CICLOS DE MATERIA Y ENERGÍA EN LA GEOSFERA

CICLO GEOLÓGICO

La implicación de las grandes capas de la Tierra – núcleo, manto, corteza, litosfera, hidrosfera, biosfera y atmósfera – en un sistema en el que se produce un flujo cíclico de material de un lugar a otro. Es un proceso evolutivo, lento y repetitivo.

PROCESOS GEOLÓGICOS

Acciones realizadas por los agentes geológicos.

Procesos Geológicos Externos

Transformaciones que sufre una roca de cualquier tipo debido a la acción de los agentes geológicos externos. Constituyen la parte del ciclo donde dominan las fuerzas y energías externas, que son la energía solar, la gravedad terrestre y las mareas. El efecto que producen es la erosión o denudación del paisaje rebajando los relieves topográficos. Los procesos externos son:

• Meteorización
• Erosión
• Transporte
• Sedimentación
• Diagénesis

Los agentes geológicos que realizan estos procesos son: atmósfera, aguas encauzadas, aguas salvajes, aguas subterráneas, aguas marinas, hielo, viento, seres vivos.

Meteorización

Transformación química y disgregación mecánica de la roca “in situ”, obteniéndose una roca suelta con minerales nuevos: regolita. A partir de ella se puede formar el suelo.

• Mecánica (disgregación): lajamiento (por descompresión); gelifracción (por congelación); termoclastia; haloclastia (crecimiento de sales), biofísica.
• Química: disolución (de yeso, cloruros), carbonatación (agua + CO₂ en calizas), hidratación (arcillas expansivas), oxidación (de minerales de Fe, Al,…); hidrólisis (OH^– y H⁺ rompiendo cristales y transformándolos en arcillas, óxidos.

Erosión

Desgaste de la roca por la acción de los agentes geológicos. Se intensifica mediante la meteorización. La erosión implica el posterior transporte de los materiales.

Transporte

Desplazamiento de los materiales desde la zona de erosión a la zona de depósito.

Sedimentación

Depósito de los materiales. Se produce por decantación de partículas sólidas o bien por sobresaturación y precipitación de las partículas disueltas. Cuencas sedimentarias: áreas de depósito: continentales, costeras y marinas. Los fenómenos episódicos de la sedimentación dan lugar a estratos, los estratos más antiguos, que soportan el peso de los superiores más modernos, sufren un aumento de presión y temperatura. Estos hechos contribuyen a:

• La subsidencia o hundimiento de la cuenca sedimentaria debido al peso.
• La diagénesis: transformación del sedimento en roca sedimentaria. En ella se producen la desecación, compactación, cementación, autogénesis, recristalización y metasomatismo de los sedimentos.

Procesos Geológicos Internos

Predominan las fuerzas y energías internas originadas en la desintegración de los productos radiactivos y la gravedad terrestre, y los propios movimientos terrestres. Los factores implicados son los aumentos de presión y temperatura.

Procesos y efectos

• Movilidad de placas litosféricas
• Metamorfismo y formación de rocas metamórficas
• Magmatismo y formación de rocas magmáticas
• Seísmos, fallas, pliegues, dorsales oceánicas, bordes constructivos, bordes de subducción o destructivos, bordes conservativos con fallas de desgarre, orógenos.

Metamorfismo

Es un proceso de alteración de rocas anteriores con modificación de su composición química y mineralógica. Los procesos metamórficos se desarrollan en estado sólido a diferencia de los magmáticos. Los factores que intervienen en el metamorfismo son la presión y la temperatura.

Tipos de metamorfismo: de fallas, de contacto, metasomatismo, de enterramiento, y regional.

Magmatismo

Implica la fusión total o parcial de la roca por aumento de la temperatura. Los magmas formados pueden ascender por convección y solidificar dando lugar a las rocas magmáticas o ígneas. Las zonas de elevación de temperatura coinciden con los límites activos de las placas. El magmatismo y el metamorfismo están relacionados con la tectónica de placas.

Rocas magmáticas: volcánicas o efusivas, plutónicas o intrusivas y filonianas (en filones).

VISIÓN GENERAL DEL CICLO GEOLÓGICO

Las rocas sufren procesos: La roca madre sufre meteorización, erosión y transporte de materiales hacia las cuencas donde se depositan formando sedimentos. Los sedimentos experimentan subsidencia y diagénesis transformándose en rocas sedimentarias. La mayor acumulación de sedimentos se da en las fosas, a lo largo de la plataforma continental, talud y fondo oceánico. En las zonas de subducción, los sedimentos y rocas sedimentarias pueden sufrir fuertes plegamientos debido al empuje de la placa que subduce y pueden ser elevados por encima del nivel del mar. Parte de los sedimentos son arrastrados por la placa que desciende en las zonas de subducción. La elevación de presión dirigida y la temperatura dan lugar a fenómenos metamórficos generándose rocas metamórficas. Los sedimentos más profundos se funden y ascienden cristalizando en rocas magmáticas. Por tanto, los fuertes esfuerzos de compresión y el choque entre dos placas dan lugar a procesos metamórficos y magmáticos acompañando a potentes plegamientos, formándose sistemas orogénicos (cordilleras). Los orógenos o montañas formados por los choques entre placas constituyen la roca madre que será atacada por los agentes geológicos externos.

TECTÓNICA DE PLACAS

Placas Litosféricas

Espesor 100 Km.; su límite lo marca una isoterma de 1200 grados C°, los materiales están cercanos al punto de fusión. Por debajo de la isoterma comienza un material semifluido correspondiente al manto. La diferencia entre las dos capas reside en el estado físico de los materiales. La litosfera es una capa rígida que tiende a romperse en grandes placas, la capa inferior se comporta de manera plástica para los movimientos lentos. En el manto hay corrientes de convección que redistribuyen los materiales.

Existen tres tipos básicos de límites o bordes de placa activos:

• Bordes constructivos: dorsales oceánicas. Creación de litosfera oceánica por la salida de los magmas del manto.
• Bordes destructivos: una placa litosférica se introduce debajo de la otra, hundiéndose en el manto. Este proceso se le denomina subducción. Los bordes destructivos pueden establecerse entre dos placas oceánicas (fosas marianas), entre una oceánica y otra continental (en la fosa sudamericana) y entre dos márgenes continentales (la India y Asia).
• Bordes conservativos: deslizamiento lateral entre placas. No se crean ni se destruyen placas. Se caracterizan por la aparición de fallas de desgarre (falla del Guadalentín en Lorca).

Todas estas circunstancias suceden en tiempos muy prolongados y dan lugar al movimiento relativo entre placas. La dinámica de estos procesos se esquematiza en el ciclo de Wilson (rift continental – dorsal – cuenca oceánica – subducción – cierre de la cuenca oceánica y vuelta a empezar).

Fenómenos Intraplaca

(Justificación de los volcanes y terremotos intraplaca).

• Punto caliente: plumas de calor del manto que, al situarse debajo de una placa en movimiento, dan lugar a islas volcánicas alineadas y guyots.
• Fracturas intraplaca: formadas por esfuerzos compresivos en márgenes continentales (Canarias).

RIESGOS GEOLÓGICOS

Todo proceso, situación o suceso en el medio que pueda generar un daño social o económico, y en cuya prevención y predicción se emplean criterios geológicos.

CLASIFICACIÓN

• Naturales:
  • G. Internos: volcanes, terremotos y diapiros.
  • G. Externos: movimientos de ladera, aludes de nieve, inundaciones, erosión, tornados, huracanes, rayos, sequía.
• Mixtos: alteración de los procesos de erosión-sedimentación. Erosión del suelo, colmatación de embalses, desaparición de playas.
• Antrópicos: terremotos provocados por explosiones, inundación por rotura de presas, colapsos por minería.

RIESGOS VOLCÁNICOS

Fracturas por donde emerge el magma.

• Gradiente geotérmico: aumento de 30° por km. con la profundidad en los primeros kms. Se debe a la desintegración de elementos radiactivos. Explica las corrientes convectivas de materiales fundidos del núcleo y el manto.
• Las partes de un volcán son:
  • Cráter: Orificio por el que sale la lava al exterior. Si su diámetro mide más de 1 km se denomina caldera.
  • Cono volcánico: Montículo formado por la acumulación de los materiales emitidos por el volcán.
  • Cámara magmática: Lugar donde se almacena el magma antes de salir al exterior.
  • Chimenea: Conducto por el que sale la lava desde la cámara magmática hasta el cráter.
  • Columna eruptiva: Altura alcanzada por los materiales emitidos al aire durante la erupción.
  • Colada de lava: Ríos de lava procedentes del desbordamiento.
  • Cono parásito: Cono secundario del volcán que suele emitir gases (fumarolas).
• Materiales arrojados:
  • Gases: H₂, H₂O, CO, CO₂, SO₂, .. Posibilitan el ascenso de otros materiales.
  • Líquidos (Lava): se produce por la fusión de rocas del manto debido al aumento de T³ o descenso de P⁰ⁿ.
  • Sólidos (piroclastos): proceden de magma pulverizado y del cono. Se clasifican por su tamaño en cenizas, lapilli y bloques.

TIPOS DE ERUPCIONES

• Hawaiana (peligrosidad 0-1): Lavas muy fluidas. Volcán en forma de escudo. Explosiones suaves. Radio de acción menor de 100 m. Columna eruptiva menor de 100 m.
• Estromboliana (1-2): Cono pequeño y simétrico. Explosiones suaves. Radio de acción de 0,1 a 5 km. Columna eruptiva menor de 1 Km.
• Vulcaniana (3-4): Explosión moderada al destaponarse la chimenea. Coladas de lava alternadas con lluvias piroclásticas. Radio de acción de 5 a 1000 km. Columna eruptiva menor de 10 Km.
• Peleana ((5-7): Lavas muy viscosas. Explosiones violentas. Radio de acción mayor de 1000 km. Erupciones freatomagmáticas. Domos volcánicos. Alta probabilidad de nubes ardientes. Lahares y avalanchas. Columna eruptiva de 20 Km.

FACTORES DE PELIGROSIDAD

• El índice de explosividad (IE) es la relación entre la cantidad de piroclastos y el material total de la erupción. Es un indicador del grado de peligrosidad.
• IE bajo: lavas fluidas (riesgo bajo y pérdidas económicas)
• IE alto: lavas viscosas (riesgo social mayor)

ZONAS DE RIESGO

(Relacionadas con los límites de placas)

• Límite de placas: dorsales y subducción situadas en el Cinturón circumpacífico y la franja mediterráneo-asiática.
• Zonas Intraplacas: puntos calientes.
• Volcanismo en la península: Campo de Calatrava y Cabo de Gata. La mayoría tienen un riesgo nulo.
• Canarias: Volcanismo efusivo de bajo riesgo pero con episodios variables.

PELIGROSIDAD DE LOS VOLCANES

• Peligros directos o primarios:
  • Gases: Salen al exterior con rapidez y posibilitan el ascenso de otros materiales: vapor de agua, dióxido de carbono, dióxido de azufre, sulfuro de hidrógeno y nitrógeno. Pueden causar molestias respiratorias o muerte por asfixia.
  • Coladas de lava (peligrosidad en función de su viscosidad): Las lavas ácidas poseen un elevado contenido de sílice y son muy viscosas. Las lavas básicas son muy fluidas porque tienen poco sílice. Las coladas de lava pueden originar destrozos en los cultivos, incendios, arrasar pueblos.
  • Lluvias de piroclastos: Los piroclastos son fragmentos lanzados al aire a consecuencia de la pulverización de la lava durante las explosiones volcánicas. Se diferencian por su tamaño en: cenizas, lapilli, y bombas. Esta lluvia puede destrozar cultivos,…
  • Explosiones: Dependen de la viscosidad de las lavas. Desprenden piroclastos a la atmósfera cayendo por la ladera.
  • Nube ardiente: Una columna eruptiva cae por la ladera de un volcán. Produce daños por combustión, quemaduras, muerte por asfixia, etc…
  • Domo volcánico: La lava muy viscosa solidifica en el cráter creando un tapón. Puede provocar una brusca explosión originando una nube ardiente.
  • Caldera: Tras una explosión, la cámara magmática se queda inestable y su techo se desploma, el cráter se agranda transformándose en una caldera. Puede producir terremotos o tsunamis.
• Peligros indirectos o derivados: Lahares, tsunamis, movimientos de laderas, erupciones freato-magmáticas.

PREDICCIÓN

Mapas de peligrosidad; redes de vigilancia de precursores volcánicos, cambios topográficos, cambios en gases, anomalías magnéticas,…

PREVENCIÓN

• Medidas no estructurales: mapas de peligrosidad, ordenación del territorio, protección civil.
• Medidas estructurales: refugios incombustibles, tejados inclinados, cúpulas semiesféricas, etc.

RIESGOS SÍSMICOS. ENERGÍA ELÁSTICA.

TERREMOTO

Vibración de la Tierra producida por la liberación brusca de la energía almacenada en las fallas. Está relacionado con los límites de placas, erupciones volcánicas, impacto de meteoritos…

• Tipos de fallas y tipos asociados de seismos: inversas (por compresión); normales (distensión); de desgarre (cizalla).
• Hipocentro: zona de la falla donde se inicia el seísmo.
• Epicentro: zona de la superficie en la vertical del foco, donde la magnitud es máxima.
• Sismógrafos: registran las ondas sísmicas en los sismogramas.
• Ondas profundas: P (longitudinales); S (transversales). Vp = 1,7 Vs.
• Ondas superficiales: Love (paralelas al suelo); Rayleigh (elípticas, como las olas). Provocan los desastres.

PARÁMETROS DE MEDIDA

• Magnitud: Energía liberada en el seísmo. Indica el grado de movimiento que ha tenido lugar durante el mismo. Se mide en la escala Richter (de 1 a 10 grados la E^a elástica).
• Intensidad: Capacidad de destrucción. Mide la vulnerabilidad. Se utilizan la escala Mercalli o escala MSK, que van de I a XII.

DAÑOS ORIGINADOS POR LOS SEÍSMOS

Daños en los edificios, daños en las vías de comunicación, rotura de presas, tsunamis,…

MÉTODOS DE PREDICCIÓN Y PREVENCIÓN

• Predicción: Elaboración de mapas de peligrosidad y de exposición. Localización de fallas activas.
• Prevención: Medidas estructurales (normas de construcción sismorresistente) y no estructurales (ordenación del territorio, protección civil, educación para el riesgo).

ZONAS DE RIESGO

• Límite de placas: dorsales y subducción.
• España: Cordilleras Béticas (fallas de desgarre entre África y la microplaca Ibérica) y Pirineos (choque de la placa ibérica y la euroasiática).

DIAPIROS (Riesgo geológico interno)

DIAPIROS

Deformaciones tectónicas de sales cuya plasticidad y baja densidad las hace fluir rompiendo las capas superiores formando estructuras prominentes con forma de seta.

RIESGOS

Deformaciones en el terreno, hundimientos por disolución.

PREDICCIÓN

Mapas de peligrosidad basados en estudios gravimétricos.

PREVENCIÓN

Mapas de riesgo para una adecuada ordenación territorial.

CORRECCIÓN

: drenar la zona para evitar la infiltración de agua, relleno de oquedades (vías férreas, autovías…)

Etiquetas: Ciclo Geológico, geosfera, Riesgos Geológicos, Tectónica de Placas, Terremotos, volcanes