SEMANA II : GEOLOGIA COMO CIENCIA DE LA TIERRA

GEOLOGÍA COMO CIENCIA DE LA TIERRA

Definición:

Las ciencias de la Tierra o geociencias son las disciplinas de las ciencias naturales que estudian la estructura, morfología, evolución y dinámica del planeta Tierra. Constituyen un caso particular de las ciencias planetarias, las cuales se ocupan del estudio de los planetas del Sistema Solar.

Objetivos:

• Averiguar su historia y su evolución e intenta comprender la causa de los fenómenos endógenos y exógenos.
• Estudiar a la Tierra como un sistema compuesto por numerosas partes interactuantes o subsistemas.
• Emplear un enfoque interdisciplinario para resolver los problemas ambientales globales.

Importancia:

• En la actualidad las ciencias geológicas están adquiriendo mayor importancia para enfrentar la escasez de materias primas y energéticas y los problemas ambientales.
• En la ingeniería ambiental es importante porque va abordar el estudio de los procesos de la hidrósfera y de la litósfera.

Tiempo Astronómico:

La astronomía es una de las ciencias más antiguas. En los albores de la civilización, el hombre se dio cuenta que la repetición regular de los fenómenos celestes constituía el reloj natural de sus múltiples actividades: la jornada de labor se medía por la salida y la puesta del sol; el mes, por el ciclo lunar; las siembras, las cosechas y el trabajo agrícola en general eran regulados por la aproximación de las estaciones. Por este conjunto de razones la astronomía fue, en todas las civilizaciones del pasado, una ciencia tanto al servicio del poder civil como del religioso.

Estudio de la orientación por las estrellas:

Sistema altacimutal, u horizontal que toma como referencias el horizonte celeste y el meridiano del lugar.

Sistemas horario y ecuatorial, que tienen de referencia el ecuador celeste, pero el primer sistema adopta como segundo círculo de referencia el meridiano del lugar mientras que el segundo se refiere al círculo horario (círculo que pasa por los polos celestes).

Sistema eclíptico, que se utiliza normalmente para describir el movimiento de los planetas y calcular los eclipses; los círculos de referencia son la eclíptica y el círculo de longitud que pasa por los polos de la eclíptica y el punto.

Sistema galáctico, se utiliza en estadística estelar para describir movimientos y posiciones de cuerpos galácticos. Los círculos principales son la intersección del plano ecuatorial galáctico con la esfera celeste y el círculo máximo que pasa por los polos de la Vía Láctea y el ápice del Sol (punto de la esfera celeste donde se dirige el movimiento solar).

Instrumentos de observación:

Para observar la bóveda celeste y las constelaciones más conocidas no hará falta ningún instrumento, para observar cometas o algunas nebulosas sólo serán necesarios unos prismáticos, los grandes planetas se ven a simple vista; pero para observar detalles de los discos de los planetas del sistema solar o sus satélites mayores bastará con un telescopio simple. Si se quiere observar con profundidad y exactitud determinadas características de los astros, se requieren instrumentos que necesitan de la precisión y tecnología de los últimos avances científicos.

Astronomía visible: El telescopio fue el primer instrumento de observación del cielo. Aunque su invención se le atribuye a Hans Lippershey, el primero en utilizar este invento para la astronomía fue Galileo Galilei quien decidió construirse él mismo uno. Desde aquel momento, los avances en este instrumento han sido muy grandes como mejores lentes y sistemas avanzados de posicionamiento. Actualmente, el telescopio más grande del mundo se llama Very Large Telescope y se encuentra en el observatorio Paranal, al norte de Chile. Consiste en cuatro telescopios ópticos reflectores que se conjugan para realizar observaciones de gran resolución.

Sistema solar:

El Sistema Solar es un sistema planetario en el que se encuentra la Tierra. Consiste en un grupo de objetos astronómicos que giran en una órbita, por efectos de la gravedad, alrededor de una única estrella conocida como el Sol de la cual obtiene su nombre.

Se formó hace unos 4600 millones de años a partir del colapso de una nube molecular que lo creó. El material residual originó un disco circumestelar protoplanetario en el que ocurrieron los procesos físicos que llevaron a la formación de los planetas.

Se ubica en la actualidad en la Nube Interestelar Local que se halla en la Burbuja Local del Brazo de Orión, de la galaxia espiral Vía Láctea, a unos 28 mil años luz del centro de esta.

La mayor parte de su masa, aproximadamente el 99,85%, yace en el Sol. De los numerosos objetos que giran alrededor de la estrella, gran parte de la masa restante se concentra en ocho planetas cuyas órbitas son prácticamente circulares y transitan dentro de un disco casi llano llamado plano eclíptico.

Los cuatro más cercanos, considerablemente más pequeños Mercurio, Venus, Tierra y Marte, también conocidos como los planetas terrestres, están compuestos principalmente por roca y metal. Mientras que los planetas externos, gigantes gaseosos nombrados también como "planetas jovianos", son sustancialmente más masivos que los terrestres.

Los dos más grandes, Júpiter y Saturno, están compuestos principalmente de helio e hidrógeno; los gigantes helados, como también se suele llamar a Urano y Neptuno, están formados mayoritariamente por agua congelada, amoniaco y metano.

El Sistema Solar es también el hogar de varias regiones compuestas por objetos pequeños. El Cinturón de asteroides, ubicado entre Marte y Júpiter, es similar a los planetas terrestres ya que está constituido principalmente por roca y metal, en este se encuentra el planeta enano Ceres.

Más allá de la órbita de Neptuno está el Cinturón de Kuiper y el Disco disperso, dos zonas vinculadas de objetos transneptúnicos formados por agua, amoníaco y metano principalmente. En este lugar existen cuatro planetas enanos Haumea, Makemake, Eris y Plutón, el cual hasta hace poco fue considerado el noveno miembro del sistema solar.

Este tipo de cuerpos celestes ubicados más allá de la órbita de Neptuno son también llamados plutoides, los cuales junto a Ceres, poseen el suficiente tamaño para que se hayan redondeado por efectos de su gravedad, pero que se diferencian principalmente de los planetas porque no han vaciado su órbita de cuerpos vecinos.

Adicionalmente a los miles de objetos pequeños de estas dos zonas, algunas docenas de los cuales son candidatos a planetas enanos, existen otros grupos como cometas, centauros y polvo cósmico que viajan libremente entre regiones.

Seis planetas y tres planetas enanos poseen satélites naturales. El viento solar, un flujo de plasma del Sol, crea una burbuja de viento estelar en el medio interestelar conocido como heliosfera, la que se extiende hasta el borde del disco disperso. La Nube de Oort, de la cual se cree es la fuente de los cometas de período largo, es el límite del sistema solar y su borde está ubicado a un año luz desde el Sol.

Características generales:

Los planetas y los asteroides orbitan alrededor del Sol, aproximadamente en un mismo plano y siguiendo órbitas elípticas (en sentido antihorario, si se observasen desde el Polo Norte del Sol); aunque hay excepciones, como el cometa Halley, que gira en sentido horario.

El plano en el que gira la Tierra alrededor del Sol se denomina plano de la eclíptica, y los demás planetas orbitan aproximadamente en el mismo plano. Aunque algunos objetos orbitan con un gran grado de inclinación respecto de éste, como Plutón que posee una inclinación con respecto al eje de la eclíptica de 17º, así como una parte importante de los objetos del cinturón de Kuiper.

Según sus características, los cuerpos que forman parte del Sistema Solar se clasifican como sigue:

El Sol, una estrella de tipo espectral G2 que contiene más del 99,98 por ciento de la masa del sistema. Con un diámetro de 1.400.000 km, se compone de un 75% de hidrógeno, un 20% de helio y 5% de oxígeno, carbono, hierro y otros elementos.

Los planetas, divididos en planetas interiores (también llamados terrestres o telúricos) y planetas exteriores o gigantes. Entre estos últimos Júpiter y Saturno se denominan gigantes gaseosos, mientras que Urano y Neptuno suelen nombrarse gigantes helados. Todos los planetas gigantes tienen a su alrededor anillos.

Los planetas enanos son cuerpos cuya masa les permite tener forma esférica, pero no es la suficiente como para haber atraído o expulsado a todos los cuerpos a su alrededor. Son: Plutón (hasta 2006 era considerado el noveno planeta del Sistema Solar, Ceres, Makemake, Eris y Haumea.

Los satélites son cuerpos mayores que orbitan los planetas; algunos son de gran tamaño, como la Luna, en la Tierra; Ganímedes, en Júpiter, o Titán, en Saturno.

Los asteroides son cuerpos menores concentrados mayoritariamente en el cinturón de asteroides entre las órbitas de Marte y Júpiter, y otra más allá de Neptuno. Su escasa masa no les permite tener forma regular.

Los objetos del cinturón de Kuiper son objetos helados exteriores en órbitas estables, los mayores de los cuales son Sedna y Quaoar.

Los cometas son objetos helados pequeños provenientes de la nube de Oort.

Estrella central “el sol”:

El Sol es la estrella única y central del Sistema Solar; por tanto, es la estrella más cercana a la Tierra y el astro con mayor brillo aparente. Su presencia o su ausencia en el cielo terrestre determinan, respectivamente, el día y la noche.

La energía radiada por el Sol es aprovechada por los seres fotosintéticos, que constituyen la base de la cadena trófica, y es por ello la principal fuente de energía de la vida. También aporta la energía que mantiene en funcionamiento los procesos climáticos.

El Sol es una estrella que se encuentra en la fase denominada secuencia principal, con un tipo espectral G2, que se formó hace unos 5000 millones de años, y permanecerá en la secuencia principal aproximadamente otros 5000 millones de años.

A pesar de ser una estrella mediana, es la única cuya forma circular se puede apreciar a simple vista, con un diámetro angular de 32' 35" de arco en el perihelio y 31' 31" en el afelio, lo que da un diámetro medio de 32' 03". Casualmente, la combinación de tamaños y distancias del Sol y la Luna respecto a la Tierra, hace que se vean aproximadamente con el mismo tamaño aparente en el cielo. Esto permite una amplia gama de eclipses solares distintos (totales, anulares o parciales).

Planetas:

Los ocho planetas que componen el Sistema Solar son, de menor a mayor distancia respecto al Sol, los siguientes:

Mercurio: Es el planeta del Sistema Solar más próximo al Sol y el más pequeño. Forma parte de los denominados planetas interiores o rocosos y carece de satélites. Se conocía muy poco sobre su superficie hasta que fue enviada la sonda planetaria Mariner 10 y se hicieron observaciones con radares y radiotelescopios.

Venus: Es el segundo planeta del Sistema Solar en orden de distancia desde el Sol, y el tercero en cuanto a tamaño, de menor a mayor. Recibe su nombre en honor a Venus, la diosa romana del amor. Se trata de un planeta de tipo rocoso y terrestre, llamado con frecuencia el planeta hermano de la Tierra, ya que ambos son similares en cuanto a tamaño, masa y composición, aunque totalmente diferentes en cuestiones térmicas y atmosféricas.

Tierra: Es un planeta del Sistema Solar que gira alrededor de su estrella en la tercera órbita más interna. Es el más denso y el quinto mayor de los ocho planetas del Sistema Solar. También es el mayor de los cuatro terrestres.

La Tierra se formó hace aproximadamente 4567 millones de años y la vida surgió unos mil millones de años después. Es el hogar de millones de especies, incluyendo los seres humanos y actualmente el único cuerpo astronómico donde se conoce la existencia de vida.

La atmósfera y otras condiciones abióticas han sido alteradas significativamente por la biosfera del planeta, favoreciendo la proliferación de organismos aerobios, así como la formación de una capa de ozono que junto con el campo magnético terrestre bloquean la radiación solar dañina, permitiendo así la vida en la Tierra.

Las propiedades físicas de la Tierra, la historia geológica y su órbita han permitido que la vida siga existiendo. Se estima que el planeta seguirá siendo capaz de sustentar vida durante otros 500 millones de años, ya que según las previsiones actuales, pasado ese tiempo la creciente luminosidad del Sol terminará causando la extinción de la biosfera.

Marte: Es el cuarto planeta del Sistema Solar. Llamado así por el dios de la guerra de la mitología romana Marte, recibe a veces el apodo de Planeta rojo debido a la apariencia rojiza que le confiere el óxido de hierro que domina su superficie. Tiene una atmósfera delgada formada por dióxido de carbono, y dos satélites: Fobos y Deimos. Forma parte de los llamados planetas telúricos (de naturaleza rocosa, como la Tierra) y es el planeta interior más alejado del Sol. Es, en muchos aspectos, el más parecido a la Tierra.

Júpiter: Es el quinto planeta del Sistema Solar. Forma parte de los denominados planetas exteriores o gaseosos. Recibe su nombre del dios romano Júpiter (Zeus en la mitología griega).

Se trata del planeta que ofrece un mayor brillo a lo largo del año dependiendo de su fase. Es, además, después del Sol, el mayor cuerpo celeste del Sistema Solar, con una masa casi dos veces y media la de los demás planetas juntos (con una masa 318 veces mayor que la de la Tierra y 3 veces mayor que la de Saturno).

Saturno: Es el sexto planeta del Sistema Solar, el segundo en tamaño y masa después de Júpiter y el único con un sistema de anillos visible desde nuestro planeta. Su nombre proviene del dios romano Saturno. Forma parte de los denominados planetas exteriores o gaseosos, también llamados jovianos por su parecido a Júpiter. El aspecto más característico de Saturno son sus brillantes anillos.

Urano: Es el séptimo planeta del Sistema Solar, el tercero en cuanto a mayor tamaño, y el cuarto más masivo. Urano es similar en composición a Neptuno, y los dos tienen una composición diferente de los otros dos gigantes gaseosos (Júpiter y Saturno).

Neptuno: Es el octavo planeta en distancia respecto al Sol y el más lejano del Sistema Solar. Forma parte de los denominados planetas exteriores o gigantes gaseosos, y es el primero que fue descubierto gracias a predicciones matemáticas. Su nombre fue puesto en honor al dios romano del mar —Neptuno—, y es el cuarto planeta en diámetro y el tercero más grande en masa. Su masa es diecisiete veces la de la Tierra y ligeramente más masivo que su planeta «gemelo» Urano, que tiene quince masas terrestres y no es tan denso.

 Planetas enanos:

Los cinco planetas enanos del Sistema Solar, de menor a mayor distancia respecto al Sol, son los siguientes:

Ceres: Es el más pequeño de los planetas enanos dentro de nuestro sistema solar, aunque hasta la reunión de la Unión Astronómica Internacional el 24 de agosto de 2006, era considerado el mayor asteroide descubierto por el hombre. Fue descubierto el 1 de enero de 1801 por Giuseppe Piazza y recibe su nombre en honor a la diosa romana de la agricultura, las cosechas y la fecundidad, Ceres. Este planeta enano contiene aproximadamente la tercera parte de la masa total del cinturón de asteroides, siendo el más grande de todos los cuerpos de dicho grupo.

Plutón: Es un planeta enano del Sistema Solar, situado a continuación de la órbita de Neptuno. Posee una órbita excéntrica y altamente inclinada con respecto a la eclíptica, que recorre acercándose en su perihelio hasta el interior de la órbita de Neptuno. Plutón posee cinco satélites: Caronte, Nix, Hidra, P4 y el recientemente descubierto S/2012 (134340) 1, o P5. Estos son cuerpos celestes que comparten la misma categoría.

Haumea: Es un planeta enano que se encuentra más allá de la órbita de Saturno, en el Cinturón de Kuiper. El alargamiento extremo de Haumea lo hace único entre los planetas enanos conocidos. Aunque su forma no ha sido observada directamente, los cálculos de su curva de luz sugieren que es un elipsoide, con su eje mayor del doble que su eje menor. Sin embargo, se cree que su gravedad es suficiente para haberse relajado en equilibrio hidrostático, haciéndolo un planeta enano.

Makemake: Es un planeta enano, el tercero en tamaño en el Sistema Solar y uno de los dos objetos más grandes del cinturón de Kuiper. Su diámetro es aproximadamente tres cuartas partes del de Plutón. Makemake no tiene satélites conocidos, lo cual lo hace único entre los objetos del cinturón de Kuiper más grandes. Tiene un promedio de temperatura extremadamente bajo, cerca de −243,2 °C (30 K), de manera que su superficie está cubierta con metano, etano, y posiblemente de nitrógeno congelados.

Eris: Es el más masivo de los planetas enanos conocidos, que se encuentra en el disco disperso del Cinturón de Kuiper, por lo que se clasifica como un SDO (Scattered disk objects) y un plutoide. Pertenece a una clase de cuerpos que han sido arrastrados a una órbita más lejana de lo habitual por interacciones gravitatorias con Neptuno en las etapas iniciales de la formación del Sistema Solar. Cuenta con un satélite natural al que se le ha dado el nombre de Disnomia.

Tiempo geológico:

El tiempo geológico del planeta se divide y distribuye en intervalos de tiempo caracterizados por acontecimientos importantes de la historia de la Tierra y de la vida. Como la edad de la Tierra es de aproximadamente 4600 millones de años, cuando se habla de tiempo geológico suele expresarse casi siempre en millones de años y siempre referidos a «antes del presente.

Unidades geocronológicas: Las unidades geocronológicas son unidades de tiempo basadas en las unidades cronoestratigráficas. Las unidades cronoestratigráficas dividen las rocas de la Tierra ordenadas cronológicamente, reflejando los principales eventos geológicos, biológicos y climáticos que han ido sucediéndose a lo largo del tiempo. Los nombres de las unidades cronoestratigráficas comparten el mismo nombre con las equivalentes geocronológicas, salvo que los nombres derivados de su posición estratigráfica relativa -inferior, medio y superior- se trasladan como temprano, medios y tardíos.

Unidades geocronométricas: Desde que se han podido datar las rocas con valores absolutos (en cifras expresadas en millones de años), se han ido ajustando con cierta precisión las dataciones de los límites de las unidades geocronológicas, dependiendo de los métodos usados. Todas las unidades geocronológicas -y por tanto sus equivalentes cronoestratigráficas- para las que han podido precisarse sus límites pasan a ser también unidades geocronométricas.

Estructura interna de la tierra

Para poder comprender cómo funciona la Tierra, es necesario saber cómo es por dentro, en cuanto a composición y en cuanto a estructura. El estudio del interior de la Tierra sugiere una estructura composicional en capas (geosferas) a las que se superpone una estructura dinámica, es decir referida al comportamiento de los materiales internos.

Estructura química

Ante la imposibilidad de acceder directamente al interior de la Tierra, el estudio de su interior se hace por métodos indirectos, que consisten, básicamente, en medidas de características físicas de la Tierra en su conjunto. Este tipo de estudios conforman una ciencia, a caballo entre la geología y la física, denominada geofísica.

Las capas terrestres son:

Corteza: es la capa más fina e irregular. Sólida. Su espesor varía desde 5 km bajo los fondos oceánicos hasta más de 70 km en algunos puntos de los continentes. Es la menos densa, formada por elementos químicos ligeros, como el oxígeno, carbono, silicio, etc. Su límite con la siguiente capa forma la discontinuidad de Mohorovicic.

Manto: más uniforme que la Corteza y mucho más grueso. Su límite se sitúa a 2900 km contado desde la superficie media (superficie del geoide). Se encuentra en estado sólido aunque tiene cierta plasticidad. Está compuesto por elementos más densos, como son el hierro y el magnesio, aunque también posee importantes cantidades de silicio, formando una roca característica denominada peridotita. Su límite con el Núcleo forma la discontinuidad de Gutenberg. Posee dos partes diferenciadas y separadas por la discontinuidad de Repetti a 670 km de profundidad: El Manto superior en la que se producen terremotos y el Manto inferior, más denso debido a un cambio en la estructura de los silicatos.

Núcleo: Es muy denso. Compuesto básicamente por hierro, níquel y azufre, similar a un tipo de material (roca) denominado troilita, encontrado en algunos meteoritos que han caído a la Tierra (siderolitos) y cuyas propiedades físicas coinciden con las medidas para esta capa terrestre. El Núcleo externo se encuentra en estado líquido, lo que sabemos porque las "ondas s" desaparecen en  él. Su límite, situado a 5100 km, se denomina discontinuidad de Wiechert o Lehman. A partir de esta discontinuidad aparece el Núcleo interno, sólido,  de mayor densidad y menos azufre. Forma la parte central del planeta. una, las cosechas y la fecundidad, Ceres. Este planeta enano contiene aproximadamente la tercera parte de la masa total del cinturón de asteroides, siendo el más grande de todos los cuerpos de dicho grupo.