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La geología (del griego antiguo γῆ ( gê ) 'tierra' y λoγία ( -logía ) 'estudio de, discurso') [1] [2] es una rama de las ciencias naturales que estudia la Tierra y otros objetos astronómicos , las rocas que los componen y los procesos por los que cambian con el tiempo. [3] La geología moderna se superpone significativamente con todas las demás ciencias de la Tierra , incluida la hidrología . Está integrada 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 obtener información sobre su historia de formación. La geología determina las edades relativas de las rocas que se encuentran 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 en general las propiedades y los procesos de la Tierra y otros planetas terrestres. 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 problemas ambientales y el suministro de información sobre el cambio climático pasado . La geología es una disciplina académica importante y es fundamental para la ingeniería geológica y desempeña un papel importante en la ingeniería geotécnica .
La mayoría de los datos geológicos proceden 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 disposición 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 pueden analizarse para determinar: [5]
Una roca es cualquier masa sólida o agregado de minerales o mineraloides que se encuentra en la naturaleza . 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 de material fundido ( magma o lava ), es una roca ígnea . Esta roca puede ser meteorizada y erosionada , para luego redepositarse y litificarse en una roca sedimentaria. Las rocas sedimentarias se dividen principalmente en cuatro categorías: arenisca, pizarra, carbonato y evaporita. Este grupo de clasificaciones se centra en parte en el tamaño de las partículas sedimentarias (arenisca y pizarra) y en parte en la mineralogía y los procesos de formación (carbonatación y evaporación). [6] Las rocas ígneas y sedimentarias pueden luego convertirse en rocas metamórficas por calor y presión que cambian su contenido mineral , lo que da como resultado una estructura característica . Los tres tipos pueden volver a fundirse y, cuando esto sucede, se forma nuevo magma, a partir del cual una roca ígnea puede solidificarse nuevamente. La materia orgánica, como el carbón, el betún, el petróleo y el gas natural, está vinculada principalmente a las 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 composición .
Los geólogos también estudian materiales no litificados (denominados depósitos superficiales ) que se encuentran por encima del lecho de roca . [7] Este estudio a menudo se conoce 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 en profundidad en la vulcanología , y la petrología ígnea tiene como objetivo determinar la historia de las rocas ígneas desde su fuente original de fusión hasta su cristalización final.
En la década de 1960, se descubrió que la litosfera de la Tierra , que incluye la corteza y la porción superior rígida del manto superior , está dividida en placas tectónicas que se mueven a través del manto superior sólido y deformable plásticamente , que se llama astenosfera . Esta teoría está respaldada por varios tipos de observaciones, incluida la expansión del fondo marino [9] [10] 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 lento movimiento de la roca dúctil del manto). Por lo tanto, las partes oceánicas de las placas y las corrientes de convección del manto adyacentes siempre se mueven en la misma dirección, porque la litosfera oceánica es en realidad la capa límite térmica superior rígida del manto convectivo. Este acoplamiento entre las 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: [11]
La tectónica de placas ha proporcionado un mecanismo para la teoría de la deriva continental de Alfred Wegener [12] , según la cual los continentes se desplazan por la superficie de la Tierra a lo largo del tiempo geológico. También proporcionó una fuerza impulsora para la deformación de la corteza y un nuevo marco para las observaciones de la geología estructural. El poder de la teoría de la tectónica de placas reside en su capacidad de combinar todas estas observaciones en una única teoría sobre cómo se mueve la litosfera sobre el manto convectivo.
Los avances en sismología , modelado computacional 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 transversales no podían propagarse) y un núcleo interno sólido y denso . Estos avances llevaron al desarrollo de un modelo en capas de la Tierra, con una litosfera (incluida la corteza) en la parte superior, 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 de este. 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 obtiene imágenes de 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 en 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 los 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 esperadas en el núcleo interno de la Tierra.
La escala de tiempo geológico abarca la historia de la Tierra. [13] Está delimitada en lo más temprano por las fechas del primer material del Sistema Solar en 4.567 Ga [14] (o 4.567 millones de años atrás) y la formación de la Tierra en 4.54 Ga [15] [16] (4.540 millones de años), que es el comienzo del eón Hádico , una división del tiempo geológico. En el extremo posterior de la escala, está marcada por el día actual (en la época del Holoceno ).
Las siguientes cinco líneas de tiempo muestran la escala de tiempo geológico a escala. La primera muestra todo el tiempo desde la formación de la Tierra hasta el presente, pero esto 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 amplía en la tercera línea de tiempo, el período más reciente se amplía en la cuarta línea de tiempo y la época más reciente se amplía en la quinta línea de tiempo.
La escala horizontal es Millones de años (arriba de las líneas de tiempo) / Miles de años (abajo de las líneas de tiempo)
Épocas:
Los métodos de datación relativa se desarrollaron cuando la geología surgió como ciencia natural . Los geólogos todavía utilizan los siguientes principios como medio para proporcionar información sobre la historia geológica y la cronología de los eventos geológicos.
El principio del 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. [17] 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 planeta debe explicarse por lo que se puede ver que está sucediendo ahora". [18]
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 stocks, lacolitos , batolitos , sills y diques .
El principio de las relaciones de corte transversal se aplica a la formación de fallas y a la edad de las secuencias que atraviesan. Las fallas son más jóvenes que las rocas que cortan; por lo tanto, si se encuentra una falla que penetra algunas formaciones pero no las que están sobre ella, entonces las formaciones que fueron cortadas son más antiguas que la falla, y las que no fueron cortadas deben ser más jóvenes que la falla. Encontrar la capa clave en estas situaciones puede ayudar a determinar si la falla es una falla normal o una falla inversa . [19]
El principio de inclusiones y componentes establece que, en el caso de las rocas sedimentarias, si se encuentran inclusiones (o clastos ) en una formación, estas deben ser más antiguas que la formación que las contiene. Por ejemplo, en las rocas sedimentarias, es habitual que la grava de una formación más antigua se desgarre 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 en forma de lechos esencialmente horizontales. La observación de sedimentos marinos y no marinos modernos en una amplia variedad de entornos respalda esta generalización (aunque la estratificación cruzada está inclinada, la orientación general de las unidades con estratificación cruzada es horizontal). [19]
El principio de superposición establece que una capa de roca sedimentaria en una secuencia tectónicamente no alterada es más joven que la que se encuentra debajo y más antigua que la que se encuentra encima. Lógicamente, una capa más joven no puede deslizarse debajo de una capa depositada previamente. Este principio permite considerar 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 de la capa más alta. [19]
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 evolutivo. Sin embargo, el principio se vuelve bastante complejo, dadas las incertidumbres de la fosilización, la localización de los tipos fósiles debido a los cambios laterales en el hábitat ( cambio de facies en los estratos sedimentarios) y que no todos los fósiles se formaron globalmente al mismo tiempo. [20]
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 utilizarse junto con métodos de datación relativa o para calibrar métodos relativos. [21]
A principios del siglo XX, el avance de la geología 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 solo podían utilizar fósiles y correlaciones estratigráficas para datar secciones de roca en relación con otras. Con las fechas isotópicas, se hizo posible asignar edades absolutas a unidades de roca, y estas fechas absolutas se podían aplicar 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 que dan la cantidad de tiempo que ha pasado 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 . [22] [23] Estos se utilizan en estudios geocronológicos y termocronológicos . Los métodos comunes incluyen la datación de uranio-plomo , la datación de potasio-argón , la datación de argón-argón y la datación de 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 . Las técnicas termoquímicas se pueden utilizar para determinar los perfiles de temperatura dentro de la corteza, la elevación de las cadenas montañosas y la paleotopografía.
El fraccionamiento de los elementos de la serie de los lantánidos se utiliza para calcular las edades desde que las rocas fueron removidas del manto.
Se utilizan otros métodos para eventos más recientes. La luminiscencia estimulada ópticamente y la datación por radionúclidos cosmogénicos se utilizan para datar superficies y/o tasas de erosión. La dendrocronología también se puede utilizar 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 depositan primero por deposición sobre la superficie o por intrusión en la roca suprayacente . La deposición puede ocurrir cuando los sedimentos se depositan sobre la superficie de la Tierra y luego se litifican en roca sedimentaria, o cuando el material volcánico , como cenizas volcánicas o flujos de lava , cubre la superficie. Las intrusiones ígneas, como batolitos , lacolitos , diques y umbrales , empujan hacia arriba en la roca suprayacente y cristalizan a medida que se introducen.
Una vez depositada la secuencia inicial de rocas, las unidades rocosas pueden deformarse y/o metamorfosearse . La deformación ocurre típicamente como resultado del acortamiento horizontal, la extensión horizontal o el movimiento de lado a lado ( desplazamiento ). Estos regímenes estructurales se relacionan en términos generales 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, distintas de los lodos, no cambian significativamente en volumen , esto se logra de dos maneras principales: a través de fallas y plegamiento . En la corteza superficial, donde puede ocurrir 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 suele ser más antigua, como se indica por el principio de superposición , esto puede dar como resultado que las rocas más antiguas se muevan sobre las más jóvenes. El movimiento a lo largo de las fallas puede dar como resultado plegamientos, 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 profundamente 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 pliegue se dobla hacia arriba, creando " antiformas ", o donde se dobla hacia abajo, creando " sinformas ". Si las partes superiores 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 orientadas hacia abajo, la estructura se denomina anticlinal o sinclinal volcado, y si todas las unidades rocosas están volcadas o se desconoce la dirección correcta hacia arriba, se las denomina simplemente con los términos más generales, antiformas y sinformas.
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Incluso presiones y temperaturas más altas durante el acortamiento horizontal pueden causar tanto plegamiento como 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 la estratificación en rocas sedimentarias, las características del flujo de lavas y los patrones de cristales 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 del fallamiento normal y a través del estiramiento y adelgazamiento dúctil. Las fallas normales hacen caer las unidades de roca que están más altas por debajo de las que están más bajas. Esto generalmente da como resultado que las unidades más jóvenes terminen debajo de las unidades más antiguas. El estiramiento de las unidades puede dar como resultado su adelgazamiento. De hecho, en un lugar dentro del cinturón plegado y corrido de María , toda la secuencia sedimentaria del Gran Cañón aparece en una longitud de menos de un metro. Las rocas a la profundidad para ser estiradas dúctilmente a menudo también sufren metamorfosis. Estas rocas estiradas también pueden pellizcar y formar lentes, conocidas como boudins , por la palabra francesa para "salchicha", debido a su similitud visual.
Donde las unidades de roca se deslizan unas sobre otras, se desarrollan fallas de desgarre en regiones poco profundas y se convierten en zonas de cizallamiento en profundidades mayores donde las rocas se deforman de forma dúctil.
La adición de nuevas unidades de roca, tanto de forma deposicional como intrusiva, a menudo ocurre durante la deformación. Las fallas y otros procesos de deformación 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 en la unidad de roca que está 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 de deformación a menudo también se asocian con el vulcanismo y la actividad ígnea. Las cenizas volcánicas y las lavas se acumulan en la superficie y las intrusiones ígneas ingresan desde abajo. Los diques , intrusiones ígneas largas y planas, ingresan 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 como resultado el emplazamiento de enjambres de diques , como los que se observan a lo largo del escudo canadiense, o anillos de diques alrededor del tubo de lava de un volcán.
Todos estos procesos no ocurren necesariamente en un solo entorno y no necesariamente ocurren en un solo orden. Las islas hawaianas , por ejemplo, consisten casi en su totalidad en flujos de lava basáltica en capas . Las secuencias sedimentarias de los Estados Unidos continentales medios y el Gran Cañón en el suroeste de los Estados Unidos contienen pilas casi no deformadas de rocas sedimentarias que han permanecido en su lugar desde el tiempo Cámbrico . Otras áreas son mucho más complejas geológicamente. En el suroeste de los Estados Unidos, las rocas sedimentarias, volcánicas e intrusivas han sido metamorfoseadas, falladas, foliadas y plegadas. 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 indiscernible sin análisis de laboratorio. Además, estos procesos pueden ocurrir en etapas. En muchos lugares, como el Gran Cañón, en el sudoeste de los Estados Unidos, es un ejemplo muy visible, las unidades rocosas inferiores sufrieron metamorfosis y deformación, y luego la deformación terminó y las unidades superiores, no deformadas, se depositaron. Aunque puede haber cualquier cantidad de emplazamientos y deformaciones rocosas, y pueden ocurrir cualquier cantidad de veces, estos conceptos proporcionan una guía para comprender la historia geológica de una zona.
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 sobre ella y en su interior. 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 de roca y su deformación). En muchos casos, los geólogos también estudian suelos, ríos , paisajes y glaciares modernos ; investigan la vida pasada y actual y las vías biogeoquímicas , y utilizan métodos geofísicos para investigar el subsuelo. Las subespecialidades de la geología pueden distinguir la geología endógena y la exógena . [24]
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 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 plana y polarizada cruzada, incluyendo su birrefringencia , pleocroísmo , maclado y propiedades de interferencia con una lente conoscópica . [31] En la microsonda electrónica, se analizan ubicaciones individuales para determinar sus composiciones químicas exactas y la variación en la composición dentro de los cristales individuales. [32] Los estudios de isótopos estables [33] y radiactivos [34] proporcionan información sobre la evolución geoquímica de las unidades de roca.
Los petrólogos también pueden utilizar datos de inclusiones fluidas [35] y realizar experimentos físicos de alta temperatura y presión [36] para comprender las temperaturas y presiones a las que aparecen las diferentes fases minerales, y cómo cambian a través de procesos ígneos [37] y metamórficos. Esta investigación se puede extrapolar al campo para comprender los procesos metamórficos y las condiciones de cristalización de las rocas ígneas. [38] Este trabajo también puede ayudar a explicar los procesos que ocurren dentro de la Tierra, como la subducción y la evolución de la cámara magmática . [39]
Los geólogos estructurales utilizan el análisis microscópico de secciones delgadas orientadas de muestras geológicas para observar la estructura interna 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 se realiza a menudo trazando las orientaciones de varias características en estereornets . Un estereornet 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 aquellos que involucran cuñas orogénicas , que son zonas en las que se construyen montañas a lo largo de los límites convergentes de las placas tectónicas. [40] En las versiones analógicas de estos experimentos, se tira de capas horizontales de arena a lo largo de una superficie inferior hasta un tope, lo que da como resultado patrones de fallas de aspecto realista y el crecimiento de una cuña orogénica críticamente cónica (todos los ángulos permanecen iguales). [41] 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 montañoso. [42] 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 de metamorfismo a través de la presión, la temperatura, el espacio y el tiempo. [43]
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En el laboratorio, los estratígrafos analizan muestras de secciones estratigráficas que pueden recuperarse del campo, como las de los núcleos de perforación . [44] Los estratígrafos también analizan datos de estudios geofísicos que muestran las ubicaciones de las unidades estratigráficas en el subsuelo. [45] Los datos geofísicos y los registros de pozos se pueden combinar para producir una mejor vista del subsuelo, y los estratígrafos a menudo usan programas de computadora para hacer esto en tres dimensiones. [46] Los estratígrafos pueden luego usar estos datos para reconstruir procesos antiguos que ocurrieron en la superficie de la Tierra, [47] interpretar entornos pasados y localizar áreas para la extracción de agua, carbón e hidrocarburos.
En el laboratorio, los bioestratígrafos analizan muestras de rocas de afloramientos y núcleos de perforación en busca de fósiles. [44] Estos fósiles ayudan a los científicos a datar el núcleo y a comprender el entorno deposicional 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 tiempo y las tasas de deposición. [48] Los estratígrafos magnéticos buscan signos de inversiones magnéticas en unidades de roca ígnea dentro de los núcleos de perforación. [44] Otros científicos realizan estudios de isótopos estables en las rocas para obtener información sobre el clima pasado. [44]
Con la llegada de la exploración espacial en el siglo XX, los geólogos han comenzado a observar otros cuerpos planetarios de las mismas formas 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 principalmente en los planetas terrestres , las lunas heladas , los asteroides , los cometas y los meteoritos . Sin embargo, algunos geofísicos planetarios estudian los planetas gigantes y los exoplanetas . [49]
Aunque el prefijo de origen griego geo se refiere a la Tierra, "geología" se utiliza a menudo junto con los nombres de otros cuerpos planetarios para 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 objetivo importante es buscar evidencia de vida pasada o presente en otros mundos. Esto ha dado lugar a muchas misiones cuyo propósito principal o secundario es examinar cuerpos planetarios en busca de evidencia de vida. Una de ellas es la sonda Phoenix , que analizó el suelo polar marciano en busca de agua, componentes químicos y mineralógicos relacionados con los procesos biológicos.
La geología económica es una rama de la geología que estudia los 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 la extracción de recursos minerales y minerales de la Tierra. Algunos recursos de interés económico incluyen piedras preciosas , metales como el oro y el cobre , y muchos minerales como el amianto , la magnesita , la perlita , la mica , los fosfatos , las zeolitas , la arcilla , la piedra pómez , el cuarzo y el sílice , así como elementos como el azufre , el cloro y el 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 yacimientos se encuentran en cuencas sedimentarias , [50] estudian la formación de estas cuencas, así como su evolución sedimentaria y tectónica y las posiciones actuales de las unidades de roca.
La geología de ingeniería es la aplicación de los principios geológicos a la práctica de la ingeniería con el fin de garantizar que se aborden adecuadamente los factores geológicos que afectan la ubicación, el diseño, la construcción, el funcionamiento y el mantenimiento de las obras de ingeniería. La geología de ingeniería es distinta de la ingeniería geológica , particularmente en América del Norte.
En el campo de la ingeniería civil , se utilizan principios y análisis geológicos para determinar los principios mecánicos del material sobre el que se construyen las estructuras. Esto permite construir túneles sin derrumbes, puentes y rascacielos con cimientos resistentes y edificios que no se asienten en arcilla y barro. [51]
La geología y los principios geológicos se pueden aplicar a diversos problemas ambientales, como la restauración de cursos de agua , la restauración de zonas industriales abandonadas y la comprensión de la interacción entre el hábitat natural y el entorno geológico. La hidrología de aguas subterráneas, o hidrogeología , se utiliza para localizar aguas subterráneas, [52] que a menudo pueden proporcionar un suministro inmediato de agua no contaminada y es especialmente importante en regiones áridas, [53] y para monitorear la propagación de contaminantes en pozos de aguas subterráneas. [52] [54]
Los geólogos también obtienen datos a través de la estratigrafía, los sondeos , las muestras de núcleos y los núcleos de hielo . Los núcleos de hielo [55] y los núcleos de sedimentos [56] se utilizan para las 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. [57]
Los geólogos y geofísicos estudian los peligros naturales para promulgar códigos de construcción seguros y sistemas de alerta que se utilizan para prevenir pérdidas de propiedades y vidas. [58] Algunos ejemplos de peligros naturales importantes que son pertinentes para la geología (a diferencia de aquellos que son principalmente o solo 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 el período romano , Plinio el Viejo escribió en detalle sobre los numerosos minerales y metales que entonces se utilizaban en la práctica, e incluso señaló correctamente el origen del ámbar . Además, en el siglo IV a. C., Aristóteles hizo observaciones críticas sobre la lentitud del cambio geológico. Observó la composición de la tierra y formuló una teoría según la cual la Tierra cambia a un ritmo lento y estos cambios no se pueden observar durante la vida de una persona. Aristóteles desarrolló uno de los primeros conceptos basados en la evidencia relacionados con el ámbito geológico sobre la velocidad a la que cambia físicamente la Tierra. [60] [61]
Abu al-Rayhan al-Biruni (973-1048 d. C.) fue uno de los primeros geólogos persas , cuyos trabajos incluyen los primeros escritos sobre la geología de la India , planteando la hipótesis de que el subcontinente indio alguna vez fue un mar. [62] Basándose en la literatura científica griega e india que no fue destruida por las conquistas musulmanas , el erudito persa Ibn Sina (Avicena, 981-1037) propuso explicaciones detalladas para la formación de montañas, el origen de los terremotos y otros temas centrales para la geología moderna, que proporcionaron una base esencial para el desarrollo posterior de la ciencia. [63] [64] En China, el polímata Shen Kuo (1031-1095) formuló una hipótesis para el proceso de formación de la tierra: basado en su observación de conchas animales fósiles en un estrato geológico en una montaña a cientos de millas del océano, infirió que la tierra se formó por la erosión de las montañas y por la deposición de limo . [65]
Georgius Agricola (1494-1555) publicó su obra pionera De Natura Fossilium en 1546 y es considerado el fundador de la geología como disciplina científica. [66]
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, [67] [68] luego por Jean-André Deluc en 1778 [69] e introducida como término fijo por Horace-Bénédict de Saussure en 1779. [70] [71] La palabra se deriva del griego γῆ, gê , que significa "tierra" y λόγος, logos , que significa "habla". [72] 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). [73] [74]
William Smith (1769-1839) dibujó algunos de los primeros mapas geológicos y comenzó el proceso de ordenar los estratos rocosos (capas) examinando los fósiles que contenían. [59]
En 1763, Mijaíl Lomonosov publicó su tratado Sobre los estratos de la Tierra . [75] 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 a partir del presente. [76]
James Hutton (1726-1797) es considerado a menudo el primer geólogo moderno. [77] En 1785 presentó un artículo titulado Teoría de la Tierra a la Royal Society de Edimburgo . En su artículo, explicó su teoría de que la Tierra debe ser mucho más antigua de lo que se había supuesto anteriormente para permitir que las montañas se erosionaran y los sedimentos formaran nuevas rocas en el fondo del mar, que a su vez se levantaran para convertirse en tierra firme. Hutton publicó una versión en dos volúmenes de sus ideas en 1795. [78]
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 , quienes creían que todas las rocas se habían asentado a partir de un gran océano cuyo nivel descendió gradualmente con el tiempo.
El primer mapa geológico de los Estados Unidos fue realizado en 1809 por William Maclure . [79] 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 cartografiados por él, y cruzó y volvió a cruzar las montañas Allegheny unas 50 veces. [80] Los resultados de sus trabajos sin ayuda se presentaron a la Sociedad Filosófica Estadounidense en una memoria titulada Observaciones sobre la geología de los Estados Unidos explicativas de un mapa geológico , y se publicaron en las Transacciones de la Sociedad , junto con el primer mapa geológico de la nación. [81] Este es anterior al mapa geológico de Inglaterra de William Smith por seis años, aunque se construyó utilizando una clasificación diferente de rocas.
Sir Charles Lyell (1797–1875) publicó por primera vez su famoso libro, Principios de geología , [82] en 1830. Este libro, que influyó en el pensamiento de Charles Darwin , promovió con éxito la doctrina del uniformismo . Esta teoría afirma que han ocurrido procesos geológicos lentos a lo largo de la historia de la Tierra y todavía ocurren hoy en día. Por el contrario, el catastrofismo es la teoría de que las características de la Tierra se formaron en eventos catastróficos únicos y permanecieron inalterados 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 variaban desde unos pocos cientos de miles hasta miles de millones de años. [83] A principios del siglo XX, la datación radiométrica permitió estimar la edad de la Tierra en dos mil millones de años. El conocimiento de esta enorme 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 separadas: 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. [16]
[...] the historic dichotomy between 'hard rock' and 'soft rock' geologists, i.e. scientists working mainly with endogenous and exogenous processes, respectively [...] endogenous forces mainly defining the developments below Earth's crust and the exogenous forces mainly defining the developments on top of and above Earth's crust.
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