Conceptos Fundamentales de Geología: Desde el Big Bang hasta la Formación de Rocas

Teorías sobre el Origen y Evolución del Universo

• Radiación de fondo: Radiación electromagnética que proviene de todas las partes del universo y que se interpreta como los restos de la gran explosión inicial, el Big Bang.
• Teoría Inflacionaria: Complementa la teoría del Big Bang, aclara los primeros momentos del universo, el cual en sus comienzos tuvo un período corto de expansión cuya velocidad era muy superior a la de la luz, lo cual explica la uniformidad del universo visible.
• Teoría Unipulsante: El universo se expande hasta que la fuerza centrífuga se equilibra con la de atracción y predomina esta última, por lo que comenzará a juntarse hasta volver a formar el átomo primigenio y, después de un tiempo, un nuevo Big Bang.
• Teoría del Estado Estacionario: Idea del principio cosmológico perfecto, el universo sería eterno y uniforme, y el espacio cedido por las galaxias en su proceso de expansión se rellena por la formación continua de materia en un proceso indetectable por su reducida dimensión.

Métodos de Estudio del Interior de la Tierra

Métodos Directos

Permiten conocer los materiales y la estructura de la Tierra de manera directa (in situ, pruebas de laboratorio). Se basan en el conocimiento completo de la superficie terrestre:

• Observación de rochas superficiales: Hay gran cantidad de rochas formadas en el interior que afloran a la superficie de forma natural (volcanes).
• Minas (excavación que se realiza para extraer minerales) y sondajes (perforación del subsuelo que permite obtener muestras de materiales para estudiarlos en laboratorio), proporcionan información sobre la temperatura del interior terrestre.
• Experiencias de laboratorio: Reproducir a escala reducida algunos de los procesos que acontecen en el interior de la Tierra.

Métodos Indirectos

Elaboran hipótesis y deducen características del interior de la Tierra a partir de diversos datos:

• Métodos gravimétricos: Miden con un gravímetro la aceleración de la gravedad en diferentes zonas del planeta. El valor teórico de la gravedad es de 9.8 m/s², el cual varía respecto al medido en distintas zonas de la Tierra. Estas variaciones se llaman anomalías gravimétricas e informan sobre la densidad y composición de las rochas del interior terrestre.
• Métodos magnéticos: La presencia del campo magnético implica la necesidad de que exista un núcleo externo fundido en continuo movimiento alrededor de un núcleo interno sólido con abundancia de minerales metálicos (hierro y níquel). El movimiento del fluido metálico del núcleo externo es capaz de inducir sobre el núcleo sólido el campo magnético.
• Estudio de los meteoritos: Los meteoritos son cuerpos de composición y tamaño variables que proceden del espacio exterior y que caen a la Tierra. Se clasifican en:
  • Sideritos: Son los más densos y están formados por una aleación de hierro y níquel (composición que se supone parecida a la del núcleo terrestre).
  • Siderolitos: Densidad intermedia y están compuestos a partes iguales de hierro y níquel y de minerales del tipo de los silicatos ferromagnesianos (composición que se supone parecida a la del manto terrestre).
  • Litometeoritos o aerolitos: Menos densos y formados por silicatos de hierro y aluminio (como los de la corteza terrestre).
• Métodos geotérmicos: El interior de la Tierra conserva parte del calor que se generó durante la formación del planeta y origina mucha más por la desintegración de los elementos radioactivos presentes en ella. Este calor se emite lentamente al exterior en forma de flujo geotérmico que varía según las zonas de la Tierra: los valores más altos se encuentran en regiones con actividad volcánica o con la corteza terrestre delgada, y los valores más bajos en las fosas oceánicas o donde la corteza terrestre es gruesa.
• Método sísmico: Los terremotos se producen por una liberación muy brusca de la energía almacenada en rochas sometidas a tensiones dinámicas. Esta energía se transmite en forma de ondas elásticas llamadas ondas sísmicas:
  • Ondas P, primarias o longitudinales: Vibran en la misma dirección que la propagación expandiendo los materiales que atraviesan. Se transmiten en medios sólidos y líquidos.
  • Ondas S, secundarias o de cizalla: Se desplazan perpendicularmente a la dirección de propagación con movimientos ondulatorios que deforman los materiales. Se transmiten en medios sólidos. Son más lentas que las ondas P.

Modelos del Interior Terrestre

• Dinámico: Litosfera, astenosfera, mesosfera y endosfera (núcleo externo e interno).
• Geoquímico: Capas: corteza, manto y núcleo.

Pruebas de la Tectónica de Placas

• Pruebas Geográficas: Las costas de los continentes encajan, apreciándose claramente en los continentes de cada lado del Atlántico (África encaja con Sudamérica). La superficie emergida no encaja en su totalidad, pero sí encaja la litosfera oceánica (superficies sumergidas justo después de la costa).
• Pruebas Geológicas: Además de coincidir los límites de las costas, también coincidirían al juntar los continentes las zonas de alto nivel mineral, continuidad de las cordilleras, etc.
• Pruebas Paleoclimáticas: Hace 300 millones de años hubo una glaciación. Actualmente, las estrías glaciares de esta época permanecen en las rochas de continentes separados por miles de kilómetros y en países que, por su clima, es imposible que tuvieran actividad glaciar (prueba de actividad glaciar en Brasil, fósiles de cocodrilos en Galicia, fósiles en la Antártida).
• Pruebas Paleontológicas: En continentes actuales aparecen restos paleontológicos de organismos terrestres de la misma especie en continentes separados por océanos. Por las características de los fósiles encontrados se sabe que no poseían facultades para cruzar el océano.
• Pruebas Paleomagnéticas:
  • Modelo de expansión del fondo oceánico: La formación de un océano es la responsable de la formación de los continentes. Los continentes se fragmentaron y los océanos se expandieron entre ellos.
  • Edad de los materiales: En el centro del océano Atlántico existe una fisura con gran actividad volcánica. El magma se solidificó al entrar en contacto con el agua. Lo que se comprobó en los bordes de la dorsal es que las rochas son actuales y en el alrededor de ambos lados, existen rochas de 200 millones de años como máximo, lo que nos dice que el océano Atlántico tiene aproximadamente esa edad.
  • Sedimentos.

Mineralogía: Cristalización y Propiedades de los Minerales

• Cristal: Un mineral con una configuración externa poliédrica.
• Hábito cristalino: El tipo de forma geométrica que presenta un cristal.
• Estructura cristalina: Coordinación de los elementos constituyentes de un mineral. Por su naturaleza simétrica, las redes cristalinas están formadas por sucesivas repeticiones de una unidad estructural llamada celda unidad.
• Celda unidad: Se establece un origen de coordenadas en uno de sus nodos.

Procesos de Cristalización

• Consolidación de magma: El enfriamiento del magma produce la unión de los elementos en las redes cristalinas sólidas de diferentes minerales.
• Precipitación de sustancias disueltas: Los iones que se encuentran en una disolución acuosa pueden enlazarse y formar redes cristalinas sólidas, bien por evaporación del disolvente, bien por un cambio en las condiciones fisicoquímicas de la disolución que afecta la solubilidad de los constituyentes.
• Sublimación: Ocurre en los orificios de salida en algunas fumarolas volcánicas. Las moléculas de emanación gaseosas (azufre) se ensamblan en estructuras cristalinas sólidas.
• Transformación en estado sólido: Tienen lugar cuando un mineral ya cristalizado queda expuesto a un cambio de condiciones fisicoquímicas que desestabiliza su red cristalina.

Variaciones en la Cristalización

• Isomorfismo: Durante el ensamblaje de la red cristalina de un mineral suelen producirse sustituciones de sus elementos. Si se sustituyen elementos con un tamaño y unas propiedades muy parecidas, no se altera la estructura cristalina y al terminar la cristalización aparece un conjunto formado por varios minerales isomorfos, con la misma estructura cristalina pero con composiciones químicas variables en función de la cantidad de sustituciones que presentan (plagioclasas).
• Polimorfismo: Las distintas condiciones fisicoquímicas reinantes durante el proceso de la cristalización determinan que se formen minerales polimorfos con estructuras cristalinas diferentes pero con la misma composición química. Ejemplo: grafito.

Propiedades Físicas de los Minerales

• Dureza: Facilidad o dificultad relativa con que se puede rayar un mineral. Se mide mediante la escala de Mohs, que asigna un grado de dureza a unas determinadas especies de minerales, siendo 10 el diamante.
• Tenacidad: Resistencia que un mineral opone a ser roto, doblado, molido o desgarrado. Un mineral puede ser frágil, maleable, dúctil, flexible y elástico.
• Punto de fusión: Temperatura a la que un mineral pierde su estado sólido.

Principales Tipos de Minerales

• Minerales no silicatos:
  • Elementos nativos: Oro, plata, cobre, arsénico, bismuto.
  • Carbonatos: Calcita, aragonita.
• Minerales silicatos: Arcilla, pizarra, etc.

Cristalización Fraccionada

A medida que el magma se enfría, sus componentes comienzan a cristalizar y los gases que contiene se condensan. Los minerales no cristalizan todos al mismo tiempo, sino sucesivamente, a medida que la presión y la temperatura quedan por debajo de las de sus puntos de fusión. Este proceso se denomina cristalización fraccionada y hace que en cualquier momento de la consolidación del magma coexistan una fase sólida (formada por minerales con puntos de fusión más elevados que la temperatura a la que se encuentra el magma) y una fase líquida o residual (formada por minerales fundidos, agua y gases).

Rocas Magmáticas

Son las que se forman por la consolidación de un magma. La clasificación de las rocas magmáticas puede hacerse atendiendo a diversos criterios: por su lugar de localización y consolidación, por su composición, etc. Pueden ser plutónicas o intrusivas (granito) y volcánicas o efusivas (basalto).

Meteorización Química

• Hidrólisis: La estructura cristalina de algunos minerales se rompe por acción del agua en forma iónica. Esta reacción es una de las más importantes en la alteración de algunos silicatos, como los feldespatos (componentes del granito).
• Disolución: El agua disuelve algunos de los minerales de las rocas, especialmente los minerales salinos, y en la superficie de estas rocas se originan pequeños canalículos.