La geología (del griego antiguo γῆ ( gê ) 'tierra' y λoγία ( -logía ) 'estudio de, discurso') [1] [2] es una rama de las ciencias naturales que se ocupa de la Tierra y otros objetos astronómicos , las rocas de de qué están compuestos y los procesos mediante los cuales cambian con el tiempo. [3] La geología moderna se superpone significativamente a todas las demás ciencias de la Tierra , incluida la hidrología . Está integrado con la ciencia del sistema terrestre y la ciencia planetaria .
La geología describe la estructura de la Tierra sobre y debajo de su superficie y los procesos que han dado forma a esa estructura. Los geólogos estudian la composición mineralógica de las rocas para conocer su historia de formación. La geología determina las edades relativas de las rocas encontradas en un lugar determinado; La geoquímica (una rama de la geología) determina sus edades absolutas . [4] Al combinar varias herramientas petrológicas, cristalográficas y paleontológicas, los geólogos pueden hacer una crónica de la historia geológica de la Tierra en su conjunto. Un aspecto es demostrar la edad de la Tierra . La geología proporciona evidencia de la tectónica de placas , la historia evolutiva de la vida y los climas pasados de la Tierra .
Los geólogos estudian ampliamente las propiedades y procesos de la Tierra y otros planetas terrestres. Los geólogos utilizan una amplia variedad de métodos para comprender la estructura y evolución de la Tierra, incluido el trabajo de campo , la descripción de rocas , técnicas geofísicas , análisis químicos , experimentos físicos y modelos numéricos . En términos prácticos, la geología es importante para la exploración y explotación de minerales e hidrocarburos , evaluar los recursos hídricos , comprender los peligros naturales , remediar problemas ambientales y proporcionar información sobre el cambio climático pasado . La geología es una disciplina académica importante , es fundamental para la ingeniería geológica y desempeña un papel importante en la ingeniería geotécnica .
La mayoría de los datos geológicos provienen de investigaciones sobre materiales sólidos de la Tierra. Los meteoritos y otros materiales naturales extraterrestres también se estudian mediante métodos geológicos.
Los minerales son elementos y compuestos naturales con una composición química homogénea definida y una composición atómica ordenada.
Cada mineral tiene propiedades físicas distintas y existen muchas pruebas para determinar cada una de ellas. Los minerales suelen identificarse mediante estas pruebas. Las muestras se pueden analizar para: [5]
Una roca es cualquier masa sólida o agregado de minerales o mineraloides de origen natural . La mayor parte de la investigación en geología está asociada con el estudio de las rocas, ya que proporcionan el registro principal de la mayor parte de la historia geológica de la Tierra. Hay tres tipos principales de rocas: ígneas , sedimentarias y metamórficas . El ciclo de las rocas ilustra las relaciones entre ellas (ver diagrama).
Cuando una roca se solidifica o cristaliza a partir del derretimiento ( magma o lava ), es una roca ígnea . Esta roca puede ser erosionada y erosionada , luego redepositada y litificada hasta convertirse en una roca sedimentaria. Luego puede convertirse en una roca metamórfica mediante el calor y la presión que cambian su contenido mineral , dando como resultado un tejido característico . Los tres tipos pueden volver a fundirse y, cuando esto sucede, se forma nuevo magma, a partir del cual una roca ígnea puede volver a solidificarse. La materia orgánica, como el carbón, el betún, el petróleo y el gas natural, está ligada principalmente a rocas sedimentarias ricas en materia orgánica.
Para estudiar los tres tipos de rocas, los geólogos evalúan los minerales que las componen y sus otras propiedades físicas, como la textura y la estructura .
Los geólogos también estudian materiales no litificados (denominados depósitos superficiales ) que se encuentran sobre el lecho de roca . [6] Este estudio se conoce a menudo como geología cuaternaria , en honor al período Cuaternario de la historia geológica, que es el período más reciente del tiempo geológico.
El magma es la fuente original no litificada de todas las rocas ígneas . El flujo activo de roca fundida se estudia de cerca en vulcanología , y la petrología ígnea tiene como objetivo determinar la historia de las rocas ígneas desde su fuente fundida original hasta su cristalización final.
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 , está separada en placas tectónicas que se mueven a través del manto superior sólido y plásticamente deformable, que se llama astenosfera . Esta teoría está respaldada por varios tipos de observaciones, incluida la expansión del fondo marino [8] [9] y la distribución global del terreno montañoso y la sismicidad.
Existe un íntimo acoplamiento entre el movimiento de las placas en la superficie y la convección del manto (es decir, la transferencia de calor causada por el lento movimiento de la roca dúctil del manto). Por lo tanto, las placas oceánicas y las corrientes de convección del manto adyacentes siempre se mueven en la misma dirección, porque la litosfera oceánica es en realidad la rígida capa límite térmica superior del manto convectivo. Este acoplamiento entre placas rígidas que se mueven sobre la superficie de la Tierra y el manto convectivo 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 placas. [10]
Por ejemplo:
Los límites transformados , como el sistema de falla de San Andrés , provocaron poderosos terremotos generalizados. La tectónica de placas también ha proporcionado un mecanismo para la teoría de la deriva continental de Alfred Wegener , [11] en la que los continentes se mueven a través de la superficie de la Tierra a lo largo del tiempo geológico. También proporcionaron una fuerza impulsora para la deformación de la corteza terrestre y un nuevo escenario para las observaciones de la geología estructural. El poder de la teoría de la tectónica de placas reside en su capacidad para combinar todas estas observaciones en una sola teoría de cómo se mueve la litosfera sobre el manto convectivo.
Los avances en sismología , modelado por computadora y mineralogía y cristalografía a altas temperaturas y presiones brindan información sobre la composición y estructura interna de la Tierra.
Los sismólogos pueden utilizar los tiempos de llegada de las ondas sísmicas para obtener imágenes del interior de la Tierra. Los primeros avances en este campo mostraron la existencia de un núcleo externo líquido (donde las ondas de corte no eran capaces de propagarse) y un núcleo interno sólido y denso . Estos avances llevaron al desarrollo de un modelo de capas de la Tierra, con una corteza y una litosfera arriba, el manto debajo (separado dentro de sí mismo por discontinuidades sísmicas a 410 y 660 kilómetros) y el núcleo externo y el núcleo interno debajo. Más recientemente, los sismólogos han podido crear imágenes detalladas de las velocidades de las ondas dentro de la Tierra de la misma manera que un médico visualiza un cuerpo en una tomografía computarizada . Estas imágenes han permitido obtener una visión mucho más detallada del interior de la Tierra y han sustituido el modelo por capas 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 cambios dentro de la estructura cristalina. Estos estudios explican los cambios químicos asociados con las principales discontinuidades sísmicas en el manto y muestran las estructuras cristalográficas que se esperan en el núcleo interno de la Tierra.
La escala de tiempo geológico abarca la historia de la Tierra. [12] Está entre corchetes como mínimo por las fechas del primer material del Sistema Solar en 4.567 Ga [13] (o hace 4.567 mil millones de años) y la formación de la Tierra en 4.54 Ga [14] [15] (4.54 mil millones de años ). ), que es el comienzo del eón Hadeano informalmente reconocido : una división del tiempo geológico. En el extremo posterior de la escala está el presente (en la época del Holoceno ).
Las siguientes cinco líneas de tiempo muestran el tiempo geológico escala a escala. El primero muestra todo el tiempo desde la formación de la Tierra hasta el presente, pero deja poco espacio para el eón más reciente. 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, el período más reciente se expande en la cuarta línea de tiempo y la época más reciente se expande en la quinta línea de tiempo.
Los métodos de datación relativa se desarrollaron cuando la geología surgió por primera vez como ciencia natural . Los geólogos todavía utilizan los siguientes principios hoy en día como un medio para proporcionar información sobre la historia geológica y el momento de los eventos geológicos.
El principio de uniformismo establece que los procesos geológicos observados en funcionamiento que modifican la corteza terrestre en la actualidad han funcionado de manera muy similar a lo largo del tiempo geológico. [16] Un principio fundamental de la geología propuesto por el médico y geólogo escocés del siglo XVIII James Hutton es que "el presente es la clave del pasado". En palabras de Hutton: "la historia pasada de nuestro globo debe explicarse por lo que se puede ver que está sucediendo ahora". [17]
El principio de las relaciones intrusivas se refiere a las intrusiones transversales. En geología, cuando una intrusión ígnea atraviesa 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 cepo, lacolitos , batolitos , umbrales y diques .
El principio de las relaciones transversales se refiere a la formación de fallas y a la antigüedad de las secuencias que atraviesan. Las fallas son más jóvenes que las rocas que cortan; en consecuencia, si se encuentra una falla que penetra algunas formaciones pero no las que están encima de ella, entonces las formaciones que se cortaron son más antiguas que la falla, y las que no se cortaron deben ser más jóvenes que la falla. Encontrar el lecho clave en estas situaciones puede ayudar a determinar si la falla es una falla normal o una falla de empuje . [18]
El principio de inclusiones y componentes establece que, en el caso de las 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 las rocas sedimentarias, es común que la grava de una formación más antigua se rompa y se incluya en una capa más nueva. Una situación similar ocurre con las rocas ígneas cuando se encuentran xenolitos . Estos cuerpos extraños son recogidos como flujos de magma o lava, y se incorporan, para luego enfriarse 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 lechos esencialmente horizontales. La observación de sedimentos marinos y no marinos modernos en una amplia variedad de entornos respalda esta generalización (aunque el lecho cruzado es inclinado, la orientación general de las unidades de lecho cruzado es horizontal). [18]
El principio de superposición establece que una capa de roca sedimentaria en una secuencia tectónicamente no perturbada 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 ver las capas sedimentarias 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 del lecho más alto. [18]
El principio de sucesión faunística se basa en la aparición de fósiles en rocas sedimentarias. Como los organismos existen durante el mismo período en todo el mundo, su presencia o (a veces) ausencia proporciona una edad relativa de las formaciones donde aparecen. Basados en principios que William Smith expuso casi cien años antes de la publicación de la teoría de la evolución de Charles Darwin , los principios de sucesión se desarrollaron independientemente del pensamiento evolucionista. Sin embargo, el principio se vuelve bastante complejo, dadas las incertidumbres de la fosilización, la localización de los tipos de fósiles debido a cambios laterales en el hábitat ( cambios de facies en los estratos sedimentarios) y el hecho de que no todos los fósiles se formaron globalmente al mismo tiempo. [19]
Los geólogos también utilizan métodos para determinar la edad absoluta de muestras de rocas y eventos geológicos. Estas fechas son útiles por sí solas y también pueden usarse junto con métodos de datación relativa o para calibrar métodos relativos. [20]
A principios del siglo XX, el avance de la ciencia geológica se vio facilitado por la capacidad de obtener fechas absolutas precisas de eventos geológicos utilizando isótopos radiactivos y otros métodos. Esto cambió la comprensión del tiempo geológico. Anteriormente, los geólogos sólo podían utilizar fósiles y correlación estratigráfica para fechar secciones de roca entre sí. Con las fechas isotópicas, fue posible asignar edades absolutas a unidades de roca, y estas fechas absolutas podían aplicarse a secuencias fósiles en las que había material datable, convirtiendo las antiguas edades relativas en nuevas edades absolutas.
Para muchas aplicaciones geológicas, las proporciones isotópicas de elementos radiactivos se miden en minerales y dan la cantidad de tiempo que ha pasado desde que una roca pasó por su temperatura de cierre particular , el punto en el que los diferentes isótopos radiométricos dejan de difundirse dentro y fuera de la red cristalina . [21] [22] Se utilizan en estudios geocronológicos y termocronológicos . Los métodos comunes incluyen la datación con uranio-plomo , la datación con potasio-argón , la datación con argón-argón y la datación con uranio-torio . Estos métodos se utilizan para una variedad de aplicaciones. La datación de capas de lava y ceniza volcánica encontradas dentro de una secuencia estratigráfica puede proporcionar datos de edad absoluta para unidades de roca sedimentaria que no contienen isótopos radiactivos y calibrar técnicas de datación relativa. Estos métodos también se pueden utilizar para determinar las edades de emplazamiento de plutones . Se pueden utilizar técnicas termoquímicas para determinar los perfiles de temperatura dentro de la corteza, la elevación de cadenas montañosas y la paleotopografía.
El fraccionamiento de los elementos de la serie de lantánidos se utiliza para calcular las edades desde que se eliminaron las rocas del manto.
Se utilizan otros métodos para eventos más recientes. La luminiscencia estimulada ópticamente y la datación con radionúclidos cosmogénicos se utilizan para fechar superficies y/o tasas de erosión. La dendrocronología también puede utilizarse para la datación de paisajes. La datación por radiocarbono se utiliza para materiales geológicamente jóvenes que contienen carbono orgánico .
La geología de un área cambia a través del tiempo a medida que se depositan e insertan unidades de roca, y los procesos de deformación alteran sus formas y ubicaciones.
Las unidades de roca se colocan primero ya sea por deposición en la superficie o por intrusión en la roca suprayacente . La deposición puede ocurrir cuando los sedimentos se depositan en la superficie de la Tierra y luego se litifican formando rocas sedimentarias, o cuando material volcánico como cenizas volcánicas o flujos de lava cubren la superficie. Las intrusiones ígneas, como batolitos , lacolitos , diques y umbrales , empujan hacia arriba en la roca suprayacente y cristalizan a medida que intruyen.
Una vez depositada la secuencia inicial de rocas, las unidades de roca pueden deformarse y/o metamorfosearse . La deformación generalmente ocurre como resultado de un acortamiento horizontal, una extensión horizontal o un movimiento de lado a lado ( deslizamiento ). Estos regímenes estructurales se relacionan en términos generales con límites convergentes , límites divergentes y límites transformantes, respectivamente, entre placas tectónicas.
Cuando las unidades de roca se someten a compresión horizontal , se acortan y se vuelven más gruesas. Debido a que las unidades de roca, distintas de los lodos, no cambian significativamente de volumen , esto se logra de dos maneras principales: mediante fallas y plegamientos . En la corteza poco profunda, donde puede ocurrir una deformación frágil , se forman fallas de cabalgamiento, lo que hace que la roca más profunda se mueva sobre la roca menos profunda. Debido a que las rocas más profundas suelen ser más antiguas, como lo indica el principio de superposición , esto puede dar como resultado que las rocas más viejas se muevan sobre las más jóvenes. El movimiento a lo largo de las fallas puede provocar plegamientos, ya sea porque las fallas no son planas o porque las capas de roca son arrastradas, formando pliegues de arrastre a medida que se produce el deslizamiento a lo largo de la falla. En las profundidades de 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 pliegue se dobla hacia arriba, creando " antiformas ", o donde se dobla hacia abajo, creando " sinformas ". Si las cimas de las unidades rocosas dentro de los pliegues permanecen apuntando hacia arriba, se denominan anticlinales y sinclinales , respectivamente. Si algunas de las unidades en el pliegue están mirando hacia abajo, la estructura se llama anticlinal o sinclinal invertido, y si todas las unidades de roca están invertidas o se desconoce la dirección correcta hacia arriba, simplemente se les llama con los términos más generales: antiformas y sinformas.
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Incluso presiones y temperaturas más altas durante el acortamiento horizontal pueden causar plegamiento y metamorfismo de las rocas. Este metamorfismo provoca 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 signos de las texturas originales de las rocas, como lechos en rocas sedimentarias, características de flujo de lavas y patrones cristalinos en rocas cristalinas .
La extensión hace que las unidades de roca en su conjunto se vuelvan más largas y delgadas. Esto se logra principalmente a través de fallas normales y mediante el estiramiento y adelgazamiento dúctil. Las fallas normales dejan caer unidades de roca que están más altas por debajo de las que están más bajas. Por lo general, esto da como resultado que las unidades más jóvenes terminen por debajo de las unidades más antiguas. El estiramiento de las unidades puede provocar su adelgazamiento. De hecho, en un lugar dentro del Maria Fold and Thrust Belt , toda la secuencia sedimentaria del Gran Cañón aparece en una longitud de menos de un metro. Las rocas a la profundidad que se van a estirar dúctilmente también suelen sufrir metamorfosis. Estas rocas estiradas también pueden pellizcar lentes, conocidas como boudins , por la palabra francesa que significa "salchicha", debido a su similitud visual.
Cuando las unidades de roca se deslizan unas sobre otras, se desarrollan fallas de deslizamiento en regiones poco profundas y se convierten en zonas de cizalla a profundidades más profundas donde las rocas se deforman dúctilmente.
La adición de nuevas unidades de roca, tanto deposicional como intrusiva, ocurre a menudo durante la deformación. Las fallas y otros procesos deformacionales dan como resultado la creación de gradientes topográficos, lo que hace que el material de la unidad de roca que aumenta en elevación sea erosionado por laderas y canales. Estos sedimentos se depositan sobre la unidad rocosa que va descendiendo. El movimiento continuo a lo largo de la falla mantiene el gradiente topográfico a pesar del movimiento de sedimentos y continúa creando espacio de acomodación para que el material se deposite. Los eventos deformacionales también suelen estar asociados con el vulcanismo y la actividad ígnea. Las cenizas volcánicas y lavas se acumulan en la superficie y las intrusiones ígneas entran desde abajo. Los diques , intrusiones ígneas largas y planas, entran a lo largo de grietas y, por lo tanto, a menudo se forman en grandes cantidades en áreas que se están deformando activamente. Esto puede dar lugar a la colocación de enjambres de diques , como los que se pueden observar 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 orden. Las islas hawaianas , por ejemplo, están formadas casi en su totalidad por flujos de lava basáltica en capas. Las secuencias sedimentarias del centro de los Estados Unidos continentales y el Gran Cañón en el suroeste de los Estados Unidos contienen pilas de rocas sedimentarias casi sin deformar que han permanecido en su lugar desde la época del Cámbrico . Otras áreas son mucho más complejas geológicamente. En el suroeste de Estados Unidos, las rocas sedimentarias, volcánicas e intrusivas se han metamorfoseado, fallado, foliado y plegado. Incluso rocas más antiguas, como el gneis Acasta del cratón Slave en el noroeste de Canadá , la roca más antigua conocida en el mundo , han sido metamorfoseadas hasta el punto en que su origen es imperceptible sin análisis de laboratorio. Además, estos procesos pueden ocurrir en etapas. En muchos lugares, siendo el Gran Cañón en el suroeste de Estados Unidos un ejemplo muy visible, las unidades de roca inferiores se metamorfosearon y deformaron, y luego la deformación terminó y las unidades superiores, no deformadas, se depositaron. Aunque puede ocurrir cualquier cantidad de emplazamiento y deformación de rocas, y pueden ocurrir cualquier número de veces, estos conceptos proporcionan una guía para comprender la historia geológica de un área.
Los geólogos utilizan una serie de métodos de modelado numérico, de laboratorio y de campo para descifrar la historia de la Tierra y comprender los procesos que ocurren en la Tierra y dentro de ella. En las 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, ríos , paisajes y glaciares modernos ; investigar la vida pasada y actual y las vías biogeoquímicas , y utilizar métodos geofísicos para investigar el subsuelo. Las subespecialidades de la geología pueden distinguir la geología endógena y exógena . [23]
El trabajo de campo geológico varía según la tarea en cuestión. El trabajo de campo típico podría consistir en:
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 mediante 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 pueden identificarse a través de sus diferentes propiedades en luz polarizada plana y polarizada cruzada, incluida su birrefringencia , pleocroísmo , macla y propiedades de interferencia con una lente conoscópica . [30] En la microsonda electrónica, se analizan ubicaciones individuales para determinar su composición química exacta y la variación en la composición dentro de los cristales individuales. [31] Los estudios de isótopos estables [32] y radiactivos [33] proporcionan información sobre la evolución geoquímica de las unidades rocosas.
Los petrólogos también pueden utilizar datos de inclusión de fluidos [34] y realizar experimentos físicos de alta temperatura y presión [35] para comprender las temperaturas y presiones a las que aparecen las diferentes fases minerales y cómo cambian a través de procesos ígneos [36] y metamórficos. Esta investigación puede extrapolarse al campo para comprender los procesos metamórficos y las condiciones de cristalización de las rocas ígneas. [37] 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 . [38]
Los geólogos estructurales utilizan el análisis microscópico de secciones delgadas orientadas de muestras geológicas para observar la estructura dentro de las rocas, lo que brinda información sobre la tensión 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 logra trazando las orientaciones de varias características en estereoredes . Una estereonet es una proyección estereográfica de una esfera sobre un plano, en la que los planos se proyectan como líneas y las líneas como puntos. Estos se pueden utilizar 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 se construyen montañas a lo largo de límites de placas tectónicas convergentes . [39] En las versiones analógicas de estos experimentos, se arrastran capas horizontales de arena a lo largo de una superficie inferior hasta un tope posterior, lo que da como resultado patrones de fallas de aspecto realista y el crecimiento de un terreno orogénico críticamente ahusado (todos los ángulos permanecen iguales). cuña. [40] 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 levantamiento en el cinturón montañoso. [41] Esto ayuda a mostrar la relación entre la erosión y la forma de una cadena montañosa. Estos estudios también pueden brindar información útil sobre las vías del metamorfismo a través de la presión, la temperatura, el espacio y el tiempo. [42]
En el laboratorio, los estratígrafos analizan muestras de secciones estratigráficas que pueden recuperarse del campo, como las de los núcleos de perforación . [43] Los estratígrafos también analizan datos de estudios geofísicos que muestran las ubicaciones de las unidades estratigráficas en el subsuelo. [44] Los datos geofísicos y los registros de pozos se pueden combinar para producir una mejor visión del subsuelo, y los estratígrafos suelen utilizar programas informáticos para hacerlo en tres dimensiones. [45] Los estratígrafos pueden luego utilizar estos datos para reconstruir procesos antiguos que ocurrieron en la superficie de la Tierra, [46] interpretar ambientes pasados y ubicar áreas para la extracción de agua, carbón e hidrocarburos.
En el laboratorio, los bioestratógrafos analizan muestras de rocas de afloramientos y perforan núcleos en busca de fósiles encontrados en ellas. [43] Estos fósiles ayudan a los científicos a fechar el núcleo y comprender el entorno de depósito en el que se formaron las unidades de roca. Los geocronólogos datan con precisión las rocas dentro de la sección estratigráfica para proporcionar mejores límites absolutos sobre el momento y las tasas de deposición. [47] Los estratígrafos magnéticos buscan signos de inversiones magnéticas en unidades de roca ígnea dentro de los núcleos de perforación. [43] Otros científicos realizan estudios de isótopos estables en las rocas para obtener información sobre el clima pasado. [43]
Con la llegada 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. Este es un aspecto importante de la ciencia planetaria y se centra en gran medida en los planetas terrestres , las lunas heladas , los asteroides , los cometas y los meteoritos . Sin embargo, algunos geofísicos planetarios estudian los planetas gigantes y exoplanetas . [48]
Aunque el prefijo geo de origen griego se refiere a la Tierra, "geología" se utiliza a menudo junto con los nombres de otros cuerpos planetarios al describir su composición y procesos internos: ejemplos son "la geología de Marte " y " geología lunar ". También se utilizan términos especializados como selenología (estudios de la Luna), areología (de Marte), etc.
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 dado lugar a muchas misiones cuyo objetivo principal o secundario es examinar cuerpos planetarios en busca de evidencia de vida. Uno de ellos es el módulo de aterrizaje Phoenix , que analizó el suelo polar marciano en busca de componentes acuosos, químicos y mineralógicos relacionados con procesos biológicos.
La geología económica es una rama de la geología que se ocupa de aspectos de los minerales económicos que la humanidad utiliza para satisfacer diversas necesidades. Los minerales económicos son aquellos que se extraen de forma rentable para diversos usos prácticos. 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.
La geología minera consiste en las extracciones de recursos minerales de la Tierra. Algunos recursos de interés económico incluyen piedras preciosas , metales como oro y cobre , y muchos minerales como asbesto , perlita , mica , fosfatos , zeolitas , arcilla , piedra pómez , cuarzo y sílice , así como elementos como azufre , cloro y helio .
Los geólogos petroleros estudian las ubicaciones del subsuelo de la Tierra que pueden contener hidrocarburos extraíbles, especialmente petróleo y gas natural . Debido a que muchos de estos reservorios se encuentran en cuencas sedimentarias , [49] estudian la formación de estas cuencas, así como su evolución sedimentaria y tectónica y las posiciones actuales de las unidades rocosas.
La ingeniería geológica es la aplicación de principios geológicos a la práctica de la ingeniería con el fin de garantizar que los factores geológicos que afectan la ubicación, el diseño, la construcción, la operación y el mantenimiento de las obras de ingeniería se aborden adecuadamente. La ingeniería geológica es distinta de la ingeniería geológica , particularmente en América del Norte.
En el campo de la ingeniería civil , se utilizan principios y análisis geológicos con el fin de conocer los principios mecánicos del material sobre el que se construyen las estructuras. Esto permite construir túneles sin derrumbarse, construir puentes y rascacielos con cimientos resistentes y construir edificios que no se asienten en arcilla y barro. [50]
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 entorno geológico. La hidrología de las aguas subterráneas, o hidrogeología , se utiliza para localizar aguas subterráneas, [51] que a menudo pueden proporcionar un suministro rápido de agua no contaminada y es especialmente importante en regiones áridas, [52] y para monitorear la propagación de contaminantes en los pozos de aguas subterráneas. [51] [53]
Los geólogos también obtienen datos a través de estratigrafía, perforaciones , muestras de núcleos y núcleos de hielo . Los núcleos de hielo [54] y los núcleos de sedimentos [55] se utilizan para reconstrucciones paleoclimáticas, que informan a los geólogos sobre la temperatura, las precipitaciones y el nivel del mar pasados y presentes en todo el mundo. Estos conjuntos de datos son nuestra principal fuente de información sobre el cambio climático global fuera de los datos instrumentales. [56]
Los geólogos y geofísicos estudian los peligros naturales para promulgar códigos de construcción seguros y sistemas de advertencia que se utilizan para prevenir la pérdida de propiedades y vidas. [57] Ejemplos de peligros naturales importantes que son pertinentes para la geología (a diferencia de aquellos que son principal o únicamente pertinentes para la meteorología) son:
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 ( Sobre las piedras ). Durante la época romana , Plinio el Viejo escribió en detalle sobre los numerosos minerales y metales que luego se utilizaron en la práctica, señalando incluso correctamente el origen del ámbar . Además, en el siglo IV a. C., Aristóteles hizo observaciones críticas sobre el lento ritmo del cambio geológico. Observó la composición de la tierra y formuló una teoría según la cual la Tierra cambia a un ritmo lento y que estos cambios no se pueden observar durante la vida de una persona. Aristóteles desarrolló uno de los primeros conceptos basados en evidencia relacionados con el ámbito geológico con respecto a la velocidad a la que la Tierra cambia físicamente. [59] [60]
Abu al-Rayhan al-Biruni (973-1048 d.C.) fue uno de los primeros geólogos persas , cuyos trabajos incluyeron los primeros escritos sobre la geología de la India , con la hipótesis de que el subcontinente indio alguna vez fue un mar. [61] A partir de literatura científica griega e india que no fue destruida por las conquistas musulmanas , el erudito persa Ibn Sina (Avicena, 981-1037) propuso explicaciones detalladas sobre la formación de las montañas, el origen de los terremotos y otros temas centrales para geología moderna, que proporcionó una base esencial para el desarrollo posterior de la ciencia. [62] [63] En China, el erudito Shen Kuo (1031-1095) formuló una hipótesis para el proceso de formación de la tierra: basándose en su observación de caparazones de animales fósiles en un estrato geológico en una montaña a cientos de kilómetros del océano, dedujo que el terreno se formó por la erosión de las montañas y por deposición de limos . [64]
Georgius Agricola (1494-1555) publicó su innovador trabajo De Natura Fossilium en 1546 y es considerado el fundador de la geología como disciplina científica. [sesenta y cinco]
A Nicolas Steno (1638-1686) se le atribuye la ley de 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, [66] [67] luego por Jean-André Deluc en 1778 [68] e introducida como término fijo por Horace-Bénédict de Saussure en 1779. [69] [70] La palabra se deriva del griego γῆ, gê , que significa "tierra" y λόγος, logos , que significa "habla". [71] Pero según otra fuente, la palabra "geología" proviene de un noruego, Mikkel Pedersøn Escholt (1600-1669), que era sacerdote y erudito. Escholt utilizó por primera vez la definición en su libro titulado Geologia Norvegica (1657). [72] [73]
William Smith (1769–1839) dibujó algunos de los primeros mapas geológicos y comenzó el proceso de ordenar los estratos (capas) de las rocas examinando los fósiles que contenían. [58]
En 1763, Mikhail Lomonosov publicó su tratado Sobre los estratos de la Tierra . [74] Su obra fue la primera narrativa de la geología moderna, basada en la unidad de los procesos en el tiempo y la explicación del pasado de la Tierra desde el presente. [75]
James Hutton (1726-1797) es a menudo considerado el primer geólogo moderno. [76] En 1785 presentó un artículo titulado Teoría de la Tierra a la Real Sociedad de Edimburgo . En su artículo, explicó su teoría de que la Tierra debe ser mucho más antigua de lo que se suponía anteriormente para permitir suficiente tiempo para que las montañas se erosionaran y para que los sedimentos formaran nuevas rocas en el fondo del mar, que a su vez se elevaron hasta convertirse en tierra seca. Hutton publicó una versión en dos volúmenes de sus ideas en 1795. [77]
Los seguidores de Hutton eran conocidos como plutonistas porque creían que algunas rocas se formaban por vulcanismo , que es la deposición de lava de los volcanes, a diferencia de los neptunistas , liderados por Abraham Werner , que creían que todas las rocas se habían asentado en un gran océano. cuyo nivel disminuyó gradualmente con el tiempo.
El primer mapa geológico de Estados Unidos fue elaborado en 1809 por William Maclure . [78] En 1807, Maclure comenzó la tarea autoimpuesta de realizar un estudio geológico de los Estados Unidos. Casi todos los estados de la Unión fueron atravesados y cartografiados por él, y las montañas Allegheny se cruzaron y volvieron a cruzar unas 50 veces. [79] Los resultados de sus trabajos sin ayuda fueron presentados a la Sociedad Filosófica Estadounidense en una memoria titulada Observaciones sobre la geología de los Estados Unidos explicativa de un mapa geológico , y publicada en Transactions de la Sociedad , junto con el primer mapa geológico de la nación. [80] Esto es anterior en seis años al mapa geológico de Inglaterra de William Smith , aunque fue construido utilizando una clasificación diferente de rocas.
Sir Charles Lyell (1797–1875) publicó por primera vez su famoso libro Principios de geología , [81] en 1830. Este libro, que influyó en el pensamiento de Charles Darwin , promovió con éxito la doctrina del uniformismo . Esta teoría afirma que a lo largo de la historia de la Tierra se han producido procesos geológicos lentos y todavía se producen en la actualidad. Por el contrario, el catastrofismo es la teoría de que las características de la Tierra se formaron en eventos catastróficos únicos y permanecieron 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 giró en torno a la cuestión de la edad exacta de la Tierra . Las estimaciones variaron desde unos pocos cientos de miles hasta miles de millones de años. [82] 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 de dos observaciones geológicas distintas: la expansión del fondo marino y la deriva continental . La teoría revolucionó las ciencias de la Tierra . Hoy se sabe que la Tierra tiene aproximadamente 4.500 millones de años. [15]
[...] la dicotomía histórica entre los geólogos de "roca dura" y "roca blanda", es decir, científicos que trabajan principalmente con procesos endógenos y exógenos, respectivamente [...] las fuerzas endógenas definen principalmente los desarrollos debajo de la corteza terrestre y las fuerzas exógenas principalmente definiendo los desarrollos sobre y por encima de la corteza terrestre.
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