Ingeniería Civil) – U.M.S.S Biblioteca virtual: - Dorling Kinddersley: “The visual dictionary of the human body”. – Londres 1991 - http://usuario.tiscali.es/solyplanetas - http://plata.uda.cl/minas/apuntes/Geologia/geologiageneral/geogenap.html - http://usuario.tiscali.es/solyplanetas/galeriafotos.htm - www.portalciencia.net/ geoloroc.html - http://plata.uda.cl/minas/apuntes/Geologia/geologiageneral/geogenap.html UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON 9 FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA
