Geología
Definición
La geología (del griego clásico γῆ, gē , es decir, "tierra" y -λoγία, -logia , es decir, "estudio de, discurso") es una ciencia de la tierra que se ocupa de la Tierra sólida, las rocas de las que está compuesta y los procesos por el cual cambian con el tiempo. La geología también puede referirse al estudio de las características sólidas de cualquier planeta terrestre o satélite natural como Marte o la Luna. La geología moderna se superpone significativamente a todas las demás ciencias de la tierra, incluida la hidrología y las ciencias atmosféricas, por lo que se la trata como un aspecto importante de la ciencia del sistema terrestre integrado y la ciencia planetaria.
La geología describe la estructura de la Tierra debajo de su superficie y los procesos que han dado forma a esa estructura. También proporciona herramientas para determinar las edades relativas y absolutas de las rocas encontradas en un lugar determinado, y también para describir las historias de esas rocas. Al combinar estas herramientas, los geólogos pueden hacer una crónica de la historia geológica de la Tierra como un todo, y también para demostrar la edad de la Tierra. La geología proporciona la evidencia primaria de la tectónica de placas, la historia evolutiva de la vida y los climas pasados de la Tierra.
Los geólogos utilizan una amplia variedad de métodos para comprender la estructura y la evolución de la Tierra, incluidos el trabajo de campo, la descripción de rocas, las técnicas geofísicas, el análisis químico, los experimentos físicos y el modelado numérico. En términos prácticos, la geología es importante para la exploración y explotación de minerales e hidrocarburos, la evaluación de los recursos hídricos, la comprensión de los peligros naturales, la remediación de los problemas ambientales y la comprensión del cambio climático pasado. La geología, una disciplina académica importante, también juega un papel en la ingeniería geotécnica.
Materiales geológicos
La mayoría de los datos geológicos proviene de la investigación en materiales sólidos de la Tierra. Estos típicamente caen en una de dos categorías: roca y material no consolidado.
Rock
La mayoría de las investigaciones en geología se asocian con el estudio del rock, ya que la roca proporciona el registro primario de la mayoría de la historia geológica de la Tierra. Hay tres tipos principales de rocas: ígneas, sedimentarias y metamórficas. El ciclo de rocas ilustra las relaciones entre ellos (ver diagrama).
Cuando una roca se cristaliza a partir del derretimiento (magma o lava), es una roca ígnea. Esta roca puede degradarse y erosionarse, luego volver a depositarse y litificarse en una roca sedimentaria. Luego puede convertirse en una roca metamórfica por el calor y la presión que cambian su contenido mineral, dando como resultado un tejido característico. Los tres tipos pueden fundirse de nuevo, y cuando esto sucede, se forma un nuevo magma, desde el cual una roca ígnea puede cristalizar una vez más.
Pruebas
Para estudiar los tres tipos de rocas, los geólogos evalúan los minerales de los que están compuestos. Cada mineral tiene propiedades físicas distintas, y hay muchas pruebas para determinar cada una de ellas. Los especímenes pueden ser probados para:
- Lustre: medida de la cantidad de luz reflejada desde la superficie. Lustre se divide en metálico y no metálico.
- Color: los minerales se agrupan por su color. Mayormente diagnóstico pero las impurezas pueden cambiar el color de un mineral.
- Raya: se realiza raspando la muestra en un plato de porcelana. El color de la raya puede ayudar a nombrar el mineral.
- Dureza: la resistencia de un mineral a los arañazos.
- Patrón de rotura: un mineral puede mostrar fractura o escisión, siendo la primera rotura de superficies irregulares y la segunda rotura a lo largo de planos paralelos muy espaciados.
- Gravedad específica: el peso de un volumen específico de un mineral.
- Efervescencia: Implica goteo de ácido clorhídrico en el mineral para evaluar la efervescencia.
- Magnetismo: implica el uso de un imán para probar el magnetismo.
- Sabor: los minerales pueden tener un sabor distintivo, como la halita (que sabe a sal de mesa).
- Olor: los minerales pueden tener un olor distintivo. Por ejemplo, el azufre huele a huevos podridos.
Material no consolidado
Los geólogos también estudian materiales no modificados (conocidos como deriva ), que generalmente provienen de depósitos más recientes. Estos materiales son depósitos superficiales que se encuentran por encima del lecho de roca. Este estudio a menudo se conoce como geología cuaternaria, después del período cuaternario de la historia geológica.
Estructura de la Tierra Entera
Placas tectónicas
En la década de 1960, se descubrió que la litosfera de la Tierra, que incluye la corteza y la parte superior rígida del manto superior, se separa en placas tectónicas que se mueven a través del manto superior sólido y deformado plásticamente, que se denomina astenosfera. Esta teoría está respaldada por varios tipos de observaciones, incluida la extensión del lecho marino y la distribución global del terreno montañoso y la sismicidad.
Existe un acoplamiento íntimo entre el movimiento de las placas en la superficie y la convección del manto (es decir, la transferencia de calor causada por el movimiento masivo de moléculas dentro de los fluidos). Por lo tanto, las placas oceánicas y las corrientes de convección del manto contiguo siempre se mueven en la misma dirección, porque la litosfera oceánica es en realidad la capa límite térmica superior rígida del manto de convección. Este acoplamiento entre placas rígidas que se mueven sobre la superficie de la Tierra y el manto de convección se llama tectónica de placas.
El desarrollo de la tectónica de placas ha proporcionado una base física para muchas observaciones de la Tierra sólida. Las regiones lineales largas de características geológicas se explican como límites de placa. Por ejemplo:
- Las dorsales oceánicas, regiones altas en el fondo marino donde existen respiraderos hidrotermales y volcanes, se ven como límites divergentes, donde dos placas se separan.
- Los arcos de los volcanes y los terremotos se teorizan como límites convergentes, donde una placa se subduce, o se mueve, debajo de otra.
Los límites de transformación, como el sistema de fallas de San Andreas, dieron lugar a terremotos generalizados y de gran alcance. La tectónica de placas también ha proporcionado un mecanismo para la teoría de la deriva continental de Alfred Wegener, en la cual los continentes se mueven a través de la superficie de la Tierra durante el tiempo geológico. También proporcionaron una fuerza motriz para la deformación de la corteza, y un nuevo escenario para las observaciones de la geología estructural. El poder de la teoría de la tectónica de placas radica en su capacidad para combinar todas estas observaciones en una sola teoría de cómo la litosfera se mueve sobre el manto de convección.
Estructura de la tierra
Los avances en sismología, modelado computacional y mineralogía y cristalografía a altas temperaturas y presiones dan una idea de la composición interna y la estructura de la Tierra.
Los sismólogos pueden usar los tiempos de llegada de las ondas sísmicas en reversa para obtener imágenes del interior de la Tierra. Los primeros avances en este campo demostraron la existencia de un núcleo externo líquido (donde las ondas de corte no podían propagarse) y un núcleo interno denso y sólido. Estos avances llevaron al desarrollo de un modelo estratificado de la Tierra, con una costra y una litosfera en la parte superior, el manto inferior (separado en sí mismo por discontinuidades sísmicas a 410 y 660 kilómetros) y el núcleo externo y el núcleo interno por debajo. Más recientemente, los sismólogos han podido crear imágenes detalladas de las velocidades de las olas dentro de la Tierra de la misma manera que un médico imagina un cuerpo en una tomografía computarizada. Estas imágenes han llevado a una vista mucho más detallada del interior de la Tierra, y han reemplazado el modelo estratificado simplificado por un modelo mucho más dinámico.
Los mineralogistas han podido utilizar los datos de presión y temperatura de los estudios sísmicos y de modelado junto con el conocimiento de la composición elemental de la Tierra para reproducir estas condiciones en entornos experimentales y medir los cambios en la estructura cristalina. Estos estudios explican los cambios químicos asociados con las principales discontinuidades sísmicas en el manto y muestran las estructuras cristalográficas esperadas en el núcleo interno de la Tierra.
Tiempo geológico
La escala de tiempo geológica abarca la historia de la Tierra. Está entre corchetes por las fechas del primer material del Sistema Solar a 4.567 Ga (o hace 4.567 millones de años) y la formación de la Tierra a 4.54 Ga (4.540 millones de años), que es el comienzo del eón Hadeano informalmente reconocido - una división del tiempo geológico. En el último final de la escala, está marcado por el día presente (en la época del Holoceno).
Escala de tiempo
Las siguientes cuatro líneas de tiempo muestran la escala de tiempo geológica. El primero muestra todo el tiempo desde la formación de la Tierra hasta el presente, pero esto da poco espacio para el eón más reciente. Por lo tanto, la segunda línea de tiempo muestra una vista ampliada del eón más reciente. De manera similar, la era más reciente se expande en la tercera línea de tiempo, y el período más reciente se expande en la cuarta línea de tiempo.
Hitos importantes
- 4.567 Ga: formación del sistema solar
- 4.54 Ga: acreción o formación de la Tierra
- do. 4 Ga: Fin del último bombardeo pesado, primera vida
- do. 3.5 Ga: inicio de la fotosíntesis
- do. 2.3 Ga: atmósfera oxigenada, primera bola de nieve Tierra
- 730-635 Ma (megaannum: hace millones de años): segunda bola de nieve Tierra
- 542 ± 0.3 Ma: Explosión del Cámbrico: gran multiplicación de la vida de cuerpos duros; primeros fósiles abundantes; inicio del Paleozoico
- do. 380 Ma: primeros animales terrestres vertebrados
- 250 Ma: extinción del Pérmico-Triásico: el 90% de todos los animales terrestres mueren; final del Paleozoico y comienzo del Mesozoico
- 66 Ma: extinción Cretácico-Paleógeno - Mueren los dinosaurios; final del Mesozoico y comienzo del Cenozoico
- do. 7 Ma: aparecen los primeros homínidos
- 3.9 Ma: primer Australopithecus, ancestro directo del Homo sapiens moderno, aparece
- 200 ka (kiloannum: hace mil años): primer Homo sapiens moderno aparece en el este de África
Métodos de citas
Datación relativa
Los métodos para la datación relativa se desarrollaron cuando la geología surgió por primera vez como una ciencia natural. Los geólogos todavía usan los siguientes principios hoy como un medio para proporcionar información sobre la historia geológica y el momento de los eventos geológicos.
El principio de uniformitarismo establece que los procesos geológicos observados en la operación que modifican la corteza terrestre en la actualidad han funcionado de manera muy similar durante el tiempo geológico. Un principio fundamental de la geología propuesto por el médico y geólogo escocés James Hutton, del siglo XVIII, es que "el presente es la clave del pasado". En palabras de Hutton: "la historia pasada de nuestro mundo debe explicarse por lo que puede verse ahora".
El principio de las relaciones intrusivas se refiere a las intrusiones transversales. En geología, cuando una intrusión ígnea cruza una formación de roca sedimentaria, se puede determinar que la intrusión ígnea es más joven que la roca sedimentaria. Los diferentes tipos de intrusiones incluyen acciones, laccolitos, batolitos, alféizares y diques.
El principio de las relaciones transversales se refiere a la formación de fallas y la edad de las secuencias a través de las cuales cortan. Las fallas son más jóvenes que las rocas que cortan; en consecuencia, si se encuentra una falla que penetra en algunas formaciones pero no en las que están encima, entonces las formaciones que se cortaron son más antiguas que la falla, y las que no se cortan deben ser más jóvenes que la falla. Encontrar la cama de llave en estas situaciones puede ayudar a determinar si la falla es una falla normal o una falla de empuje.
El principio de inclusiones y componentes establece que, con rocas sedimentarias, si se encuentran inclusiones (o clastos ) en una formación, entonces las inclusiones deben ser más antiguas que la formación que las contiene. Por ejemplo, en rocas sedimentarias, es común que la grava de una formación más antigua se rasgue y se incluya en una capa más nueva. Una situación similar ocurre con rocas ígneas cuando se encuentran xenolitos. Estos cuerpos extraños se recogen como flujos de magma o lava, y se incorporan, luego se enfrían en la matriz. Como resultado, los xenolitos son más antiguos que la roca que los contiene.
El principio de horizontalidad original establece que la deposición de sedimentos se produce como capas esencialmente horizontales. La observación de los sedimentos marinos y no marinos modernos en una amplia variedad de entornos respalda esta generalización (aunque los estratos transversales están inclinados, la orientación general de las unidades con capas transversales es horizontal).
El principio de superposición establece que una capa de roca sedimentaria en una secuencia tectónicamente inalterada es más joven que la que está debajo y más vieja que la que está encima. Lógicamente, una capa más joven no puede deslizarse debajo de una capa previamente depositada. Este principio permite que las capas sedimentarias se vean como una forma de línea de tiempo vertical, un registro parcial o completo del tiempo transcurrido desde la deposición de la capa más baja hasta la deposición de la capa más alta.
El principio de la sucesión de fauna se basa en la aparición de fósiles en las rocas sedimentarias. Como los organismos existen en el mismo período de tiempo en todo el mundo, su presencia o (a veces) la ausencia se puede utilizar para proporcionar una edad relativa de las formaciones en las que se encuentran. Basado en los principios expuestos por William Smith casi cien años antes de la publicación de la teoría de la evolución de Charles Darwin, los principios de la sucesión se desarrollaron independientemente del pensamiento evolutivo. El principio se vuelve bastante complejo, sin embargo, dadas las incertidumbres de la fosilización, la localización de tipos fósiles debido a cambios laterales en el hábitat (cambios de facies en estratos sedimentarios), y que no todos los fósiles pueden encontrarse globalmente al mismo tiempo.
Citas absolutas
Los geólogos también usan métodos para determinar la edad absoluta de muestras de rocas y eventos geológicos. Estas fechas son útiles por sí mismas y también pueden usarse junto con métodos de fechado relativos o para calibrar métodos relativos.
A principios del siglo XX, el avance en la ciencia geológica se vio facilitado por la capacidad de obtener fechas absolutas precisas para eventos geológicos utilizando isótopos radiactivos y otros métodos. Esto cambió la comprensión del tiempo geológico. Anteriormente, los geólogos solo podían usar fósiles y correlación estratigráfica para fechar secciones de rocas en relación con las otras. Con las fechas isotópicas, fue posible asignar edades absolutas a las unidades de roca, y estas fechas absolutas podrían aplicarse a las secuencias fósiles en las que había material datable, convirtiendo las antiguas edades relativas en nuevas edades absolutas.
Para muchas aplicaciones geológicas, las proporciones de isótopos de elementos radiactivos se miden en minerales que dan la cantidad de tiempo transcurrida desde que una roca pasó por su temperatura de cierre particular, el punto en el que diferentes isótopos radiométricos dejan de difundirse dentro y fuera de la red cristalina. Estos se utilizan en estudios geocronológicos y termocronológicos. Los métodos comunes incluyen datación de uranio-plomo, datación de potasio-argón, datación de argón-argón y datación de uranio-torio. Estos métodos se usan para una variedad de aplicaciones. La datación de las capas de lava y ceniza volcánica que se encuentran dentro de una secuencia estratigráfica puede proporcionar datos absolutos de edad para las unidades de roca sedimentaria que no contienen isótopos radiactivos y calibrar las técnicas de datación relativa. Estos métodos también se pueden usar para determinar las edades del emplazamiento del plutón.
El fraccionamiento de los elementos de la serie de los lantánidos se usa para calcular las edades desde que se quitaron las rocas del manto.
Otros métodos se usan para eventos más recientes. La luminiscencia estimulada ópticamente y la datación de radionúclidos cosmogénicos se utilizan para fechar superficies y / o tasas de erosión. La dendrocronología también se puede usar para la datación de paisajes. La datación por radiocarbono se usa para materiales geológicamente jóvenes que contienen carbono orgánico.
Desarrollo geológico de un área
La geología de un área cambia con el tiempo a medida que las unidades rocosas se depositan e insertan, y los procesos de deformación cambian sus formas y ubicaciones.
Las unidades de roca se emplazan primero por deposición en la superficie o por intrusión en la roca superpuesta. La deposición puede ocurrir cuando los sedimentos se depositan en la superficie de la Tierra y luego se convierten en rocas sedimentarias, o cuando el material volcánico como la ceniza volcánica o los flujos de lava cubren la superficie. Las intrusiones ígneas, como los batolitos, lacolitos, diques y alféizares, empujan hacia arriba la roca suprayacente y cristalizan a medida que se introducen.
Después de que se haya depositado la secuencia inicial de rocas, las unidades de roca se pueden deformar y / o metamorfosearse. La deformación ocurre típicamente como resultado de acortamiento horizontal, extensión horizontal o movimiento de lado a lado (deslizamiento). Estos regímenes estructurales se relacionan ampliamente con los límites convergentes, los límites divergentes y los límites de transformación, respectivamente, entre las placas tectónicas.
Cuando las unidades de roca se colocan bajo compresión horizontal, se acortan y se vuelven más gruesas. Debido a que las unidades de roca, que no sean lodos, no cambian significativamente en volumen, esto se logra de dos maneras principales: a través de fallas y plegado. En la corteza poco profunda, donde puede producirse una deformación frágil, se forman fallas de empuje, lo que hace que la roca más profunda se mueva sobre la roca más superficial. Debido a que la roca más profunda es a menudo más antigua, como se observa en el principio de superposición, esto puede hacer que las rocas más viejas se muevan encima de las más jóvenes. El movimiento a lo largo de las fallas puede provocar el plegado, ya sea porque las fallas no son planas o porque las capas de roca se arrastran, formando pliegues de arrastre a medida que se produce el deslizamiento a lo largo de la falla. Más profundo en la Tierra, las rocas se comportan plásticamente y se pliegan en lugar de fallar. Estos pliegues pueden ser aquellos en los que el material en el centro del doblez se abrocha hacia arriba, creando "antiforms", o donde se dobla hacia abajo, creando "synforms". Si las partes superiores de las unidades de roca dentro de los pliegues permanecen apuntando hacia arriba, se llaman anticlinales y sinclinales, respectivamente. Si algunas de las unidades del pliegue están orientadas hacia abajo, la estructura se denomina anticlinal o sinclinal volcado, y si todas las unidades de roca se vuelcan o se desconoce la dirección ascendente correcta, simplemente se las llama por los términos más generales, antiforms y synforms.
Incluso presiones y temperaturas más altas durante el acortamiento horizontal pueden causar plegamiento y metamorfismo de las rocas. Este metamorfismo causa cambios en la composición mineral de las rocas; crea una foliación, o superficie plana, que está relacionada con el crecimiento mineral bajo estrés. Esto puede eliminar los signos de las texturas originales de las rocas, como las capas de rocas sedimentarias, las características de flujo de las lavas y los patrones de cristal en las rocas cristalinas.
La extensión hace que las unidades de roca en conjunto se vuelvan más largas y delgadas. Esto se logra principalmente a través de fallas normales y a través del estiramiento y adelgazamiento dúctil. Las fallas normales arrojan unidades de rocas que son más altas debajo de las que son más bajas. Esto normalmente da como resultado que las unidades más jóvenes se coloquen debajo de las unidades más antiguas. El estiramiento de las unidades puede provocar su adelgazamiento; de hecho, hay una ubicación dentro de Maria Fold and Thrust Belt en la que se puede ver toda la secuencia sedimentaria del Gran Cañón en una longitud de menos de un metro. Las rocas en la profundidad para estirarse dúctil a menudo también se metamorfosean. Estas rocas estiradas también pueden pellizcarse en lentes, conocidos como boudins, por la palabra francesa "salchicha", debido a su similitud visual.
Donde las unidades rocosas se deslizan una tras otra, las fallas de deslizamiento se desarrollan en regiones poco profundas y se convierten en zonas de corte a profundidades más profundas donde las rocas se deforman dúctilmente.
La adición de nuevas unidades de rocas, tanto de forma deposicional como intrusiva, a menudo ocurre durante la deformación. Las fallas y otros procesos de deformación resultan en la creación de gradientes topográficos, causando que el material en la unidad de roca que está aumentando en elevación sea erosionado por pendientes y canales. Estos sedimentos se depositan en la unidad de roca que baja. El movimiento continuo a lo largo de la falla mantiene el gradiente topográfico a pesar del movimiento del sedimento, y continúa creando espacio de alojamiento para que el material se deposite. Los eventos deformacionales a menudo también están asociados con el vulcanismo y la actividad ígnea. Las cenizas volcánicas y las lavas se acumulan en la superficie, y las intrusiones ígneas entran desde abajo. Diques, intrusiones ígneas largas, planas, entran a lo largo de grietas, y por lo tanto, a menudo se forman en grandes cantidades en áreas que están siendo deformadas activamente. Esto puede resultar en el emplazamiento de enjambres de diques, como los que se observan a través del escudo canadiense, o anillos de diques alrededor del tubo de lava de un volcán.
Todos estos procesos no necesariamente ocurren en un solo entorno, y no necesariamente ocurren en un solo pedido. Las islas hawaianas, por ejemplo, consisten casi por completo en flujos de lava basáltica en capas. Las secuencias sedimentarias de los Estados Unidos medio-continentales y el Gran Cañón en el sudoeste de los Estados Unidos contienen montones casi no deformados de rocas sedimentarias que han permanecido en su lugar desde la época del Cámbrico. Otras áreas son mucho más complejas desde el punto de vista geológico. En el sudoeste de los Estados Unidos, las rocas sedimentarias, volcánicas e intrusivas se han metamorfoseado, fallado, foliado y plegado. Incluso las rocas más antiguas, como el Acasta gneis del cratón de esclavos en el noroeste de Canadá, la roca más antigua conocida en el mundo se han metamorfoseado hasta el punto de que su origen no se puede discernir sin un análisis de laboratorio. En adición, estos procesos pueden ocurrir en etapas. En muchos lugares, siendo el Gran Cañón en el sudoeste de los Estados Unidos un ejemplo muy visible, las unidades rocosas inferiores se metamorfosearon y se deformaron, y luego la deformación terminó y las unidades superiores no deformadas se depositaron. Aunque puede ocurrir cualquier cantidad de emplazamiento de roca y deformación de roca, y pueden ocurrir en cualquier cantidad de veces, estos conceptos proporcionan una guía para comprender la historia geológica de un área.
Métodos de geología
Los geólogos usan varios métodos de modelado numérico, de laboratorio y de campo para descifrar la historia de la Tierra y comprender los procesos que ocurren dentro y dentro de la Tierra. En investigaciones geológicas típicas, los geólogos utilizan información primaria relacionada con la petrología (el estudio de las rocas), la estratigrafía (el estudio de las capas sedimentarias) y la geología estructural (el estudio de las posiciones de las unidades rocosas y su deformación). En muchos casos, los geólogos también estudian suelos modernos, ríos, paisajes y glaciares; investigar la vida pasada y actual y los caminos biogeoquímicos, y usar métodos geofísicos para investigar el subsuelo. Subespecialidades de geología pueden distinguir la geología endógena y exógena .
Métodos de campo
El trabajo de campo geológico varía según la tarea en cuestión. El trabajo de campo típico podría consistir en:
- Mapeo geológico
- Mapeo estructural: identificación de las ubicaciones de las principales unidades de rocas y las fallas y pliegues que llevaron a su colocación allí.
- Mapeo estratigráfico: localización precisa de las facies sedimentarias (litofacies y biofacies) o el mapeo de isopachs de espesor igual de roca sedimentaria
- Mapeo superficial: registrar las ubicaciones de los suelos y los depósitos superficiales
- Levantamiento de características topográficas
- compilación de mapas topográficos
- Trabajar para comprender el cambio en los paisajes, que incluye:
- Patrones de erosión y deposición
- Cambio del canal del río a través de la migración y la avulsión
- Procesos de Hillslope
- Mapeo subsuperficial a través de métodos geofísicos
- Estos métodos incluyen:
- Estudios sísmicos superficiales
- Georradar
- Encuestas aeromagnéticas
- Tomografía de resistividad eléctrica
- Ellos ayudan en:
- Exploración de hidrocarburos
- Encontrar agua subterránea
- Localización de artefactos arqueológicos enterrados
- Estos métodos incluyen:
- Estratigrafía de alta resolución
- Medición y descripción de secciones estratigráficas en la superficie
- Perforación y registro de pozos
- Biogeoquímica y geomicrobiología
- Recolectando muestras a:
- determinar vías bioquímicas
- identificar nuevas especies de organismos
- identificar nuevos compuestos químicos
- y usar estos descubrimientos para:
- entender la vida temprana en la Tierra y cómo funcionaba y metabolizaba
- encontrar compuestos importantes para su uso en productos farmacéuticos
- Recolectando muestras a:
- Paleontología: excavación de material fósil
- Para la investigación sobre la vida pasada y la evolución
- Para museos y educación
- Recogida de muestras para geocronología y termocronología
- Glaciología: medición de las características de los glaciares y su movimiento
Petrología
Además de identificar rocas en el campo (litología), los petrólogos identifican muestras de rocas en el laboratorio. Dos de los métodos principales para identificar rocas en el laboratorio son a través de microscopía óptica y mediante el uso de una microsonda electrónica. En un análisis de mineralogía óptica, los petrólogos analizan secciones delgadas de muestras de roca utilizando un microscopio petrográfico, donde los minerales se pueden identificar a través de sus diferentes propiedades en luz polarizada y polarizada en el plano, incluyendo sus propiedades de birrefringencia, pleocroísmo, hermanamiento e interferencia. una lente conoscopica En la microsonda electrónica, las ubicaciones individuales se analizan en cuanto a sus composiciones químicas exactas y la variación en la composición dentro de cristales individuales. Los estudios de isótopos estables y radioactivos proporcionan información sobre la evolución geoquímica de las unidades de roca.
Los petrólogos también pueden usar datos de inclusión de fluidos y realizar experimentos físicos a alta temperatura y presión para comprender las temperaturas y presiones a las que aparecen las diferentes fases minerales, y cómo cambian a través de procesos ígneos y metamórficos. Esta investigación se puede extrapolar al campo para comprender los procesos metamórficos y las condiciones de cristalización de las rocas ígneas. Este trabajo también puede ayudar a explicar los procesos que ocurren dentro de la Tierra, como la subducción y la evolución de la cámara de magma.
Geología estructural
Los geólogos estructurales usan el análisis microscópico de secciones finas orientadas de muestras geológicas para observar el tejido dentro de las rocas, lo que proporciona información sobre la deformación dentro de la estructura cristalina de las rocas. También trazan y combinan mediciones de estructuras geológicas para comprender mejor las orientaciones de fallas y pliegues para reconstruir la historia de la deformación de las rocas en el área. Además, realizan experimentos analógicos y numéricos de deformación de rocas en entornos grandes y pequeños.
El análisis de estructuras a menudo se lleva a cabo trazando las orientaciones de varias características en estereonetas. Una stereonet es una proyección estereográfica de una esfera sobre un plano, en el que los planos se proyectan como líneas y las líneas se proyectan como puntos. Estos pueden usarse para encontrar las ubicaciones de los ejes de pliegue, las relaciones entre fallas y las relaciones entre otras estructuras geológicas.
Entre los experimentos más conocidos en geología estructural se encuentran los que involucran cuñas orogénicas, que son zonas en las que las montañas se construyen a lo largo de límites de placas tectónicas convergentes. En las versiones análogas de estos experimentos, las capas horizontales de arena se arrastran a lo largo de una superficie inferior hacia un tope trasero, lo que da como resultado patrones de fallas realistas y el crecimiento de una cuña orogénica crónicamente cónica (todos los ángulos permanecen iguales). Los modelos numéricos funcionan de la misma manera que estos modelos analógicos, aunque a menudo son más sofisticados y pueden incluir patrones de erosión y elevación en el cinturón de montaña. Esto ayuda a mostrar la relación entre la erosión y la forma de una cordillera. Estos estudios también pueden brindar información útil sobre las vías para el metamorfismo a través de la presión, la temperatura, el espacio y el tiempo.
Estratigrafía
En el laboratorio, los estratígrafos analizan muestras de secciones estratigráficas que pueden ser devueltas del campo, como las de núcleos de perforación. Los estratígrafos también analizan datos de estudios geofísicos que muestran las ubicaciones de las unidades estratigráficas en el subsuelo. Los datos geofísicos y los registros de pozos se pueden combinar para producir una mejor visión del subsuelo, y los estratígrafos a menudo usan programas de computadora para hacer esto en tres dimensiones. Los estratígrafos pueden utilizar estos datos para reconstruir procesos antiguos que ocurren en la superficie de la Tierra, interpretar el pasado ambientes, y ubicar áreas para extracción de agua, carbón e hidrocarburos.
En el laboratorio, los biostratígrafos analizan muestras de rocas del afloramiento y perforan núcleos para encontrar los fósiles encontrados en ellas. Estos fósiles ayudan a los científicos a fechar el núcleo y comprender el entorno deposicional en el que se formaron las unidades rocosas. Los geocronólogos marcan con precisión las rocas dentro de la sección estratigráfica para proporcionar mejores límites absolutos sobre el tiempo y las tasas de deposición. Los estratígrafos magnéticos buscan señales de reversiones magnéticas en unidades de rocas ígneas dentro de los núcleos de perforación. Otros científicos realizan estudios de isótopos estables en las rocas para obtener información sobre el clima pasado.
Geología planetaria
Con el advenimiento de la exploración espacial en el siglo XX, los geólogos han comenzado a observar otros cuerpos planetarios de la misma manera que se han desarrollado para estudiar la Tierra. Este nuevo campo de estudio se llama geología planetaria (a veces conocida como astrogeología) y se basa en principios geológicos conocidos para estudiar otros cuerpos del sistema solar.
Aunque el prefijo geo de origen griego se refiere a la Tierra, la "geología" se usa a menudo junto con los nombres de otros cuerpos planetarios cuando se describe su composición y procesos internos: ejemplos son "la geología de Marte" y "geología lunar". Los términos especializados como la selenología (estudios de la Luna), la areología (de Marte), etc., también están en uso.
Aunque los geólogos planetarios están interesados en estudiar todos los aspectos de otros planetas, un enfoque importante es buscar evidencia de vida pasada o presente en otros mundos. Esto ha llevado a muchas misiones cuyo propósito primario o auxiliar es examinar cuerpos planetarios en busca de evidencia de vida. Uno de estos es el módulo de aterrizaje de Phoenix, que analizó el suelo polar de Marte para detectar componentes hídricos, químicos y mineralógicos relacionados con los procesos biológicos.
Geología aplicada
Geología económica
La geología económica es una rama importante de la geología que se ocupa de los diferentes aspectos de los minerales económicos que utiliza la humanidad para satisfacer sus diversas necesidades. Los minerales económicos son aquellos que pueden extraerse de manera rentable. Los geólogos económicos ayudan a localizar y gestionar los recursos naturales de la Tierra, como el petróleo y el carbón, así como los recursos minerales, que incluyen metales como el hierro, el cobre y el uranio.
Geología minera
La geología minera consiste en las extracciones de recursos minerales de la Tierra. Algunos recursos de intereses económicos incluyen piedras preciosas, metales como el oro y el cobre, y muchos minerales como amianto, perlita, mica, fosfatos, zeolitas, arcilla, piedra pómez, cuarzo y sílice, así como elementos como azufre, cloro y helio.
Geología del petróleo
Los geólogos del petróleo estudian las ubicaciones del subsuelo de la Tierra que pueden contener hidrocarburos extraíbles, especialmente petróleo y gas natural. Debido a que muchos de estos depósitos se encuentran en cuencas sedimentarias, estudian la formación de estas cuencas, así como su evolución sedimentaria y tectónica y las posiciones actuales de las unidades rocosas.
Ingeniería Geológica
La geología de ingeniería es la aplicación de los principios geológicos a la práctica de la ingeniería con el fin de asegurar que los factores geológicos que afectan la ubicación, diseño, construcción, operación y mantenimiento de las obras de ingeniería se aborden adecuadamente.
En el campo de la ingeniería civil, los principios y análisis geológicos se utilizan para determinar los principios mecánicos del material sobre el que se construyen las estructuras. Esto permite construir túneles sin colapsar, construir puentes y rascacielos con cimientos sólidos y construir edificios que no se asentarán en arcilla y barro.
Hidrología y problemas ambientales
La geología y los principios geológicos se pueden aplicar a diversos problemas ambientales, como la restauración de arroyos, la restauración de terrenos abandonados y la comprensión de la interacción entre el hábitat natural y el medio ambiente geológico. La hidrología del agua subterránea, o hidrogeología, se usa para ubicar el agua subterránea, que a menudo puede proporcionar un suministro de agua no contaminada y es especialmente importante en las regiones áridas, y para monitorear la propagación de contaminantes en los pozos de agua subterránea.
Los geólogos también obtienen datos a través de estratigrafía, perforaciones, muestras de núcleos y núcleos de hielo. Los núcleos de hielo y los núcleos de sedimentos se utilizan para las reconstrucciones de paleoclima, que informan a los geólogos sobre la temperatura pasada y presente, la precipitación y el nivel del mar en todo el mundo. Estos conjuntos de datos son nuestra principal fuente de información sobre el cambio climático global fuera de los datos instrumentales.
Peligros Naturales
Los geólogos y geofísicos estudian los peligros naturales para promulgar códigos de construcción seguros y sistemas de advertencia que se utilizan para evitar la pérdida de bienes y de vida. Ejemplos de peligros naturales importantes que son pertinentes para la geología (a diferencia de los que son principalmente o solo pertinentes a la meteorología) son:
- Avalanchas
- Temblores
- Inundaciones
- Deslizamientos y flujos de escombros
- Migración y avulsión del canal fluvial
- Licuefacción
- Sinkholes
- Hundimiento
- Tsunamis
- Volcanes
Historia de la geología
El estudio del material físico de la Tierra se remonta al menos a la antigua Grecia cuando Teofrasto (372-287 a. C.) escribió la obra Peri Lithon ( On Stones ). Durante el período romano, Plinio el Viejo escribió en detalle los muchos minerales y metales que entonces se usaban en la práctica, incluso señalando correctamente el origen del ámbar.
Algunos estudiosos modernos, como Fielding H. Garrison, son de la opinión de que el origen de la ciencia de la geología se remonta a Persia después de que las conquistas musulmanas habían llegado a su fin. Abu al-Rayhan al-Biruni (973-1048 dC) fue uno de los primeros geólogos persas, cuyas obras incluyeron los primeros escritos sobre la geología de la India, con la hipótesis de que el subcontinente indio fue una vez un mar. Tomando de la literatura científica griega e india que no fueron destruidas por las conquistas musulmanas, el erudito persa Ibn Sina (Avicenna, 981-1037) propuso explicaciones detalladas para la formación de montañas, el origen de los terremotos y otros temas centrales de la geología moderna, que proporcionó una base esencial para el posterior desarrollo de la ciencia. En China,
A Nicolas Steno (1638-1686) se le atribuye la ley de la superposición, el principio de horizontalidad original y el principio de continuidad lateral: tres principios definitorios de la estratigrafía.
La palabra geología fue utilizada por primera vez por Ulisse Aldrovandi en 1603, luego por Jean-André Deluc en 1778 y se introdujo como término fijo por Horace-Bénédict de Saussure en 1779. La palabra se deriva del griego γῆ, gê , que significa "tierra" y λόγος, logos , que significa "habla". Pero según otra fuente, la palabra "geología" proviene de un noruego, Mikkel Pedersøn Escholt (1600-1699), que era sacerdote y erudito. Escholt utilizó por primera vez la definición en su libro titulado, Geologia Norvegica (1657).
William Smith (1769-1839) dibujó algunos de los primeros mapas geológicos y comenzó el proceso de ordenar los estratos rocosos (capas) mediante el examen de los fósiles contenidos en ellos.
James Hutton a menudo es visto como el primer geólogo moderno. En 1785 presentó un trabajo titulado Theory ofthe Earth to the Royal Society of Edinburgh. En su artículo, explicó su teoría de que la Tierra debe ser mucho más antigua de lo que se suponía debería permitir el tiempo suficiente para erosionar las montañas y para que los sedimentos formen nuevas rocas en el fondo del mar, que a su vez se elevaron hasta convertirse en tierra firme. Hutton publicó una versión en dos volúmenes de sus ideas en 1795 (Vol. 1, Vol. 2).
Los seguidores de Hutton eran conocidos como plutonistas porque creían que algunas rocas estaban formadas por el vulcanismo , que es la deposición de lava de los volcanes, a diferencia de los neptunistas , liderados por Abraham Werner, que creía que todas las rocas se habían asentado en un gran océano. cuyo nivel disminuyó gradualmente con el tiempo.
El primer mapa geológico de los Estados Unidos fue producido en 1809 por William Maclure. En 1807, Maclure comenzó la tarea autoimpuesta de hacer un estudio geológico de los Estados Unidos. Casi todos los estados de la Unión fueron atravesados y mapeados por él, las montañas Allegheny cruzadas y vueltas a cruzar unas 50 veces. Los resultados de sus trabajos sin ayuda se presentaron a la American Philosophical Society en una memoria titulada Observaciones sobre la Geología de los Estados Unidos explicativa de un Mapa Geológico , y publicada en las Transacciones de la Sociedad , junto con el primer mapa geológico de la nación. Esto es anterior al mapa geológico de William Smith de Inglaterra por seis años, aunque fue construido usando una clasificación diferente de rocas.
Sir Charles Lyell publicó por primera vez su famoso libro, Principles of Geology , en 1830. Este libro, que influyó en el pensamiento de Charles Darwin, promovió con éxito la doctrina del uniformitarismo. Esta teoría afirma que los procesos geológicos lentos han ocurrido a lo largo de la historia de la Tierra y todavía están ocurriendo en la actualidad. Por el contrario, el catastrofismo es la teoría de que las características de la Tierra se formaron en eventos únicos y catastróficos, y se mantuvo sin cambios a partir de entonces. Aunque Hutton creía en el uniformismo, la idea no fue ampliamente aceptada en ese momento.
Gran parte de la geología del siglo XIX giraba en torno a la cuestión de la edad exacta de la Tierra. Las estimaciones variaron desde unos cientos de miles hasta miles de millones de años. A principios del siglo XX, la datación radiométrica permitió estimar la edad de la Tierra en dos mil millones de años. La conciencia de esta gran cantidad de tiempo abrió la puerta a nuevas teorías sobre los procesos que dieron forma al planeta.
Algunos de los avances más significativos en la geología del siglo XX han sido el desarrollo de la teoría de la tectónica de placas en la década de 1960 y el refinamiento de las estimaciones de la edad del planeta. La teoría de la tectónica de placas surgió a partir de dos observaciones geológicas separadas: difusión del fondo marino y deriva continental. La teoría revolucionó las ciencias de la tierra. Hoy se sabe que la Tierra tiene aproximadamente 4.500 millones de años.
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