Las ciencias de la Tierra o geociencias incluyen todos los campos de las ciencias naturales relacionados con el planeta Tierra . [1] Esta es una rama de la ciencia que se ocupa de las complejas constituciones físicas, químicas y biológicas y los vínculos sinérgicos de las cuatro esferas de la Tierra: la biosfera , la hidrosfera / criosfera , la atmósfera y la geosfera (o litosfera ). Las ciencias de la Tierra pueden considerarse una rama de las ciencias planetarias pero con una historia mucho más antigua.
Existen enfoques reduccionistas y holísticos de las ciencias de la Tierra. También es el estudio de la Tierra y sus vecinos en el espacio. Algunos científicos de la Tierra utilizan su conocimiento del planeta para localizar y desarrollar recursos energéticos y minerales. Otros estudian el impacto de la actividad humana en el medio ambiente de la Tierra y diseñan métodos para proteger el planeta. Algunos utilizan su conocimiento sobre los procesos de la Tierra, como volcanes , terremotos y huracanes, para ayudar a proteger a las personas de estos peligrosos eventos.
Normalmente, los científicos de la Tierra utilizan herramientas de la geología , la cronología , la física , la química , la geografía , la biología y las matemáticas para construir una comprensión cuantitativa de cómo funciona y evoluciona la Tierra. Por ejemplo, los meteorólogos estudian el tiempo y están atentos a tormentas peligrosas. Los hidrólogos examinan el agua y advierten sobre inundaciones. Los sismólogos estudian los terremotos y tratan de comprender dónde se producirán. Los geólogos estudian rocas y ayudan a localizar minerales útiles. Los científicos de la Tierra a menudo trabajan en el campo, tal vez escalando montañas, explorando el lecho marino, arrastrándose por cuevas o vadeando pantanos. Miden y recolectan muestras (como rocas o agua de río) y luego registran sus hallazgos en gráficos y mapas.
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La geología es, en términos generales, el estudio de la estructura, la sustancia y los procesos de la Tierra. La geología es en gran medida el estudio de la litosfera , o superficie de la Tierra, incluidas la corteza y las rocas . Incluye las características físicas y los procesos que ocurren en la litosfera, así como cómo se ven afectados por la energía geotérmica . Incorpora aspectos de la química, la física y la biología a medida que interactúan los elementos de la geología. La geología histórica es la aplicación de la geología para interpretar la historia de la Tierra y cómo ha cambiado con el tiempo.
La geoquímica estudia los componentes y procesos químicos de la Tierra. La geofísica estudia las propiedades físicas de la Tierra. La paleontología estudia el material biológico fosilizado en la litosfera. La geología planetaria estudia la geociencia en lo que respecta a los cuerpos extraterrestres. La geomorfología estudia el origen de los paisajes. La geología estructural estudia la deformación de las rocas para producir montañas y tierras bajas. La geología de recursos estudia cómo se pueden obtener recursos energéticos a partir de minerales. La geología ambiental estudia cómo la contaminación y los contaminantes afectan el suelo y las rocas. [2] La mineralogía es el estudio de los minerales e incluye el estudio de la formación de minerales, la estructura cristalina , los peligros asociados con los minerales y las propiedades físicas y químicas de los minerales. [3] La petrología es el estudio de las rocas, incluida la formación y composición de las rocas. La petrografía es una rama de la petrología que estudia la tipología y clasificación de las rocas. [4]
La tectónica de placas , las cadenas montañosas , los volcanes y los terremotos son fenómenos geológicos que pueden explicarse en términos de procesos físicos y químicos en la corteza terrestre. [6] Debajo de la corteza terrestre se encuentra el manto , que se calienta por la desintegración radiactiva de elementos pesados . El manto no es del todo sólido y está formado por magma que se encuentra en un estado de convección semiperpetua. Este proceso de convección hace que las placas litosféricas se muevan, aunque lentamente. El proceso resultante se conoce como tectónica de placas. [7] [8] [9] [10] Las áreas de la corteza donde se crea nueva corteza se llaman límites divergentes , aquellas donde regresa a la Tierra son límites convergentes y aquellas donde las placas se deslizan unas sobre otras, pero no nuevas. Cuando se crea o destruye material litosférico, se los conoce como límites transformantes (o conservadores) [8] [10] [11] Los terremotos son el resultado del movimiento de las placas litosféricas y, a menudo, ocurren cerca de límites convergentes donde partes de la corteza son forzadas en la tierra como parte de la subducción. [12]
Se podría considerar la tectónica de placas como el proceso mediante el cual la Tierra vuelve a emerger. Como resultado de la expansión del fondo marino , se crea nueva corteza y litosfera mediante el flujo de magma desde el manto hacia la superficie cercana, a través de fisuras, donde se enfría y solidifica. A través de la subducción , la corteza oceánica y la litosfera regresan con vehemencia al manto convectivo. [8] [10] [13] Los volcanes resultan principalmente del derretimiento del material de la corteza subducida. El material de la corteza que es empujado hacia la astenosfera se derrite, y una parte del material derretido se vuelve lo suficientemente liviano como para subir a la superficie, dando lugar a volcanes. [8] [12]
La ciencia atmosférica se desarrolló inicialmente a finales del siglo XIX como un medio para pronosticar el tiempo a través de la meteorología , el estudio del tiempo. La química atmosférica se desarrolló en el siglo XX para medir la contaminación del aire y se expandió en la década de 1970 en respuesta a la lluvia ácida . La climatología estudia el clima y el cambio climático . [14]
La troposfera , la estratosfera , la mesosfera , la termosfera y la exosfera son las cinco capas que forman la atmósfera de la Tierra. El 75% de la masa de la atmósfera se encuentra dentro de la troposfera, la capa más baja. En total, la atmósfera está compuesta aproximadamente por un 78,0 % de nitrógeno , un 20,9 % de oxígeno y un 0,92 % de argón , y pequeñas cantidades de otros gases, incluidos CO 2 y vapor de agua. [15] El vapor de agua y el CO 2 hacen que la atmósfera terrestre capture y retenga la energía del Sol a través del efecto invernadero . [16] Esto hace que la superficie de la Tierra sea lo suficientemente cálida como para que haya agua líquida y vida. Además de atrapar el calor, la atmósfera también protege a los organismos vivos al proteger la superficie de la Tierra de los rayos cósmicos . [17] El campo magnético , creado por los movimientos internos del núcleo, produce la magnetosfera que protege la atmósfera terrestre del viento solar . [18] Como la Tierra tiene 4.500 millones de años, [19] [20] ya habría perdido su atmósfera si no hubiera una magnetosfera protectora.
El campo magnético de la Tierra , también conocido como campo geomagnético, es el campo magnético que se extiende desde el interior de la Tierra hacia el espacio, donde interactúa con el viento solar , una corriente de partículas cargadas que emana del Sol . El campo magnético es generado por corrientes eléctricas debido al movimiento de las corrientes de convección de una mezcla de hierro fundido y níquel en el núcleo externo de la Tierra : estas corrientes de convección son causadas por el calor que se escapa del núcleo, un proceso natural llamado geodinamo .
La magnitud del campo magnético de la Tierra en su superficie varía de 25 a 65 μT (0,25 a 0,65 G). [23] Como aproximación, está representado por un campo de un dipolo magnético actualmente inclinado en un ángulo de aproximadamente 11° con respecto al eje de rotación de la Tierra , como si hubiera una enorme barra magnética colocada en ese ángulo a través del centro de la Tierra. . El polo geomagnético norte en realidad representa el polo sur del campo magnético de la Tierra y, a la inversa, el polo geomagnético sur corresponde al polo norte del campo magnético de la Tierra (porque los polos magnéticos opuestos se atraen y el extremo norte de un imán, como la aguja de una brújula, apunta hacia Campo magnético del sur de la Tierra, isla Ellesmere , Nunavut , Canadá).
Si bien los polos magnéticos norte y sur suelen estar situados cerca de los polos geográficos, se mueven lenta y continuamente en escalas de tiempo geológico, pero lo suficientemente lento como para que las brújulas ordinarias sigan siendo útiles para la navegación. Sin embargo, a intervalos irregulares que promedian varios cientos de miles de años, el campo de la Tierra se invierte y los polos magnéticos norte y sur , respectivamente, cambian abruptamente de lugar. Estas inversiones de los polos geomagnéticos dejan un registro en las rocas que son valiosos para los paleomagnetistas a la hora de calcular los campos geomagnéticos en el pasado. Esta información, a su vez, es útil para estudiar los movimientos de los continentes y los fondos oceánicos. La magnetosfera se extiende por encima de la ionosfera que se define por la extensión del campo magnético de la Tierra en el espacio o geoespacio . Se extiende varias decenas de miles de kilómetros en el espacio , protegiendo a la Tierra de las partículas cargadas del viento solar y los rayos cósmicos que de otro modo destruirían la atmósfera superior, incluida la capa de ozono que protege a la Tierra de la dañina radiación ultravioleta .
La hidrología es el estudio de la hidrosfera y el movimiento del agua en la Tierra . Enfatiza el estudio de cómo los humanos usan e interactúan con los suministros de agua dulce. El estudio del movimiento del agua está estrechamente relacionado con la geomorfología y otras ramas de las ciencias de la Tierra. La hidrología aplicada implica ingeniería para mantener ambientes acuáticos y distribuir suministros de agua. Las subdisciplinas de la hidrología incluyen la oceanografía , la hidrogeología , la ecohidrología y la glaciología . La oceanografía es el estudio de los océanos. [24] La hidrogeología es el estudio de las aguas subterráneas . Incluye el mapeo de los suministros de aguas subterráneas y el análisis de los contaminantes de las aguas subterráneas. La hidrogeología aplicada busca prevenir la contaminación de las aguas subterráneas y manantiales minerales y hacerlas disponibles como agua potable . La explotación más antigua de los recursos de aguas subterráneas se remonta al año 3000 a. C., y los hidrólogos desarrollaron la hidrogeología como ciencia a partir del siglo XVII. [25] La ecohidrología es el estudio de los sistemas ecológicos en la hidrosfera . Se puede dividir en el estudio físico de los ecosistemas acuáticos y el estudio biológico de los organismos acuáticos. La ecohidrología incluye los efectos que los organismos y los ecosistemas acuáticos tienen entre sí, así como cómo estos ecosistemas se ven afectados por los humanos. [26] La glaciología es el estudio de la criósfera, incluidos los glaciares y la cobertura de la Tierra por hielo y nieve. Las preocupaciones de la glaciología incluyen el acceso al agua dulce de los glaciares, la mitigación de los peligros de los glaciares, la obtención de recursos que existen debajo de la tierra helada y abordar los efectos del cambio climático en la criosfera. [27]
La ecología es el estudio de la biosfera . Esto incluye el estudio de la naturaleza y de cómo los seres vivos interactúan con la Tierra y entre sí y las consecuencias de ello. Considera cómo los seres vivos utilizan recursos como el oxígeno , el agua y los nutrientes de la Tierra para sustentarse. También considera cómo los humanos y otras criaturas vivientes provocan cambios en la naturaleza. [28]
La geografía física es el estudio de los sistemas de la Tierra y cómo interactúan entre sí como parte de un único sistema autónomo. Incorpora astronomía, geografía matemática, meteorología, climatología, geología, geomorfología, biología, biogeografía, pedología y geografía de suelos. La geografía física es distinta de la geografía humana , que estudia las poblaciones humanas en la Tierra, aunque incluye los efectos humanos sobre el medio ambiente. [29]
Las metodologías varían dependiendo de la naturaleza de los temas que se estudian. Los estudios suelen clasificarse en una de tres categorías: observacionales, experimentales o teóricos. Los científicos de la Tierra a menudo realizan sofisticados análisis informáticos o visitan un lugar interesante para estudiar fenómenos terrestres (por ejemplo, la Antártida o cadenas de islas de puntos calientes ).
Una idea fundamental en las ciencias de la Tierra es la noción de uniformismo , que afirma que "las características geológicas antiguas se interpretan mediante la comprensión de procesos activos que se observan fácilmente". En otras palabras, cualquier proceso geológico que esté en funcionamiento en el presente ha operado de la misma manera a lo largo del tiempo geológico. Esto permite a quienes estudian la historia de la Tierra aplicar el conocimiento sobre cómo operan los procesos de la Tierra en el presente para obtener una idea de cómo el planeta ha evolucionado y cambiado a lo largo de la larga historia.
En las Ciencias de la Tierra, es común conceptualizar la superficie de la Tierra como compuesta de varias capas distintas, a menudo denominadas esferas: la litosfera , la hidrosfera , la atmósfera y la biosfera ; este concepto de esferas es una herramienta útil para comprender la superficie de la Tierra. superficie y sus diversos procesos [30] estos corresponden a rocas , agua , aire y vida . Algunos también incluyen la criosfera (correspondiente al hielo ) como una porción distinta de la hidrosfera y la pedosfera (correspondiente al suelo ) como una esfera activa y entremezclada. Los siguientes campos de la ciencia se clasifican generalmente dentro de las ciencias de la Tierra:
