REPLICA FORMACION DE CORTEZA DEL TIEMPO GEOLOGICO Departamento de ingeniería, universidad de américa- Bogotá
Diego Fernando Carreño Gaitán, Alejandra Higuera Munevar, Laura Melissa Jiménez Hilarión, Mariana Carolina Valderrama Triana
RESUMEN
Según la teoría de la tectónica de las placas, la corteza de la tierra está formada por al menos una docena de placas rígidas que se mueven y generan fuerzas en distintas direcciones unas con las otras. Uno de los principales problemas en la comprensión de la deformación de la corteza radica en la simulación de estas fuerzas las cuales causan la evolución geológica. El sandbox es un modelo que nos permite simular los procesos geológicos en los cuales la fricción es la pieza clave para el entendimiento del deslizamiento de las estructuras y su posterior formación. En este experimento se pretende replicar las condiciones geológicas reales con el fin de investigar el desarrollo estructural, es decir las fuerzas que causan el consumo continuo y creación de placas tectónicas por medio de la comparación de los estados iniciales de la muestra (arena), con los estados consecutivos, en los cuales ya se haya efectuado una deformación. Este estudio resulta clave para comprender la formación estructural a partir de la formación de las rocas y nos permite hacer predicciones de los resultados a obtener y establecer comparaciones entre los patrones obtenidos experimentalmente y los conocidos de las grandes cadenas montañosas.
ABSTRACT
Acording to the plate tectonic theory, the crust of the Earth is formed at leas a doten of rigid plates in constant motion and produce forces in different directions with respect to one another. One of the principal problema to understand the crut´s deformation is the simulation of this forces wich are the main cause or a geology evolution.
The sandbox is a model that allow to simulate the geology process at wich the frictin are the key to understand the structurak shift and theur post formation.
At this experiment we pretend to reply the geology real conditions to investigate the structural development it means the forces that caused the continue cnsuption and creation of plate tectonis by a comparation betweeen the inicial sand´s state and the consecutive states in wich had been effected a deformation.
This study is key to understand the structural formation as of the rok´s deformation, and permit us to make prediction about the result and establish some comparation between the patrón get from the experimental formation and the patrón of mountain chains around the world.
INTRODUCCION
A lo largo de los tiempos científicos desarrollaban sus teorías bajo la perspectiva de una tierra inmóvil y estática. En la antigüedad Ptolomeo postula que “la Tierra se encuentra fija en el centro del universo con las esferas cristalinas dentro de las esferas que giran a su alrededor” (Ptolomeo, siglo 2 dC.) , desarrollando la teoría geocéntrica, en la que la tierra, esférica y estacionaria, se encuentra situada en el
centro del universo y el sol, la luna y los planetas giran en torno a ella. Tiempo después Nicolás Copérnico revoluciona con la teoría heliocéntrica la cual guía la ciencia actual publicada en 1543 del libro de Revolutionibus Orbium Coelestium , sostiene que la tierra y los demás planetas giran alrededor del sol.
Ante la aceptación de la teoría heliocéntrica la ciencia acepta a la tierra como un planeta dinámico y abre campo a la teoría de tectónica de placas, La tectónica estudia las deformaciones producidas por las fuerzas internas (debido a celdas convectivas que se crean por diferencia de temperaturas en las capas) que actúan en la tierra (bioygeo). Las fuerzas tectónicas deforman las rocas de la corteza. Entre las evidencias que demuestran la actuación de fuerzas enormes dentro de la tierra se cuentan los miles de kilómetros de estratos que están doblados, plegados, volcados y a veces muy fracturados (Edward J. Tarbuck, 2005). La comprensión de las estructuras tectónica no es sólo importante para descifrar la historia de la Tierra. Sino que es también básica para nuestro bienestar económico. Por ejemplo, la mayor parte de los yacimientos donde aparecen petróleo y gas natural está asociada con estructuras geológicas que atrapan esos fluidos tan valiosos.
Para el estudio de estas fallas geológicas desarrollaremos un modelo denominado “sandbox”, que consiste en una caja de arena que tiene un pared trasera y dos laterales fijas y una frontal móvil, esta pared móvil podra contraerse o extenderse, con el fin de que las capas de arenas muestren diferentes comportamientos, semejantes a las deformaciones de la corteza terrestre.
Del experimento se espera comprender a profundidad los complejos procesos de la corteza, ampliar la visión frente a las tareas de muchos científicos que estudian estos principios y además abrir camino al enfoque geológico de ingeniería de petróleos.
ASPECTOS TEORICOS
Para poder comprender mejor los procesos geológicos que afectan a la corteza continental, los cuales ocurren a lo largo de millones de años y que construyen el origen y evolución del paisaje, se recurre a la modelización analógica. Un modelo analógico o análogo se usa para reproducir una situación u objeto real a escala de laboratorio. Un proceso de formación y origen de las montañas, por ejemplo, puede llevar millones de años y afectar a continentes enteros, sin embargo puede ser reproducido en un laboratorio usando una caja de menos
de un metro de largo que se puede poner en una mesa. Para realizar experimentos con modelos análogos, se suele recurrir a materiales que presenten unas propiedades similares a una situación real. Esto deja mucho espacio para ser creativo y experimentar con todo tipo de cosas hasta encontrar algo que reúna las condiciones deseadas (Dalton., 2012)
Para llevar a cabo el proyecto expuesto en el presente artículo se utilizará un modelo análogo de experimentación física denominado sandbox (caja de arena) con el cual se facilita no solo el estudio de procesos estructurales de la tierra, sino también la reproducción a escala de laboratorio la evolución, formación y geometría de estructuras geológicas (Dalton., 2012), (Donald H. Sherlock., 2001)
Figura 1.Modelo sandbox. (Mario Del Castello, 2008)
Como se puede observar en la Figura 1 el sandbox básicamente consiste en cuatro paredes, tres de ellas fijas, y una que puede moverse hacia delante o hacia atrás gracias a un sistema de rosca, permitiendo dos tipos de movimiento de acortamiento y extensión las paredes paralelas de mayor longitud poseen un material transparente y flexible el cual permite observar la deformación de sucesivas capas del material que lo compone (Dalton., 2012)
Generalmente se acostumbra a utilizar arena puesto que tiene la capacidad de comportarse como un material frágil que al humedecerse puede gran cohesión a nivel particular (Dalton., 2012)
Como ya se ha expuesto en el presente documento a través del sandbox se pueden abordar conceptos teóricos que afectan la corteza continental y ocurren en tiempos geológicos. Entre los cuales abarcan la teoría de las placas tectónicas, las fallas, corteza terrestre, erosión, la litosfera etc (Mary Ellsworth., 2003)
La corteza terrestre
Desde sus orígenes, nuestro planeta está compuesto de diversas capas que se formaron mientras los materiales pesados caían hacia el centro y los más ligeros salían a la superficie. Entre algunas de las capas se producen cambios químicos o estructurales que provocan discontinuidades. Los elementos menos pesados, como silicio, aluminio, calcio, potasio, sodio y oxígeno, componen la corteza exterior. Las placas que forman la corteza terrestre se encuentran flotando sobre materiales pastosos sometidos a fuertes presiones. Se desplazan lentamente las unas con respecto a las otras. En el pasado estuvieron unidas, después se separaron formando los actuales continentes. Debido a estos movimientos y a la presión sobre los materiales internos, se producen diversos fenómenos: plegamientos del terreno, fallas, grietas, volcanes y terremotos. Vivimos sobre una superficie que, lejos de permanecer estable, va cambiando a lo largo del tiempo (La Corteza Terrestre. (s.f.). ) Con el nombre de corteza se designa la zona de la Tierra sólida situada en posición más superficial, en contacto directo con la atmósfera, la hidrosfera y la biosfera. La corteza terrestre presenta dos variedades: corteza oceánica y corteza continental (La Corteza Terrestre. (s.f.). )
- Corteza continental: Con un espesor medio de 35 km, la corteza continental incrementa notablemente este valor por debajo de grandes formaciones montañosas, pudiendo alcanzar hasta 60-70 km. Aparece dividida en dos zonas principales:
superior e inferior, diferenciadas por la superficie de discontinuidad de Conrad (La Corteza Terrestre. (s.f.). ) Teoría de las placas tectónicas
En 1885 y basándose en la distribución de floras fósiles y de sedimentos de origen glacial, el geólogo suizo Suess propuso la existencia de un supercontinente que incluía India, África y Madagascar, posteriormente añadiendo a Australia y a Sudamérica. A este supercontinente le denominó Gondwana. En estos tiempos, considerando las dificultades que tendrían las plantas para poblar continentes separados por miles de kilómetros de mar abierto, los geólogos creían que los continentes habrían estado unidos por puentes terrestres hoy sumergidos. El astrónomo y meteorólogo alemán Alfred Wegener (1880-1930) fue quien propuso que los continentes en el pasado geológico estuvieron unidos en un supercontinente de nombre Pangea, que posteriormente se habría disgregado por deriva continental. Su libro “Entstehung der Kontinente und Ozeane” (La Formación de los Continentes y Océanos; 1915) tuvo poco reconocimiento y fue criticado por falta de evidencia a favor de la deriva, por la ausencia de un mecanismo que la causara, y porque se pensaba que tal deriva era físicamente imposible. (Teoría de las placas tectónicas.)
Figura 2. Distribución de las placas tectónicas en la superficie terrestre.
(geologia.unam.mx)
Fallas
Son grietas en la corteza terrestre que generalmente se asocian o forman los límites entre las placas tectónicas de la tierra. Cuando una falla se encuentra activa las piezas de la corteza de la Tierra se mueven a lo largo de la falla con el transcurrir del tiempo, los cual puede causar terremotos. Una falla inactiva es aquella que en algún determinado momento tuvo movimiento a lo largo estas pero ya no se desplazan. El movimiento en la falla depende de la misma. (ventanas al universo)
- Fallas normales: Las fallas normales se producen en áreas en donde las rocas se separan de manera que la corteza rocosa en un área específica puede ocupar más espacio. Las rocas de un lado se hunden con respecto a las del otro lado de la falla. (ventanas al universo)
Figura 3: Ilustración de una falla normal (windows2universe.org)
- Fallas inversas: Ocurren en áreas donde las rocas se comprimen unas con otras de manera que la corteza rocosa ocupe menos espacio. En un lado la roca asciende con respecto a la roca del otro lado (ventanas al universo)
Figura 4: Ilustración de una falla inversa (windows2universe.org)
- Fallas de transformación: En estas fallas el movimiento a lo largo de la grieta de la falla es horizontal, el bloque de roca a un lado de la falla se mueve en una dirección mientras que el bloque de la roca en el lado opuesto se mueve en dirección contraria (ventanas al universo)
Figura 5: Ilustración de una falla de transformación
(windows2universe.org)
ASPECTOS EXPERIMENTALES
Para el montaje del sandbox se utilizarán placas de madera Mdf con grosor de 2 cm que seran cortadas segun se ilustra en las figuras 6 , 7 , 8 y 9.
Figura 6: dimensiones pieza 1 y 2
Figura 7: dimensiones pieza 3
Figura 8: dimensiones pieza 5
Figura 9: dimensiones piezas 6 y 7
, Las láminas de vidrio tendrán 0.5 cm de grosor y se ubicaran en las partes laterales de la caja, hoja de aluminio, arena de distintos colores, manivela y demás materiales de ensamblaje.
Todas estas piezas se ensamblaran según el modelo de la imagen 10 con el fin de lograr las deformaciones esperadas.
Posteriormente ubicaremos la arena sobre la hoja de aluminio, siguiendo un patrón de colores para facilitar la observación de los resultados al realizar el experimento
ANALISIS Y REULTADOS
A partir del montaje descrito anteriormente y la información teórica recopilada, se espera obtener un modelo que satisfaga los cuestionamientos iniciales acerca de la formación y deformación de la corteza
terrestre, el cual solo se puede apreciar en tiempo geológico, y asimismo poder dar una hipótesis a partir de la observación.
En la siguiente imagen mostramos un experimento de comprensión ya realizado para tipificar los resultados que esperamos obtener
Foto de un experimento ya hecho
Como en la imagen anterior esperamos que sea posible la observación de las fallas,