FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
“MODERNIZACIÓN DE LA ENSEÑANZA
APRENDIZAJE EN LA ASIGNATURA DE
GEOLOGÍA GENERAL
GLG – 100”
TRABAJO DIRIGIDO, POR ADSCRIPCIÓN,
PRESENTADO PARA OPTAR AL DIPLOMA ACADÉMICO DE LICENCIATURA EN INGENIERÍA CIVIL.
PRESENTADO POR: RONALD BALDELLON ALVAREZ
SANDY ROCHA BARRIONUEVOTUTOR: Ing. Julio Torrez Navarro
Cochabamba – Bolivia Marzo - 2006
ÍNDICE GENERAL
Página CAPÍTULO I : CIENCIAS DELA TIERRA1.1 INTRODUCCIÓN Pág. 2
1.2 GEOLOGÍA E INGENIERÍA Pág. 3
1.3 ESPECIALIDADES DE LA GEOLIGÍA Pág. 3
1.4 RELACIÓN DE LA GEOLOGÍA CON OTRAS CIENCIAS Pág. 4
1.5 LAS FERAS Pág. 5 1.6 EL UNIVERSO Pág. 6 1.7 EL SISTEMA SOLAR Pág. 8 PREGUNTAS DE CONTROL Pág. 11 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Pág. 12 BIBLIOTECA VIRTUAL Pág. 12
CAPÍTULO II : LOS MATERIALES DE LA TIERRA
2.1 INTRODUCCIÓN Pág. 14
2.1.1 DATOS GENERALES DE LA TIERRA Pág. 14
2.1.2 ESTRUCTURA INTERNA DE LA TIERRA Pág. 15
2.1.3 GRADIENTE DE TEMPERATURA Pág. 18
2.1.4 ISOSTASIA Pág. 18
2.1.5 MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN Pág. 19
2.1.6 CORTEZA Pág. 20
2.1.6.1 COMPOSICIÓN DE LA CORTEZA TERRESTRE Pág. 21
2.1.6.2 TIPOS DE CORTEZA Pág. 21 2.2 MINERALOGÍA Pág. 22 2.2.1 DEFINICIONES Pág. 23 2.2.2 CAMPOS DE LA MINERALOGÍA Pág. 24 2.3 CRISTALOGRAFÍA Pág. 25 2.3.1 FORMAS EXTERIORES Pág. 25 2.3.2 CLASES Y SISTEMAS Pág. 26 2.3.3 MACLAS Pág. 28 2.4 MINERALOGÍA QUÍIMICA Pág. 29
2.5 MINERALOGÍA FÍSICA Pág. 29
2.5.1 PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS MINERALES Pág. 29
2.5.1.1 PROPIEDADES QUE DEPENDEN DE LA ESTRUCTURA Pág. 29
2.5.1.2 PROPIEDADES DEPENDIENTES DE LA LUZ Pág. 33
2.6 MINERALOGÍA DESCRIPTIVA Pág. 35
2.6.1 MINERALES FORMADORES DE ROCA Pág. 35
2.6.2 SILICATOS Pág. 35
2.6.3 MINERALES NO SILICATADOS Pág. 40
2.7 MINERALES EN BOLIVIA Pág. 42
2.7.1 DESCRIPCION DE YACIMIENTOS MINERALES Pág. 43
2.7.1.1 ESCUDO PRECÁMBRICO Pág. 44
2.7.1.2 SISTEMA ANDINO Pág. 45
PREGUNTAS DE CONTROL Pág. 50
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Pág. 51
BIBLIOTECA VIRTUAL Pág. 51
CAPÍTULO III : ROCAS IGNEAS
3.1 CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS Pág. 53
3.2 ROCAS ÍGNEAS Pág. 58
3.3 ORIGEN DE LAS ROCAS ÍGNEAS Pág. 60
3.4 TIPOS DE ROCAS ÍGNEAS Y SU RECONOCIMIENTO Pág. 61
3.5 TEXTURA DE LAS ROCAS ÍGNEAS Pág. 62
3.6 NOMENCLATURA Y CLASIFICACION DE LAS ROCAS ÍGNEAS Pág. 65
3.6.1 CLASIFICACIONES QUÍMICAS Pág. 65
3.6.2 CLASIFICACIONES CASI QUÍMICAS Pág. 66
3.6.2 CLASIFICACIONES POR CARACTERISTICAS FÍSICAS Pág. 68
3.7 FAMILIA DE LAS ROCAS ULTRABÁSICAS Pág. 68
3.8 FAMILIA DE LAS ROCAS BÁSICAS CALCO ALCALINAS Pág. 68
3.9 FAMILIA DE LAS ROCAS BÁSICAS ALCALINAS Pág. 69
3.10 FAMILIA DE LOS LAMPROFIDOS Pág. 69
3.11 FAMILIA DE LAS ROCAS INTERMEDIAS Pág. 70
3.13 FAMILIA DE LAS ROCAS PIROCLASTICAS Pág. 71
3.14 ACTIVIDAD ÍGNEA EN BOLIVIA Pág. 72
3.7.1 ROCAS PLUTONICAS Pág. 72 3.7.2 ROCAS HIPABISALES Y VOLCÁNICAS Pág. 72
PREGUNTAS DE CONTROL Pág. 75
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Pág. 76
BIBLIOTECA VIRTUAL Pág. 76
CAPÍTULO IV: ROCAS SEDIMENTARIAS
4.1 INTRODUCCIÓN Pág. 78
4.2 SEDIMENTOS Y EL CICLO DE LA ROCA Pág. 79
4.3 SEDIMENTOLOGÍA Pág. 80 4.4 METEORIZACIÓN Pág. 81 4.2.1 METEORIZACIÓN MECÁNICA Pág. 81 4.2.2 METEORIZACIÓN QUÍMICA Pág. 82 4.2.3 METEORIZACIÓN ORGANICO-BIOLÓGICA Pág. 84 4.5 SUELOS (EDAFOLOGIA) Pág. 85 4.3.1 HORIZONTE “A” Pág. 85 4.3.2 HORIZONTE “B” Pág. 85 4.3.3 HORIZONTE “C” Pág. 85 4.6 PROCESOS DE SEDIMENTACIÓN Pág. 87 4.6.1 LITIFICACIÓN Pág. 87 4.6.2 RECRISTALIZACIÓN Pág. 88 4.6.3 DIAGÉNESIS Pág. 88
4.7 AMBIENTES DE DEPOSITACIÓN DE SEDIMENTOS Pág. 88
4.7.1 CUENCA SEDIMENTARIA Pág. 89
4.7.2 FACIES Pág. 89
4.8 CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS SEDIMENTARIAS Pág. 89
4.8.1 ROCAS CLÁSTICAS Pág. 90
4.8.1.1 TEXTURA DE LAS ROCAS CLÁSTICAS Pág. 91
4.8.1.2 PROPIEDADES DE LOS CLASTOS Pág. 92
4.8.1.3 ROCAS DE ORIGEN CLASTICO Pág. 94
4.8.2 ROCAS DE ORIGEN QUÍMICO Pág. 97
4.8.2.1 ROCAS DE SÍLICE Pág. 98
4.8.2.2 ROCAS CARBONÁTICAS Pág. 98
4.8.3 ROCAS ORGANOGENAS Pág.100
4.8.3.1 ROCAS CARBONÁCEAS Pág.100
4.8.3.2 ROCAS DE KEROGENO Pág.102
4.9 RASGOS COMUNES DE LAS ROCAS SEDIMENTARIAS Pág.102
4.9.1 ESTRATIFICACIÓN Pág.102
4.9.2 CONTENIDO DE FÓSILES Pág.102
4.9.3 ESTRUCTURAS PRIMARIAS SINGENÉTICAS Pág.103
4.9.4 ESTRUCTURAS PRIMARIAS EPIGENÉTICAS Pág.103
4.9.5 FORMACION DE CAVERNAS Pág.103
4.10 ROCAS SEDIMENTARIAS EN BOLIVIA Pág.104
PREGUNTAS DE CONTROL Pág.108
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Pág.109
BIBLIOTECA VIRTUAL Pág.109
CAPÍTULO V : ROCAS METAMÓRFICAS
5.1 INTRODUCCIÓN Pág.111
5.2 FACTORES QUE CONTRIBUYEN AL METAMÓRFISMO Pág.113
5.2.1 LA TEMPERATURA Pág.113 5.2.2 LA PRESIÓN DE CARGA Pág.113 5.2.3 LA FUERZA ELÁSTICA Pág.113 5.2.4 EL QUIMISMO TOTAL Pág.114 5.3 TIPOS DE METAMÓRFISMO Pág.114 5.3.1 METAMORFISMO DE CONTACTO Pág.115
5.3.2 METAMORFISMO POR DISLOCACIÓN Pág.116
5.3.3 METAMORFISMO REGIONAL Pág.116
5.4 DESCRIPCIÓN DE ROCAS METAMÓRFICAS Pág.116
5.4.1 ROCAS DERIVADAS DE SEDIMENTOS PELÍTICOS Pág.117 5.4.2 ROCAS DE DISLOCACIÓN Pág.119
5.5 ROCAS METAMÓRFICAS EN BOLIVIA Pág.119
PREGUNTAS DE CONTROL Pág.120
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Pág.121
BIBLIOTECA VIRTUAL Pág.121
CAPÍTULO VI : GEOLOGÍA HISTÓRICA
6.2 CICLO GEOQUÍMICO Pág.124
6.3 LA VIDA DEL PASADO Pág.124
6.4 PROCESOS DE FOSILIZACIÓN Pág.125
6.4.1 MOLDES Y VACIADOS Pág.125
6.4.2 PETRIFICACIÓN Pág.126
6.4.3 RESIDUOS CARBONIZADOS Pág.126 6.4.4 RASTROS, HUELLAS Y SURCOS Pág.126 6.4.5 RESTO HELAOS Y MOMIFICADOS Pág.127 6.4.6 TESTIMONIOS INDIRECTOS Pág.127 6.5 GEOLOGÍA HISTÓRICA Pág.127
6.5.1 COLUMNA GEOLOGICA Pág.128
6.5.2 HISTORIA DEL PRECÁMBRICO Pág.130
6.5.3 ERA PALEOZOICA Pág.132
6.5.4 ERA MESOZOICA Pág.144
6.5.5 ERA CENOZOICA Pág.149
6.6 ESTRATIGRAFÍA Pág.152
6.6.1 COLUMNA ESTRATIGRÁFICA Pág.153
6.7 INTERPRETACIÓN DE MAPAS GEOLÓGICOS Pág.155
6.7.1 ELEMENTOS GENERALES DEL MAPA GEOLÓGICO Pág.155 6.7.2 LECTURA INTERPRETATIVA DEL MAPA GEOLÓGICO Pág.157
6.7.3 MAPAS GEOLÓGICOS DE BOLIVIA Pág.157
PREGUNTAS DE CONTROL Pág.159
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Pág.160
BIBLIOTECA VIRTUAL Pág.160
CAPÍTULO VII: GEOMORFOLOGÍA
7.1 INTRODUCCIÓN Pág.162
7.2 MODELADO DE LA SUPERFICIE TERRESTRE Pág.163
7.2.1 FACTORES ESTRUCTURALES Pág.163
7.2.2 FACTORES CLIMATOLÓGICOS Pág.164
7.3 METEORIZACIÓN Pág.164 7.4 REMOCIÓN EN MASA Pág.165
7.4.1 TIPOS DE REMOCIÓN EN MASA Pág.166
7.4.2 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA REMOCIÓN EN MASA Pág.170 7.5 EROSIÓN Pág.171
7.5.1 EROSIÓN ANTROPICA Pág.171 7.5.1.1 PRINCIPALES FORMAS DE EROSIÓN ANTROPICA Pág.171
7.5.2 LOS FACTORES DE LA EROSIÓN DEL SUELO Pág.176
7.6 CICLO GEOMORFICO FLUVIAL Pág.177
7.6.1 RÍOS Y VALLES Pág.177
7.6.2 DESARROLLO DE UN VALLE Pág.177
7.6.3 NIVEL DE BASE Y SUS VARIACIONES Pág.178
7.7 CLASIFICACIÓN DE VALLES Pág.179
7.8 DISEÑO DE DRENAJE Y SU SIGNIFICACIÓN Pág.179
7.9 DEPOSICIONES ALUVIALES Pág.183
7.9.1 LA LLANURA DE DESBORDE Y SU MORFOLOGÍA Pág.183
7.9.2 ABANICOS ALUVIALES Pág.184
7.9.3 TERRAZAS Pág.185
7.10 PROCESOS GEOMORFICOS ESPECIALES Pág.186
7.10.1 GLACIACIÓN Pág.186
PREGUNTAS DE CONTROL Pág.191
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Pág.192
BIBLIOTECA VIRTUAL Pág.192
CAPÍTULO VIII: GEOLOGÍA ESTRUCTURAL
8.1 INTRODUCCIÓN Pág.194
8.2 TEORÍA DE PLACAS Pág.194
8.2.1 TIPOS DE LÍMITES ENTRE PLACAS Pág.198
8.3 GEOSINCLINALES Y FORMACIÓN DE MONTAÑAS Pág.200
83.1 GEOSINCLINALES Pág.200
8.3.2 FORMACIÓN DE MONTAÑAS Pág.201
8.4 TRANSGRECIONES Y REGRESIONES MARINAS Pág.205
8.5 ESTRUCTURAS GEOLOGICAS Pág.205 8.5.1 ESTRUCTURAS PRIMARIAS Pág.206 8.5.2 ESTRUCTURAS SECUNDARIAS Pág.209 A) DEFORMACIÓN DÚCTIL Pág.209 - PLIEGUES Pág.210 B) DEFORMACIÓN FRÁGIL Pág.215 - DIACLASAS Pág.215 - FALLAS Pág.217
PREGUNTAS DE CONTROL Pág.223
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Pág.224
BIBLIOTECA VIRTUAL Pág.224
CAPÍTULO IX : GEOFÍSICA- SISMOLOGÍA
9.1 GEOFÍSICA Pág.226 9.2 GRAVIMETRÍA Pág.226 9.3 MAGNETOMETRÍA Pág.228 9.3.1 INSTRUMENTOS Pág.230 9.3.2 APLICACIONES Pág.231 9.4 GEOELECTRICIDAD Pág.231 9.4.1 GEOELÉCTRICA Pág.232
9.4.2 METODO GEOELECTRICO DE RESISTENCIA Pág.232
9.4.3 DIAGRAFÍA GEOFÍSICA Pág. 236
9.4.3.1 DIAGRAFIA GEOLÓGICA Pág.236
9.4.3.2 DIAGRAFIA GEOTÉCNICA Pág.236
9.5 INTRODUCCIÓN A LAS SISMOLOGÍA Pág.237
9.6 SISMOLOGÍA Pág.238
6.5.1 MÉTODOS SÍSMICOS DE EXPLORACIÓN Pág.238
6.5.2 TIPOS DE ONDAS SÍSMICAS Pág.238
6.5.3 COMPORTAMIENTO DE LAS ONDAS SÍSMICAS EN LAS ROCAS Pág.241
9.7 TERREMOTOS Pág.243
9.7.1 CAUSAS DE LOS TERREMOTOS Pág.243
9.7.2 ESCALAS SÍSMICAS Pág.245
9.8 EL SISMÓGRAFO Pág.248
9.9 DISTRIBUCIÓN DE ZONAS SISMICAS Pág.250
9.9.1 TERREMOTOS DEL MUNDO Pág.251
9.10 SISMICIDAD EN BOLIVIA Pág.253
9.10.1 SISMOS HISTORICOS REGISTRADOS EN BOLIVIA Pág.254
PREGUNTAS DE CONTROL Pág.258
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Pág.259
CAPÍTULO X : NOCIONES DE AGUAS SUBTERRÁNEAS
10.1 INTRODUCCIÓN Pág.261
10.2 CICLO HIDROLÓGICO Pág.261
10.2.1 ECUACIÓN BÁSICA DE LA HIDROLÓGIA Pág.262
10.3 EL AGUA DEL SUBSUELO Pág.263
10.3.1 AGUAS METEÓRICAS / AGUAS DEL INTERCAMBIO Pág.263
10.3.2 AGUAS DE RESERVA Pág.263
10.3.3 AGUAS PROFUNDAS AGUAS DE FORMACIÓN Pág.264
10.3.4 ZONA DE AIREACIÓN Pág.264
10.3.5 ZONA SATURADA Pág.264
10.4 DESCARGA DEL AGUA SUBTERRÁNEA Pág.265
10.5 ACUÍFEROS POROSOS Pág.265
10.5.1 CRITERIOS DE POROSIDAD Pág.265
10.5.2 CRITERIOS FÍSICOS Pág.267
10.5.2.1 CLASIFICACIÓN EN FUNCIÓN A LA TRANSMISIVIDAD Pág.267 10.5.2.2 CLASIFICACIÓN EN FUNCIÓN A PRESIÓN DEL AGUA Pág.269
10.6 ACÚIFEROS DE FISURA Pág.272
10.7 EXPLOTACIÓN Pág.274
10.7.1 POZOS EXCAVADOS Pág.275 10.7.2 POZOS PERFORADOS A MÁQUINA Pág.276
PREGUNTAS DE CONTROL Pág.282
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Pág.283
BIBLIOTECA VIRTUAL Pág.282
CAPÍTULO XI : SINOPSIS DE LA GEOLOGÍA EN BOLIVIA
11.1 INTRODUCCIÓN Pág.285
11.2 DESARROLLO PALEOGEOGRÁFICO DE SUD AMÉRICA Pág.285
11.3 GEOLOGÍA DE BOLIVIA Pág.286
11.3.1 FISIOGRAFÍA DE BOLIVIA Pág.287
11.3.1.1 LA CORDILLERA OCCIDENTAL Pág.288
11.3.1.2 EL ALTIPLANO Pág.289
11.3.1.3 LA CORDILLERA CENTRAL Y ORIENTAL (BLOQUE
PALEOZOICO) Pág.290
11.3.1.4 LA FAJA SUB-ANDINA Pág.290
11.3.1.6 LAS SERRANIAS CHIQUITANAS Pág.292 11.3.1.7 EL ESCUDO BRASILEÑO Pág.292 11.4 ESTRATIGRAFÍA Pág.292 11.5 ESTRATIGRAFÍA BOLIVIANA Pág.293 11.5.1 PRE-CAMBRICO Pág.294 11.5.2 CAMBRICO Pág.295 11.5.3 ORDOVICICO Pág.295 11.5.4 SILURICO Pág.296 11.5.5 DEVONICO Pág.296 11.5.6 CARBONIFERO Pág.297 11.5.7 PERMICO Pág.297 11.5.8 TRIASICO Pág.298 11.5.9 JURASICO Pág.298 11.5.10 CRETACICO Pág.298 11.5.11 TERCIARIO Pág.298 11.5.12 CUATERNARIO Pág.299
11.6 YACIMIENTOS PALEONTOLOGICOS Y AREAS PROTEGIDAS Pág.299
11.6.1 METODOLOGÍA PARA LA DETERMINACIÓN DE YACIMIENTOS
PALEONTOLÓGICOS Y ÁREAS PROTEGIDAS Pág.300
11.6.2 RESULTADOS OBTENIDOS SEGÚN INDAGACION PALEONTOLÓGICA Y NATURALEZA GEOMORFOLÓGICA Pág.301 11.6.3 CONCLUSIONES ACERCA DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS Pág.304
PREGUNTAS DE CONTROL Pág.306
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Pág.307
CONCLUSIONES Pág.308
ÍNDICE FIGURAS
Página1.1 Esquema de la relación de la Geología Pág. 5
1.2 Esquema de la cuatro Feras que presenta la tierra Pág. 5 1.3 Big Bang (gran explosión) ocurrió hace 20 Mil Millones atrás Pág. 7
1.4 Composición química del universo Pág. 7
2.1 Estructura interna de la Tierra Pág. 17
2.2 Corte a travez de la tierra Pág. 18
2.3 Equilibrio Isostático Pág. 19
2.4 La corteza terrestre Pág. 20
2.5 Composición de la corteza terrestre Pág. 21
2.6 Diversidad de minerales existentes en la corteza terrestre Pág. 23
2.7 Composición de minerales y de rocas Pág. 24
2.8 Formas exteriores: planos de simetría, ejes de simetría, centro de simetría Pág. 26
2.9 Tipos de maclas Pág. 28
2.10 Escala de Mohs Pág. 30
2.11 Tipos de clivaje que se presentan en los minerales Pág. 31
2.12 Tipos de fractura que se presentan en los minerales Pág. 31
2.13 Propiedades dependientes de la luz en los minerales Pág. 33
2.14 Series de cristalización de Bowen Pág. 40
2.15 Potencial Geológico – Minero de Bolivia Pág. 44
3.1 Ciclo Geológico Pág. 53
3.2 Métodos de reconocimiento de rocas Pág. 57
3.3 Esquema de las intrusiones ígneas Pág. 60
3.4 Esquema de los lugares de formación de las rocas ígneas Pág. 62
3.5 Basalto cantera Chilla Pág. 73
3.6 Bomba volcánica Sur Lipez Pág. 73
3.7 Granito Taxara Pág. 73
3.8 Andesita Colquechaca Pág. 74
4.1 El ciclo de la roca Pág. 79
4.2 Rocas sedimentarias generadas por el ciclo exógeno Pág. 80
4.3 Formación de las rocas sedimentarias Pág. 81
4.4 Meteorización mecánica y química Pág. 83
4.5 Cambios de la roca durante la meteorización Pág. 84
4.6 Los horizontes del suelo Pág. 86
4.7 Los suelos más conocidos del mundo Pág. 87
4.8 Clastos, matriz y cemento ferruginoso Pág. 91
4.9 Redondez de los clastos de una roca Pág. 91
4.10 Clasificación de las rocas sedimentarias por el tamaño de los clastos Pág. 93
4.11 Clasificación de clastos Pág. 94
4.12 Clasificación textural de las rocas carbonaticas Pág. 98
4.13 Rocas sedimentarias de origen químico Pág. 99
4.14 Estalactitas y estalagmitas Pág. 99
4.15 Rocas sedimentarias combustibles Pág.101
4.16 Formación de Cavernas Pág.103
4.17 Rocas sedimentarias en nuestro país Pág.105
4.18 Conglomerado Sipe Sipe Pág.106
4.20 Arenisca Sipe Sipe Pág.107
4.21 Lutitas Camino a Morochata Pág.107
5.1 Esquema de un ciclo metamórfico Pág.111
5.2 Esquema de las facies metamórficas Pág.112
5.3 Esquema de los tres tipos de metamorfismos Pág.115
5.4 Cuarcita Mizque Pág.117
5.5 Pizarra Huyna Potosí Pág.117
5.6 Filita Las Petas Pág.118
5.7 Esquisto Escudo Brasileño Pág.118
5.8 Gneis Escudo Brasileño Pág.119
6.1 Cadena alimenticia Pág.123
6.2 Ciclo del carbono en la naturaleza Pág.124
6.3 Dignomia Boliviensis Pág.134 6.4 Ofiuroideo Pág.135 6.5 Leonaspis Chacaltayano Pág.135 6.6 Loxonema Pág.136 6.7 Coral inde.t Pág.136 6.8 Nuculites Sharpei Pág.136 6.9 Metacryphaeus caffer Pág.139 6.10 Ciathophyllum Bolivianun Pág.139 6.11 Australospirifer Antarcticus Pág.139 6.12 Helecho fósil Pág.141 6.13 Spirifer Cyclopterus Pág.143 6.14 Neospirifer condor Pág.143 6.15 Linoproductus cora Pág.144 6.16 Restos vegetales Pág.145 6.17 Melania Potosinensis Pág.148 6.18 Huellas de Dinosaurios Pág.149 6.19 Huellas de Iguanodontido Pág.149 6.20 Piña fósil Pág.151
6.21 Columna crono estratigráfica del Chapare Pág.154
6.22 Formato de un mapa geológico Pág.158
7.1 Formación de una montaña Pág.163
7.2 Roca meteorizada in situ Pág.164
7.3 Esquema de reptación Pág.167
7.4 Deslizamiento rotacional Pág.168
7.5 Deslizamiento a causa de la deformación de arcillas margas Pág.169
7.6 Zona con solifluxión en el suelo Pág.170
7.7 Apreciación del hielo en el suelo Pág.170
7.8 Erosión laminar en la cima de una montaña Pág.172
7.9 Erosión en surcos Pág.173
7.10 Erosión en barrancos Pág.173
7.11 Suelo expuesto a la erosión eolica Pág.174
7.12 Depósitos Eólicos Pág.176
7.13 Patrones de drenaje Pág.181
7.14 Desarrollo de meandros Pág.182
7.15 Desarrollo del trenzado de un rió Pág.182
7.16 Llanuras de desborde en un rió Pág.183
7.18 Formación de terrazas Pág.186
7.19 Glaciares Pág.187
7.20 Formación del hielo glaciar Pág.187
7.21 Esquema de los glaciares Pág.188
7.22 Esquema de la glaciación Pág.188
7.23 Glaciación en alta montaña Pág.189
7.24 Glaciación continental Pág.190
7.25 Formación de morrena Pág.190
8.1 Origen de los lomos oceánicos Pág.195
8.2 Trincheras oceánicas Pág.195
8.3 Diagrama de relación entre las placas litosféricas Pág.196
8.4 Mapa geotectónico de la tierra Pág.197
8.5 Tipos de límites entre placas Pág.200
8.6 Relación entre mares epirogénicos y geosinclinales Pág.201
8.7 Cadenas montañosas del Himalaya Pág.202
8.8 Formación de una meseta Pág.204
8.9 Cuenca de los Yungas Pág.204
8.10 Bloques levantados y fosas tectonicas Pág.205
8.11 Rumbo y Buzamiento de un estrato inclinado Pág.207
8.12 Tipos de discordancia Pág.209
8.13 Agentes orogénicos Pág.209
8.14 Partes de un Pliegue Pág.211
8.15 Nomenclatura de los tipos de pliegues Pág.212
8.16 Monoclinal Pág.212
8.17 Nomenclatura de pliegues de acuerdo al plano axial Pág.214
8.18 Pliegues parásitos Pág.214
8.19 Estructuras menores Pág.215
8.20 Sistema de diaclasas ortogonales Pág.216
8.21 Agrietamiento y patrones de juntas dentro de los cuerpos plutonicos Pág.216
8.22 Elementos de una falla Pág.218
8.23 Falla normal Pág.218
8.24 Falla inversa Pág.219
8.25 Falla lateral o de desgarre Pág.219
8.26 Desarrollo de una cabalgadura Pág.220
8.27 Resumen (Tensión / deformación) en fallas Pág.220
9.1Gravímetro de HARTLEY Pág.227
9.2 Campo Magnético de la tierra Pág.229
9.3 Sondeo eléctrico vertical Pág.234
9.4 Ondas longitudinales “P” Pág.239
9.5 Ondas transversales “s” Pág.239
9.6 Ondas superficiales “R” Pág.240
9.7 Ondas superficiales “L” Pág.240
9.8 Camino que siguen las ondas sísmicas Pág.241
9.9 Reflexión – Refracción de ondas sísmicas Pág.242
9.10 Principales causas del origen de un terremoto Pág.244
9.11 Foco y epicentro de un terremoto Pág.244
9.12 Escala de Mercalli y Richter Pág.248
9.13 El sismógrafo Pág.249
9.14 Sismo en Chile Pág.249
9.16 Cinturones sísmicos en el mundo Pág.250
9.17 Mapa de intensidades sísmicas de Bolivia Pág.254
9.18 Sismos históricos registrados en Bolivia Pág.257
10.1 Cantidades aproximadas de escorrentía, precipitación y evaporación Pág.262
10.2 Ciclo hidrológico Pág.263
10.3 Agua en el subsuelo Pág.264
10.4 Esquema de manantiales tipo vertedero Pág.265
10.5 Esquema de un acuífero – acuifugo Pág.268
10.6 Esquema de agua confinada Pág.268
10.7 Esquema de un sistema artesiano Pág.269
10.8 Clasificación de los acuíferos en función a la presión del agua Pág.270
10.9 Proceso de recarga de los acuíferos Pág.271
10.10 Curso efluente – influente Pág.271
10.11 Esquema de un acuífero Figurado Pág.274
10.12 Esquema de un pozo perforado Pág.276
10.13 Rejilla del tipo de ranura continúa Pág.278
10.14 Esquema de la pared del acuífero – encamisado Pág.278
10.15 Niveles piezometricos Pág.280
11.1 Unidades estructurales de Bolivia Pág.288
11.2 Mapa geológico de Bolivia Pág.294
11.3 Determinación de un área protegida Pág.301
ÍNDICE DE TABLAS
Página
1.1 Comparación de elementos químicos Pág. 8
1.2 Planetas del sistema solar Pág. 10
2.1 Datos generales de la tierra Pág. 15
2.2 Distribución de superficies en el planeta tierra Pág. 15
2.3 Características de la corteza terrestre Pág. 22
2.4 Sistemas cristalográficos Pág. 27
2.5 Escala de Mohs Pág. 30
2.6 Clasificación de minerales Pág. 34
2.7 Principales minerales hallados en Bolivia Pág. 49
3.1 Descripción de rocas Pág. 57
3.2 Tipos de rocas ígneas y su reconocimiento Pág. 61
3.3 Clasificación por el contenido de SO2 Pág. 66
3.4 Clasificación por el contenido de Al2 O3 Pág. 66
3.5 Clasificación por el contenido de Cuarzo Pág. 67
3.6 Criterio de Ellis Pág. 67
3.7 Criterio de Shand Pág. 67
3.8 Clasificación de los clastos solidificados Pág. 72
4.1 Clasificación de las rocas sedimentarias Pág. 89
4.2 Clasificación de rocas sedimentarias Pág. 90
4.3 Cuadro de clasificación de las rocas de origen clástico Pág. 94
4.4 Rocas de origen clástico Pág. 97
6.1 Columna geológica Pág.129
7.1 Estabilidad contra la meteorización Pág.165
7.2 Características de las partículas transportadas por el viento Pág.175
8.1 Transporte anual de algunos ríos del mundo Pág.203
8.2 Separación en discontinuidades Pág.221
8.3 Persistencia en discontinuidades Pág.221
8.4 Abertura en discontinuidades Pág.221
9.1 Descripción del material a través de su resistividad Pág.233
9.2 Resultados obtenidos mediante el SEV. Pág.235
9.3 Velocidad de onda en los materiales Pág.241
9.4 Formaciones geológicas en una prospección sísmica Pág.243
9.5 Sismos según la profundidad Pág.245
9.6 Escala de Rossi – Forel Pág.246
9.7 Cantidad de terremotos por año Pág.252
9.8 Terremotos clasificados según magnitud y número de victimas Pág.252
10.1 Distribución del volumen de agua en el planeta Pág.262
10.2 Propiedades hidrogeológicas de las rocas Pág.266
11.1 Áreas protegidas según indagación paleontológica Pág.302
CAPÍTULO I
CIENCIAS DE LA TIERRA
1.1 INTRODUCCIÓN
La geología es la ciencia que concierne a la tierra y las rocas de las que esta constituida, los procesos que las formaron durante el tiempo geológico y el modelado de la superficie en el pasado y en el presente. La tierra no es un cuerpo estático sino que continuamente esta sujeta a cambios, tanto en su superficie como a niveles más profundos.
Los cambios superficiales pueden ser observados igualmente por los ingenieros y por los geólogos, entre esos cambios, la erosión es un proceso dominante que destruye los alcantarillados costeros, reduce la altura de los continentes y transporta el material así removido, ya sea al mar o a las cuencas continentales de depositación.
Los cambios que se originan bajo la superficie no son fáciles de observar directamente. Algunos de ellos, son la causa de los lentos movimientos de los continentes que cruzan la superficie del globo; otros causan cambios más rápidos, los cuales están asociados con las erupciones volcánicas y los terremotos.
Como ejemplo de estos cambios que resultan de la acción de la energía podemos citar: La pérdida de calor geotérmico proveniente del interior de la tierra.
Perdida de energía al disminuir la rotación de la tierra. La energía liberada por los terremotos.
Estos explican los cambios que se originan bajo la superficie e indican la importancia de los procesos internos que controlan el comportamiento del planeta. Se cree que estos procesos han operado a través de millones de años, y los geólogos suponen que los que actualmente se encuentran en operación son fundamentalmente similares a los que han operado en el pasado.
Los efectos producidos por los procesos geológicos pueden parecer muy lentos para que tengan alguna importancia en la ingeniería, aunque muchos de ellos operan a ritmos similares a los que se encuentran en la práctica de la ingeniería. Por ejemplo, los continentes derivan lateralmente a un ritmo que oscila entre 1 y 3 cm./año, o sea, 10-7 cm./s que es un valor aproximado a la conductividad hidráulica de un buen concreto que se utiliza en las presas.
Los procesos geológicos, como los que operan actualmente, han dejado su registro en las rocas durante los enormes espacios del tiempo geológico, algunas veces con toda claridad y en otras parcialmente borrados por eventos posteriores por tanto, las rocas registran eventos acaecidos en la larga historia de la tierra, como lo atestiguan los restos y marcas de organismos vivientes, como animales o plantas, cuando son conservados.
Todas las rocas contribuyen a formar el registro y en cierto sentido la geología es la historia de la tierra, se incluye no solo su composición química elemental, sino también su constitución mineralógica y litológica, las estructuras internas de los minerales y las rocas y las relaciones estructurales que existen entre unas y otras, es decir, los rasgos arquitectónicos y ornamentales de la tierra.
1.2 GEOLOGÍA E INGENIERÍA
El hombre, desde las épocas más remotas, en que empezó a practicar las artes de la ingeniería, se ha enfrentado con problemas relativos a los materiales y los procesos; ya había empezado a construir estructuras, había llegado a ser un ingeniero. La experiencia le enseñó mucho y la ingeniería empírica se adelanto muchas generaciones a la ciencia teórica. Sin embargo, en los tiempos modernos, el ingeniero civil confía menos en los conocimientos empíricos y recurre cada día más a las ciencias.
En la ingeniería moderna se han reducido los factores de seguridad, se han introducido innovaciones de todo tipo, en los materiales, en los métodos, en las funciones; y las escalas de tamaño, peso y uso se han multiplicado notablemente. Ninguna estructura, sin embargo, es mejor que sus cimientos o que el material de que estos están constituidos; es más, la mayor parte de los fracasos de nuestros tiempos se deben en cierto grado a causas geológicas subyacentes.
El Ingeniero civil se enfrenta a una gran variedad de problemas, en los que el conocimiento de la geología le es necesario, cuyas ventajas son:
Le dará un conocimiento sistematizado de los materiales, su existencia o localización y sus propiedades.
Los problemas de cimentaciones, estabilidad de taludes son esencialmente geológicos, por ejemplo los puentes, las presas, las carreteras y otras construcciones, se establecen sobre algún material natural.
El conocimiento de la existencia de aguas subterráneas, y los elementos de la hidrología subterránea, son excelentes auxiliares en muchas ramas de la ingeniería práctica. Ingeniería sanitaria, abastecimiento de aguas, drenaje de terrenos, riego, excavaciones, defensa contra deslaves y otros muchos trabajos. El conocimiento de las aguas superficiales, sus efectos de erosión, su transporte y
sus sedimentaciones, es esencial para el control de las corrientes, los trabajos de defensa de márgenes y costas, los de conservación de suelos y otras actividades. La capacidad para leer e interpretar informes geológicos, mapas, planos
geológicos y topográficos y fotografías aéreas, es de gran utilidad para la planeación de muchas obras.
1.3 ESPECIALIDADES DE LA GEOLOGÍA
La geología presenta una diversidad de especialidades entre las que podemos mencionar: Geofísica: Estudio de la física de la tierra: gravimetría, sismología,
Mineralogía: Estudio de los minerales: (estructura interna, composición química, clasificación).
Petrología: Estudio de las rocas, su origen, los procesos de su formación, su composición.
Petrografía: Es un rama de la petrología, que se ocupa de la descripción de las rocas.
Geoquímica: Es estudia la distribución y la abundancia de los elementos en las distintas partes de la tierra y se trata de explicar la distribución de los elementos en las rocas.
Geología estructural: Análisis e interpretación de las estructuras tectónicas en la corteza terrestre. (fracturamiento, plegamiento y montañas).
Geología Histórica: Estudio de las épocas geológicas desde la formación de la tierra aproximadamente 4600 Millones de años atrás hasta hoy día.
Paleontología: Estudio de la vida de épocas geológicas pasadas; estudio de los fósiles.
Estratigrafía: Estudio de las rocas estratificadas, por su naturaleza, su existencia, sus relaciones entre si y su clasificación.
Sedimentología: Estudio de los sedimentos y su formación. Análisis del ambiente de deposición como las propiedades físicas en el agua de un río.
Mecánica de suelos: Estudio de las propiedades de los suelos para encontrar terreno apto para la construcción, para calcular y evitar riesgos geológicos, Ej. deslizamientos.
Hidrogeología: Investigaciones de la cantidad y calidad del agua subterránea, cual es el agua presente debajo de la tierra. Se trata de la interacción entre roca, suelo y agua.
Geología Económica: Exploración de yacimientos metálicos y no-metálicos. Evaluación de la economía de un yacimiento o producto mineralico.
Exploración Prospección: Búsqueda de yacimientos geológicos con valor económico. Por medio de la geofísica, geoquímica, mapeo, fotos aéreas e imágenes satelitales.
Geología Ambiental: Búsqueda de sectores contaminados, formas y procesos de contaminación, del agua superficial, subterránea y suelos. Investigación/calidad de agua y suelo.
1.4 RELACIÓN DE LA GEOLOGÍA CON OTRAS CIENCIAS
Para entender los procesos geológicos es necesario conocer algunos principios físicos, químicos, biológicos y matemáticos.
Los principios físicos permiten entender la destrucción física de rocas en un río, la acumulación de arena y bloques; la química ayuda entender la formación de minerales y de algunas rocas; la biología actual permite entender la vida de las épocas pasadas. En la figura 1.1 podemos apreciar la relación intima que tiene la geología con las otras ciencias.
Fig. 1.1 Esquema de la relación de la Geología
Fuente (W.Griem & S.Griem-Klee: “Apuntes de Geología General”)
1.5 LAS – FERAS
En la tierra se presentan cuatro "- Feras": La Atmósfera (Gases que envuelven la tierra), la Hidrosfera (Toda el agua que esta por encima de la superficie terrestre: océanos, ríos, lagos, agua subterránea, lluvia), la Biosfera (Parte del mundo en la cual están presentes los seres vivos: La superficie de la tierra, el suelo, los mares, el aire) y la Litosfera (Parte sólida exterior de la tierra). La figura 1.2 muestra las cuatro feras que tenemos en nuestro planeta.
La geología es la ciencia de la litosfera y sus relaciones con las otras "- Feras".
La intersección de Litosfera-Atmósfera presenta todos los procesos como erosión y meteorización.
La intersección de Hidrosfera-Litosfera trata del agua subterránea transporte en el agua, ambiente de río. El conjunto de biosfera-litosfera se trata de la vida en las épocas pasadas, la evolución, los fósiles y en general la paleontología. Fig. 1.2 Esquema de la cuatro Feras que presenta la tierra
1.6 EL UNIVERSO
El universo es el conjunto de todas las galaxias existentes y del espacio en que se mueven a su vez, en una galaxia hay estrellas, planetas, nebulosas y partículas interestelares; todos estos componentes se encuentran organizados, confiriendo a la galaxia una forma concreta: elíptica, espiral o irregular.
En el universo conocido hay millones de galaxias, situadas unas de otras a distancias enormes, de hasta 12.000 millones de años luz.
El año luz es la unidad de longitud que se emplea en astronomía: un año luz equivale a 9,46 billones de kilómetros, es decir la distancia que recorre la luz en un año (la luz viaja a 300.000 kilómetros por segundo).
Un estrella es en acumulo enorme de gases incandescentes que emiten energía al exterior gracias a las reacciones termonucleares que se producen en su interior.
Los planetas son cuerpos sólidos que giran alrededor de las estrellas.
Las nebulosas son inmensas nubes de gas sin forma específica y en su interior se forman nuevas estrellas.
Las partículas interestelares son moléculas que se hallan entre las estrellas; se han descubierto hasta cincuenta tipos de moléculas diferentes, algunas de ellas, como el alcohol etílico, de naturaleza orgánica.
Datos generales:
El universo contiene: 1080 átomos - 1050 ton. Métricas. Edad: 20 mil millones de años.
Número de Galaxias: 75 Millones. Estrellas en la vía láctea: 75 Millones.
Estrella más grande: VV Cephei (2400 diámetros del sol).
En la figura 1.3 podemos apreciar la edad de la tierra, como también los eventos más relevantes que ocurrieron en el tiempo.
Edad del universo: 20 mil millones de años
Big Bang
en mil millones de años
Formación de la via lactea Formación de la tierra
Las rocas más antigua Los primeros unicelulares
Los primeros multicelulares
20 0 15 10 5 4 3 2 1 hoy
H
He o
N
c
Ne Si Fe
S
Otros
Fig. 1.3 Big Bang (gran explosión) ocurrió hace 20 Mil Millones atrás Fuente (W.Griem & S.Griem-Klee: “Apuntes de Geología General”)
La composición química predominante en el universo es esta expresada a continuación e ilustrada en la figura 1.4: hidrógeno (75%). helio (20%). Demás elementos (5%). H 924.000 He 74.000 O 830 C 470 N 84 Ne 82 Si 33 Fe 32 S 18 Ar 8 Al 3 Ca 3 otros 2
Fig. 1.4 Composición química del universo
Rango de elementos químicos no inertes:
En comparación al Universo - Ser vivo - La tierra, se nota que el universo y los seres vivos muestran una composición bien parecido: Los cuatro elementos (no inertes) más importantes en ambos son H, O, C y N. Solo los rangos son diferentes. La Tierra tiene una composición totalmente diferente: Hierro, Oxígeno, Sílice y Magnesio marcan la mayor abundancia, la tabla 1.1 es una ilustración de los elementos químicos más importantes en comparación del Universo, el Ser vivo y la tierra
.
Tabla 1.1 Comparación de elementos químicos
Universo Ser vivo La Tierra
H O C N C O H N Fe O Si Mg
Fuente: elaboración propia
1.7 EL SISTEMA SOLAR Y LOS PLANETAS
El Sistema Solar nació hace como 4,6 billones de años, cuando algo perturbó una vasta nube de gas y polvo. Esta perturbación pudo haber sido una colisión con otra nube, o una onda de choque producida por una estrella que explotó.
La nube se dividió en aglomerados de materia más pequeños y densos, los cuales se colapsaron hacia el centro bajo el peso de su propia gravedad. Tal vez en 100.000 años, uno de estos aglomerados, llamada nebulosa, se condensó dentro de un volumen de espacio como del tamaño del sistema solar actual. Protones individuales, núcleos de átomos de hidrógeno, fueron unidos para formar el núcleo de helio más pesado. Al chocar también se produjo energía y en un instante cósmico, nació el Sol.
Con el tiempo se formaron los planetas rocosos del interior: Mercurio, la Tierra, Venus y Marte.
En las afueras el sistema solar, las temperaturas eran lo suficientemente frías para que los hielos permanecieran intactos. Pero estos también se unieron para formar cuerpos aún más grandes, llamados planetesimales, los cuales a su vez se unieron para formar los núcleos de los planetas gigantes: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno.
La mayoría de las lunas probablemente se formaron a la misma vez que sus planetas progenitores. A distancias más grandes del Sol, las lunas se formaron de roca y hielo. La Luna terrestre se formó un poco después, cuando un cuerpo tan grande como Marte chocó contra nuestro planeta. La colisión lanzó un geiser de roca derretida en órbita alrededor de la Tierra; el material se enfrió rápidamente y se unió para formar la Luna. Plutón, el planeta más lejano, quizás es un cometa gigante.
El cambio de mayor importancia desde el nacimiento del sistema solar es el desarrollo de la vida. La Tierra es el único planeta con las condiciones necesarias para albergar la
vida. Los primeros organismos unicelulares aparecieron en la Tierra por lo menos hace 3,5 billones de años.
La vida pudo haber evolucionado en alguna otra parte del sistema solar. Pudo haber existido en Marte hace como 3,6 billones de años. Agua líquida fluyó sobre la superficie marciana, manteniendo la esperanza de que Marte pueda aún estar habitado por organismos sencillos.
A continuación podemos observar los diferentes planetas de nuestro sistema solar, como también en la tabla 1.2 podemos ver las diferentes características de cada uno de ellos.
SOL MERCURIO VENUS TIERRA
MARTE JÚPITER SATURNO URANO
Tabla 1.2 Planetas del Sistema Solar Nombre Distancia Tierra Mill. Km. Diámetro (Km.) Densidad g/cm3 (Pe.) Numero de Satélites Duración del Año Grav. Con resp. Tierra = 1 Composición de la atmósfera El sol 1.392.000 1,41 --- 28.0 ?
Mercurio 77,2 4.835 5,69 --- 88 días 0,36 no tiene
Venus 38,6 12.194 5,16 --- 244,7 días 0,87 CO2
Tierra --- 12.756 5,52 1 365,26 días 1,00 N2, O2
Marte 54,7 6.760 3,89 2 686 días 0,38 CO2, N2, Ar
Júpiter 589 141.600 1,25 12 11,86 años 2,64 H2, He
Saturno 1105,7 120.800 0,62 10 29,46 años 1,13 H2, He
.Urano 2570 47.100 1,60 5 84,01 años 1,07 H2, He, CH4
Neptuno 4209 44.600 2,21 2 164,8 años 1,41 H2, He, CH4
Plutón 4264 14.000 4,2 ? 247,7 años 0,3 ?
Preguntas de control:
1.- ¿Por qué la geología es importante para la ingeniería civil?
2.- ¿De las especialidades de la geología cuales son las más importantes para la ingeniería civil?
3.- ¿Explique con sus palabras que es el universo y que datos importantes tiene? 4.- ¿Cuál de los elementos químicos es el más predominante en el Universo? 5.- ¿Cuál es el elemento químico común entre el universo, la tierra y el ser vivo? 6.- ¿Los primeros unicelulares hace cuantos billones de años aparecieron? 7.- ¿Cuál es la densidad aproximada de la tierra en g/cm3?
8.- ¿Según la tabla 1.2 después del sol cual es el sexto planeta y cual es la composición de su atmósfera?
9.- ¿Júpiter cuantos satélites tiene?
Referencias bibliográficas:
- W.Griem & S.Griem-Klee: “Apuntes de Geología General”, Chile - (1999, 2003), Universidad de Atacama.
- Julio Torrez Navarro: “Apuntes de Geología general”, FCyT (Ingeniería Civil) – U.M.S.S
- Juan Carlos Ricaldez: “Apuntes de Geología general”, FCyT (Ingeniería Civil) – U.M.S.S
Biblioteca virtual:
- Dorling Kinddersley: “The visual dictionary of the human body”. – Londres 1991
- http://usuario.tiscali.es/solyplanetas
- http://plata.uda.cl/minas/apuntes/Geologia/geologiageneral/geogenap.html
- http://usuario.tiscali.es/solyplanetas/galeriafotos.htm
- www.portalciencia.net/ geoloroc.html
CAPÍTULO II
LOS MATERIALES DE LA TIERRA
2.1 INTRODUCCIÓN 1
La tierra forma parte del sistema solar y por lo tanto debe tener una estructura y composición similar a otros planetas y estar sometida a las mismas leyes generales. De esta manera el estudio de otros planetas, especialmente los más próximos, necesariamente ha de proporcionar datos importantes sobre el nuestro, especialmente sobre su pasado y sobre su futuro.
La tierra es uno de los 9 planetas que dan vueltas alrededor del sol, que es solo una entre los 100.000 millones de estrellas que existen aproximadamente, en nuestra Vía Láctea. La Tierra no es una esfera perfecta, sino que entonces la forma de la tierra es un elipsoide de rotación. Cálculos basados en las perturbaciones de las órbitas de los satélites artificiales revelan que la Tierra es una esfera imperfecta porque el ecuador se engrosa 21 Km.; el polo norte está dilatado 10 m y el polo sur está hundido unos 31 metros.
La tierra es el único planeta habitado por los seres vivos que conocemos, hecho que es posible gracias a que se encuentra a una correcta distancia del sol.
La tierra es el tercer planeta desde el Sol y quinto en cuanto a tamaño de los nueve planetas principales. La distancia media de la Tierra al Sol es de 149.503.000 km. Es el único planeta conocido que tiene vida, aunque algunos de los otros planetas tienen atmósferas y contienen agua.
2.1.1 Datos generales de la tierra
El radio ecuatorial de la tierra es de 6370 km y el radio polar es de 22 km mas corto. De esta manera la tierra no es una esfera perfecta. Su superficie es de 510 x 106 km2, de los cuales un 29% corresponde a los continentes, si a este se le añade el área de los mares someros de la plataforma que rodea a los continentes, el área terrestre representa un 35% del total de la superficie.
En otras palabras casi las dos terceras partes de la superficie esta cubierta por el océano profundo. En las tablas 2.1 y 2.2, podemos apreciar los datos generales de la Tierra que se presentan de forma goblal y resumida.
1F.G.H. Blyth & M.H. de Freitas: “Geología para Ingenieros”
Tabla 2.1 Datos generales de la Tierra Datos Generales de la Tierra Radio ecuatorial Km. Radio polo/polo Km.
Volumen km3 Masa ton. Peso específico
promedio g/cm3 Edad millones de años Rocas más antiguas millones de años 6378 6357 1,083 X 1012 6 X 1021 5,517 4650 3750
Fuente (Julio Torrez Navarro: “Apuntes en clases”) Tabla 2.2 Distribución de superficies en el Planeta Tierra
Fuente (Julio Torrez Navarro: “Apuntes en clases”)
Las edades absolutas de la formación de rocas, se llegó a determinar por el método de descomposición radioactiva (permanente), de algunos isótopos (U, Rb, C).
La datación radiométrica ha permitido a los científicos calcular la edad de la Tierra en 4.650 millones de años. Aunque las rocas más antiguas de la Tierra datadas de esta forma, no tienen más de 4.000 millones de años, los meteoritos, que se corresponden geológicamente con el núcleo de la Tierra, dan fechas de unos 4.500 millones de años, y la cristalización del núcleo y de los cuerpos precursores de los meteoritos, se cree que ha ocurrido al mismo tiempo, unos 150 millones de años después de formarse la Tierra y el Sistema Solar.
2.1.2 Estructura interna de la Tierra 2
El conocimiento que se tiene actualmente del interior de la tierra esta basado en las investigaciones directas que pueden hacerse a profundidades de unos cuantos kilómetros respecto a la superficie, junto con extrapolaciones hechas a niveles mas bajos. Los estudios del flujo del calor, presión geoestática, terremotos y estimaciones de equilibrio isostático revelan mucho acerca del interior de la tierra.
La tierra joven probablemente era una mezcla homogénea sin continentes y sin océanos. Mediante el proceso de diferenciación el Fe y el Ni bajaron hacia al centro de la tierra y los elementos más livianos subieron hacia la superficie y formaron la corteza.
2W.Griem & S.Griem-Klee : “ Apuntes de Geología General”
Océanos y Continentes
Superficie de los continentes Superficie de los océanos (total) 15 X 107 km2 Altura promedia de la tierra firme Mar de baja profundidad Mar de alta profundidad Profundidad promedia de los océanos 9 X 107 km2 27 X 107 km2 623 m 18 % 53 % 3800 m 29% 71%
Se puede considerar que la Tierra se divide en cinco partes: la primera, la atmósfera, es gaseosa; la segunda, la hidrosfera, es líquida; la tercera, cuarta y quinta, la litosfera, el manto y el núcleo son sólidas.
La atmósfera: Es la cubierta gaseosa que rodea el cuerpo sólido del planeta. Aunque tiene un grosor de más de 1.100 km, aproximadamente la mitad de su masa se concentra en los 5,6 km más bajos.
La litosfera: Esta compuesta sobre todo por la fría, rígida y rocosa corteza terrestre, se extiende a profundidades de 100 km. Las rocas de la litosfera tienen una densidad media de 2,7 veces la del agua y se componen casi por completo de 11 elementos, que juntos forman el 99,5% de su masa.
La litosfera comprende dos capas (la corteza y el manto superior) que se dividen en unas doce placas tectónicas rígidas (véase Tectónica de placas). La corteza misma se divide en dos partes. La corteza siálica o superior, de la que forman parte los continentes, está constituida por rocas cuya composición química media es similar a la del granito y cuya densidad relativa es de 2,7. La corteza simática o inferior, que forma la base de las cuencas oceánicas, está compuesta por rocas ígneas más oscuras y más pesadas como el gabro y el basalto, con una densidad relativa media aproximada de 3.
La litosfera también incluye el manto superior. Las rocas a estas profundidades tienen una densidad de 3,3. El manto superior está separado de la corteza por una discontinuidad sísmica, la discontinuidad de Mohorovicic, y del manto inferior por una zona débil conocida como astenósfera. Las rocas plásticas y parcialmente fundidas de la astenósfera, de 100 km de grosor, permiten a los continentes trasladarse por la superficie terrestre y a los océanos abrirse y cerrarse.
La hidrosfera: Es la capa de agua que, en forma de océanos, cubre el 70,8% de la superficie de la Tierra. La hidrosfera se compone principalmente de océanos, pero en sentido estricto comprende todas las superficies acuáticas del mundo, como mares interiores, lagos, ríos y aguas subterráneas.
El manto y el núcleo: Son el pesado interior de la Tierra y constituyen la mayor parte de su masa.
El denso y pesado interior de la Tierra se divide en una capa gruesa, el manto, que rodea un núcleo esférico más profundo. El manto se extiende desde la base de la corteza hasta una profundidad de unos 2.900 km. Excepto en la zona conocida como astenosfera, es sólido y su densidad, que aumenta con la profundidad, oscila de 3,3 a 6. El manto superior se compone de hierro y silicatos de magnesio como el olivino y la parte inferior de una mezcla de óxidos de magnesio, hierro y silicio.
La investigación sismológica ha demostrado que el núcleo tiene una capa exterior de unos 2.225 km de grosor con una densidad relativa media de 10. Esta capa es probablemente rígida y los estudios demuestran que su superficie exterior tiene depresiones y picos, y estos últimos se forman donde surge la materia caliente. Por el contrario, el núcleo interior, cuyo radio es de unos 1.275 km, es sólido. Se cree que
ambas capas del núcleo se componen en gran parte de hierro con un pequeño porcentaje de níquel y de otros elementos. Las temperaturas del núcleo interior pueden llegar a los 6.650 °C y se considera que su densidad media es de 13.
La tierra esta construida por zonas:
0-40km: corteza continental : en parte está dividida por la discontinuidad de Conrad, en una zona superior, generalmente se constituye de rocas metamórficas de grado medio y alto, su composición media es probablemente granodiorítica; y una zona inferior tiene probablemente una composición similar de los gabros y basaltos, es decir los elementos Si, Al y Mg, son los principales.
Esta discontinuidad no está desarrollada en todas las partes de la corteza terrestre, normalmente se ubica en una profundidad de 15 - 25km. En montañas altas la corteza continental es más ancha y en los Alpes llega hasta una profundidad de 55km.
Discontinuidad de Mohorovicic: Es la división entre corteza y manto, y hasta los 900km forma el manto superior que esta compuesto por una litosfera sólida y rígida, y de una astenósfera parcialmente fundida subyacente, plástica; de los 900 – 2900km forma el manto inferior.
Discontinuidad de Gutenberg: Es la división entre el manto y núcleo. Entre los 2900 – 5100 Km. esta el núcleo exterior líquido de Fe.; desde los 5100 – 6370km esta el núcleo interior que es sólido y denso de Fe.
En la figura 2.1 podemos apreciar gráficamente lo desarrollado acerca de la estructruta interna de la tierra.
Fig.2.1 Estructura interna de la Tierra
2.1.3 Gradiente de temperatura y densidad 3
Por medio de los laboreos mineros profundos se ha obtenido la información de que la temperatura aumenta hacia abajo a un ritmo promedio de 30°C por kilómetro. Este ritmo se eleva cerca de la fuente de calor, que puede ser un centro volcánico. Suponiendo que el gradiente de temperatura continúa el ritmo promedio, el cálculo demuestra que a una profundidad de unos 30km la temperatura estaría tan elevada que muchas rocas comenzarían a fundirse. Resulta que el material rocoso se encuentra en una condición relativamente sólida; pero habrá una profundidad a la cual se encuentre un fluido viscoso, y esto define la base de la litosfera.
La densidad media de la tierra, que se estima de la masa y volumen calculados, es de 5.527 (g /cm3). Esta densidad es mucho mayor que la de muchas de las rocas que se
encuentran en la superficie, y raramente exceden la de 3. El promedio de densidad de las rocas sedimentarias es de 2.3 y las abundantes rocas graníticas tienen una densidad promedio de 2.7. Para explicar el promedio de 5.5 de densidad, se supone que en los niveles más profundos de la tierra debe haber material más denso (ver fig. 2.2).
Fig.2.2 Corte a través de la Tierra – fuente (Elaboración propia)
2.1.4 Isostasia 4
Termino que proviene del griego y que quiere decir “igual modo de estar”. Se utiliza para indicar un estado ideal de equilibrio entre las diferentes partes de la corteza. Las masas continentales pueden visualizarse como bloques extensos semejantes a “balsas” de una composición esencialmente granítica soportadas por material subcortical. La diferencia en densidad de estos dos materiales implica que los continentes están sumergidos en su mayor parte en un material subcortical más denso, como si fueran bloques de hielo que flotan en el agua. Tiende a mantenerse en estado de equilibrio
3 F.G.H. Blyth & M.H. de Freitas: “Geología para Ingenieros” 4F.G.H. Blyth & M.H. de Freitas: “Geología para Ingenieros”
arriba de cierto nivel llamado nivel de compensación. De esta manera en la fig.2.3 el peso de una columna de materia en una región montañosa como en A, de igual al de la columna B, donde la corteza más ligera es más delgada por lo que desplaza menos material del lecho subyacente más denso. Las columnas están en equilibrio a cierta profundidad donde sus pesos son iguales.
El concepto de equilibrio isostático ha sido comprobado por los levantamientos gravimétricos que han revelado un exceso o deficiencia de densidad de la corteza que se encuentra debajo del área levantada. De toda la evidencia reunida es probable que todos los grandes rasgos topográficos de la superficie de la tierra, están isostaticamente compensadas a escala regional y probablemente limitadas por fallas.
La isostasia requiere que debajo de la concha exterior, la litosfera, hay una capa débil que tenga la capacidad de ceder a esfuerzos aplicados a largo plazo. Esta zona de debilidad se llama astenósfera. Se localiza en la parte mas alta del manto y el rasgo característico es su debilidad. La isostasia implica que para que un área terrestre sufra denudación debe haber una lenta elevación de la superficie a medida que es aligerada con un influjo de material más denso abajo del área.
i) ii)
Fig.2.3 i) Sección diagramática que atraviesa parte de un continente. Densidad en (103 kg/m3), ii)Equilibrio isostático ; columnas ideales de corteza de diferentes longitudes que están sumergidas en un material subcortical mas pesado, el cual es desplazado a una mayor profundidad por las columnas mas altas que se corresponden con las “raíces” de las montañas.
2.1.5 Métodos de investigación5
Se puede encontrar informaciones del interior de la tierra a través de los siguientes métodos de investigación los cuales son:
a) Perforaciones: Investigación por medio de la perforación, cuya ventaja es la posibilidad de tomar muestras a distintas profundidades. La perforación más
5 W.Griem & S.Griem-Klee : “ Apuntes de Geología General”
profunda del mundo lo realizó la ex-Unión Soviética hasta una profundidad de 12km.
b) Métodos geofísicos: se los realiza a través de:
Sismología: Por medio de ondas sísmicas se puede detectar discontinuidades, cambios petrográficos, diferenciar entre rocas sólidas y rocas fundidas. Este método es el más importante en la investigación de la geología del interior de la tierra.
Gravimetría: Detecta anomalías de la gravedad, los cuales permiten calcular la densidad y el espesor de la corteza terrestre.
c) Volcanología: Algunos volcanes tienen su cámara de magma en altas profundidades (manto superior), cuyo análisis de las rocas volcánicas da información.
2.1.6 Corteza 6
Corteza terrestre, capa superficial de la geósfera, que está en contacto con la atmósfera, y que limita con el manto mediante la discontinuidad de Mohorovicic. Presenta una estructura muy compleja derivada de los procesos dinámicos a los que se ve sometida. Además, su composición geoquímica es muy diversa. Junto con la zona superficial del manto forma la litosfera.
La corteza terrestre tiene un espesor variable (ver fig.2.4): puede medir 5 km bajo los océanos y hasta 70 km en las cordilleras. Se divide en dos grandes unidades: la corteza continental, granítica, y la corteza oceánica, basáltica.
Fig.2.4 La corteza terrestre
Fuente (W.Griem & S.Griem-Klee: “Apuntes de Geología General”)
6 Dorling Kindersley : “ The visual dictionary of the human body ”
2.1.6.1 Composición de la corteza terrestre
Es esencial entender que la costra a través de los continentes es muy diferente en composición y espesor a la costra a través del fondo de los océanos. Aproximadamente 1/3 del globo esta cubierto por costra continental y 2/3 por costra oceánica. Es fácil establecer como difieren estos tipos de costra. Un simple razonamiento nos conducirá a concluir que si los silicatos minerales formadores de rocas podrían libremente acomodarse bajo la fuerza de atracción de la gravedad terrestre encontraríamos rocas félsicas en las capas más superficiales, seguidas a profundidad por rocas máficas y rocas ultramáficas en el fondo. En realidad este arreglo general es aceptado como el modelo más razonable para la costra y manto de la tierra.
Los cuerpos celestes, así como la tierra están formadas por elementos, que hallan constituidos por átomos y forman las moléculas, que su vez constituyen los minerales y las rocas.
Muchos análisis químicos han demostrado que las rocas que constituyen la corteza terrestre, están formados por (ver fig. 2.5):
En un 98.5 % por 8 elementos: O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg.
Y el 1.5% de elementos restantes: Ti, H2, P, Mn, F, S, Sr, Ba, C, CL, Cr, Zr, Rb, V, Ni.
Fig.2.5 Composición de la corteza terrestre – fuente (elaboración propia)
2.1.6.2 Tipos de Corteza:7
La corteza presenta la siguiente composición química: SiO2, Al2O3, Fe2O3, FeO, MgO, CaO, Na2O K2O, y se divide en:
7 F. G. H. Blyth and M. H. freitas : “ Geología para ingenieros ”
Corteza Continental.- Incluye los continentes y los sectores del mar de baja profundidad, y tiene una composición química diferente al de la corteza oceánica. La corteza continental se encuentra en las zonas emergidas del planeta pero también bajo los océanos, cerca de las costas. Está formada por rocas plutónicas, volcánicas, sedimentarias y metamórficas. Es más gruesa y menos densa que la oceánica. En ella se encuentran las rocas más antiguas. Éstas son parte de los cratones o núcleos continentales, constituidos por granitos y gneises; son zonas consolidadas desde hace más de dos mil millones de años. Las áreas más complejas de la corteza continental son los orógenos o cordilleras. Pueden presentar una capa superficial, la cobertura, constituida por rocas sedimentarias, aunque éstas han podido ser erosionadas; en este caso, aparece el zócalo formado por rocas metamórficas y plutónicas. Los orógenos se forman como consecuencia de la convergencia de placas litosféricas en una zona de subducción o al colisionar dos masas continentales.
Corteza Oceánica.- Se encuentra en los sectores oceánicos de alta profundidad, y una mayor cantidad en aluminio, hierro, magnesio, calcio y potasio.
La corteza oceánica es delgada y está formada por rocas volcánicas básicas, los basaltos, que se forman en las dorsales oceánicas. Éstas también se denominan bordes constructivos porque su actividad volcánica permite la formación de corteza nueva. La capa superficial de la corteza oceánica es sedimentaria y su espesor medio es de 300 m, pero cerca de las dorsales no aparece porque no se ha podido formar aún sobre los basaltos recién consolidados.
En la tabla 2.3 podemos observar las diferentes características entre la corteza continental y la corteza oceánica.
Tabla 2.3 Características de la corteza terrestre
Características Corteza continental Corteza oceánica
Peso especifico menor (más liviano) mayor (más pesado)
Espesor grueso (30-70km) Delgado (6-8km)
Altura entre -200m hasta 8849m Fondo del mar
Edad tal vez antigua Más joven (jurasico)
Rocas rico de Si pobre de Si
Fuente (Julio Torrez Navarro: “Apuntes en clases”)
2.2 MINERALOGÍA8
“Mineralogía es una ciencia que tiene por objeto el estudio físico, químico y cristalográfico de las sustancias de origen inorgánico de origen natural”. La mineralogía, es una parte de las ciencias geológicas que estudia la identificación y la génesis de los minerales su practica data desde hace unos 5.000 años.
8 Frederic H. Lahee : “ Geología practica”