Geosfera I: procesos internos y recursos de la Geosfera

Presentación del tema: "Geosfera I: procesos internos y recursos de la Geosfera"— Transcripción de la presentación:

1 Geosfera I: procesos internos y recursos de la Geosfera
Geosfera I: procesos internos y recursos de la Geosfera. autor: profesor Jesús Melero En este bloque 2 de contenidos se estudian los apartados del “subsistema GEOSFERA” del programa de “Selectividad” (*). Los recursos minerales y energéticos de la Geosfera y los impactos de su extracción y uso se estudiarán juntos sin diferenciar si se han originado por procesos geológicos internos o externos. Los apartados 4 y 5 (procesos geológicos externos: el suelo, sistemas fluvial, de laderas y litoral; dinámica, riesgos asociados e impactos) constituirán el contenido del bloque 6:Geosfera II. Se incluirán, para repasar, conceptos básicos de geología: sobre procesos geológicos en general e internos en particular; y sobre la estructura y dinámica de las placas litosféricas, que, aunque se supone que se conocen de 4º ESO y 1º bach., es necesario comprender bien para abordar el tema de los riesgos geológicos y la explotación de los recursos y sus impactos, así como para la correcta resolución de las cuestiones cortas y de aplicación propuestas en exámenes de Selectividad referidas a riesgos, recursos e impactos de la Geosfera. (*) Las palabras o frases en negrita, cursiva y subrayado hacen alusión a la redacción “literal” de los epígrafes del programa de Selectividad (curso 2006/07). En cursiva y subrayado, a los conceptos básicos recomendados en ese mismo programa.

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En la Geosfera se suceden procesos geológicos que originan la formación de materiales (sedimentos, magma, y rocas ígneas, sedimentarias y metamórficas). Algunos de estos procesos ocurren en el interior de la Tierra (corteza y manto, básicamente) y dependen de las variaciones de presión y temperatura: se llaman procesos internos. Otros ocurren en la superficie terrestre por interacción de las rocas con los subsistemas externos a la geosfera: la atmósfera, la hidrosfera y la biosfera. Se llaman procesos externos. Aunque dichos procesos se estudiarán en el último bloque de la asignatura, ambos tipos de procesos se encadenan, suceden y solapan en el tiempo y en el espacio en el denominado ciclo geológico, esquema conceptual útil para adquirir una visión de conjunto de la Geología y de la dinámica de la geosfera:

3 Estructura y composición de la geosfera.
jmelero presentaciones CTM II Estructura y composición de la geosfera. 2.1. PROCESOS GEOLÓGICOS INTERNOS La geosfera es la parte de nuestro planeta formada por minerales y rocas, normalmente en estado sólido. Se formó por acreción (crecimiento por agregación de materia) de meteoritos, asteroides, cometas,… en sucesivos impactos, a lo largo de varios centenares de millones de años durante la etapa de condensación de la nebulosa que originó, además de nuestro planeta, el resto de los cuerpos del sistema solar. Se individualizó, condensó y adquirió su propia órbita planetaria hace alrededor de millones de años.

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La fase no volátil (densa y con tendencia al estado sólido) estaba formada por silicatos y metales, que, tras una fusión generalizada por elevación de la temperatura, se pudieron separar por densidades: los metales (Fe, Ni…) formando el núcleo, y los silicatos, formando el manto (silicatos de Fe y Mg) y la corteza (silicatos de Al, Ca, Na, K) La fase volátil, formada por agua, gases y elementos ligeros (CO2, metano, amoniaco, hidrógeno, etc.), en parte procedentes de algunos componentes de cometas y meteoritos, de la actividad volcánica y del enfriamiento de la geosfera, fue dando lugar con el tiempo a la atmósfera, a la hidrosfera y a la biosfera.

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Su aplicación al conocimiento del interior de la Tierra: tipos de ondas sísmicas y su propagación por el interior de la Tierra. Importancia de la densidad de las rocas para explicar la estructura del planeta. Este apartado se debe repasar en el texto de 1º de bach. Y especialmente, los conceptos básicos: onda sísmica, ondas primarias (longitudinales o compresivas), ondas secundarias (transversales o de cizalla) y ondas superficiales. El estudio del interior de la geosfera se comenzó a finales del S. XIX y principios del XX mediante La sismología, la ciencia que estudia el origen, los mecanismos de propagación y los efectos de las ondas sísmicas (movimientos vibratorios que transmiten la energía mecánica radialmente desde el hipocentro o foco donde se desencadena un terremoto en el interior de la corteza profunda o manto superior.

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Los científicos han concebido dos modelos distintos para tratar de explicar la estructura, composición y dinámica del interior de la geosfera: Modelo geoquímico: Divide a la geosfera en 3 capas concéntricas o unidades: corteza, manto y núcleo. Las diferencias de composición y/o estructura (densidad, rigidez) en cada una de estas capas varía al llegar a determinadas profundidades, ocasionando discontinuidades sísmicas que se detectan por cambios bruscos en las velocidades de propagación de estas ondas. Se deben tener claros los conceptos básicos: corteza terrestre (corteza continental y corteza oceánica), manto (superior e inferior), núcleo (externo e interno)

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Modelo dinámico: Una nueva concepción de la estructura y dinámica de la geosfera, planteada inicialmente en la Teoría de la Deriva continental de A. Wegener y después en las Teorías de la extensión de los fondos oceánicos y de la Tectónica de placas de la litosfera (ya en el último tercio del siglo XX), han interpretado el interior terrestre formado por unidades concéntricas que tienen distinto comportamiento mecánico, según sus propiedades físicas fundamentalmente, e indistintamente de su composición química o mineralógica. Estas unidades, desde la superficie hacia el interior, son: Litosfera, astenosfera, mesosfera y endosfera

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- La litosfera es la unidad superior de la geosfera que tiene un comportamiento de sólido rígido. Constituida por la corteza (continental u oceánica) más una porción de manto subyacente, “manto litosférico” que puede llegar a una profundidad variable desde 50km, debajo de las zonas más calientes del manto (dorsales, puntos calientes y zonas de subducción), hasta 150 km, debajo de las zonas más frías bajo los cratones o zonas más antiguas y rígidas de las cortezas continentales. - La astenosfera se considera una unidad de dudosa interpretación, incluida dentro del manto superior, que puede llegar hasta los 250 km de profundidad de media. En ella, los materiales (peridotitas, silicatos de Fe y Mg) pueden estar parcialmente fundidos (entre un 3 y un 30 %) debido al aumento del gradiente geotérmico, a la presencia de algunos elementos radiactivos y a que las presiones reinantes aún no son excesivamente elevadas: en los lugares de “descompresión” de la litosfera (rift y dorsales), se acelera el proceso y porcentaje de fusión generándose cámaras magmáticas y actividad volcánica subaérea o submarina. Conceptos básicos que se deben tener muy claros: litosfera, astenosfera, y también, aunque menos importantes: mesosfera, endosfera,.

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2. Procesos geodinámicos internos. Energía interna de la Tierra: origen y mecanismos de transmisión (flujo térmico y corrientes de convección mantélicas). Deformación de los materiales terrestres: pliegues y fallas. Tectónica de Placas. Isostasia La Tierra posee energía propia que conserva, en gran medida, desde sus orígenes. Se manifiesta de distintas maneras: campo magnético (debido a la diferencia de velocidad de rotación de sus núcleos metálicos: interno, sólido y externo, fluido), campo gravitatorio (debido a su masa), energía mecánica, debida a sus movimientos internos y a su propagación por vibración (terremotos), energía química, debida a la posibilidad de establecer reacciones químicas entre sus distintos componentes, y energía térmica, debida al calor que conserva en su interior.

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En las capas más superficiales de la Tierra, la variación de la Tª con la profundidad (gradiente geotérmico) es de unos 3 ºC/100 m. Sin embargo, este gradiente disminuye en el manto y en el núcleo, donde las temperaturas oscilan entre los y ºC solo. El calor en el interior de la Tierra se puede transmitir mediante: radiación, conducción o convección. Mapa del “flujo térmico” en la superficie terrestre Nuestro planeta está perdiendo calor continuamente, a razón de 1, 5 unidades de flujo térmico (HFU) de media. (1 HFU = 10-6 cal/cm2 ). Sin embargo, hay zonas de la superficie terrestre que irradian más calor (rift, dorsales, zonas de subducción, erógenos y puntos calientes) y otras más frías, que coinciden con los núcleos más antiguos y rígidos (cratones) de los continentes.

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El calor almacenado en el núcleo metálico (conductor) intenta “escapar” hacia el exterior a través del manto silicatado (refractario, no conductor) y en gran medida lo hace mediante unas estructuras ascendentes de disipación de calor por radiación y flujo: las “plumas del manto”. Su “salida al “exteriror” produce los “puntos calientes”. En el núcleo externo y en la astenosfera (y de alguna manera en todo el manto) se producen corrientes convectivas, movimientos de flujo debidos a diferen- cias de temperatura y densidad). Estos lentos movimientos en el interior de la astenosfera justifican la extensión de los fondos oceánicos, los movimientos divergentes o de separación de placas y la “deriva de los continentes”. La litosfera terrestre está compartimentada en unidades a modo de piezas de un puzle esférico que reciben el nombre de placas litosféricas. Pueden ser oceánicas, continentales o mixtas, según el tipo de corteza que contengan. Las principales se representan en el mapa:

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Tipos de límites entre placas. Movimientos relativos y actividad característica de cada tipo de límite. - Límites divergentes cuando se establecen fuerzas que actúan en sentidos opuestos (en los rifts y en las dorsales oceánicas), también se llaman constructivos por generar nueva corteza y litosfera oceánica. - Límites convergentes (destructivos) cuando se producen movimientos de aproximación entres dos placas. Pueden originar subducción (introducción de una placa bajo otra). Si subduce una placa oceánica bajo otra oceánica se generan arcos de islas volcánicas (Japón, Filipinas, Caribe…). Si subduce una placa oceánica bajo otra continental, se gene-ran cordilleras de tipo andino en los márgenes continentales. Si colisionan dos placas continentales, se producen orógenos alpinos o de colisión.

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- Límites neutros, se establecen a lo largo de fallas transformantes en las que existen un desplazamiento lateral entre las dos placas (ej: falla de San Andrés o transformante Azores-Gibraltar). T. Wilson estableció que la dinámica litosférica podía considerarse como un ciclo de procesos que se iniciaba con la fracturación de un continente en un rift, continuaba con la formación de océanos, subducción y colisiones hasta concentrar de nuevo las cortezas continentales en supercontinentes. Conceptos básicos: placa litosférica, expansión (extensión) oceánica, dorsales oceánicas, falla transformante, zona de subducción, gradiente geotérmico, puntos calientes, ciclo de Wilson, orógenos o cordilleras de plegamiento.

14 3. Riesgos relacionados con la geodinámica interna
jmelero presentaciones CTM II 3. Riesgos relacionados con la geodinámica interna 3.1. Vulcanismo. Productos volcánicos. Factores que determinan el tipo de vulcanismo. Distribución de las áreas volcánicas y su relación con la Tectónica Global. Vulcanismo reciente en las Islas Canarias y en áreas volcánicas en la Península Ibérica. Áreas de riesgo volcánico en España. Planificación de los riesgos volcánicos. 2.2. RIESGOS DE LOS PROCESOS GEOLÓGICOS INTERNOS Conceptos básicos: volcán, partes de un volcán (cráter, chimenea, cono volcánico y cámara magmática), erupciones volcánicas, tipos de erupciones (erupciones explosivas y no explosivas), bombas volcánicas, lapilli, cenizas volcánicas, coladas volcánicas.

15 VOLCANISMO Y RIESGO VOLCÁNICO (1)
jmelero presentaciones CTM II VOLCANISMO Y RIESGO VOLCÁNICO (1) ACTIVIDAD VOLCÁNICA Productos volcánicos -Gases: 70 % H2O, 15 % CO2, 5% N, 5% S… -Lavas: Ácidas (felsicas) “aa” – en bloque Básicas (máficas) “pahoehoe” – cordadas -Piroclastos: (bombas, lapillo y cenizas) Edificios volcánicos -Conos de cenizas Lavas ácidas (solo piroclastos) -Estratovolcanes Capas alternantes de coladas y piroclastos -Conos en escudo Lavas básicas (solo coladas de lava) Actividad atenuada Fumarolas, fuentes termales…

16 FACTORES DE RIESGO VOLCÁNICO
jmelero presentaciones CTM II FACTORES DE RIESGO VOLCÁNICO - Peligrosidad: probabilidad de ocurrencia Magnitud del riesgo o Grado de peligrosidad: depende del tipo de erupción (de la temperatura del magma, proporción de gases y viscosidad de la lava, las ácidas son más viscosas). Se mide con el: Índice de explosividad (IEV): proporción % piroclastos/total extruido - Exposición o valor de lo que es susceptible de sufrir daños Riesgo social (nº de víctimas): suele ser bajo Riesgo económico (daños materiales): variables - Vulnerabilidad o fragilidad: proporción daños/superficie

17 ZONAS DE ACTIVIDAD Y RIESGO VOLCÁNICO
jmelero presentaciones CTM II ZONAS DE ACTIVIDAD Y RIESGO VOLCÁNICO Z. de intraplaca (puntos calientes en corteza oceánica o continental) . Son espacios generalmente reducidos con actividad atenuada o de erupciones frecuentes de composición basáltica (básica) o intermedia Z. de rift y dorsales. Erupciones frecuentes de tipo basáltico (la mayoría submarinas) Z. de subducción (cinturón circumpacífico y franja mediterráneo-asiática. Erupciones periódicas ácidas o intermedias con alto IEV y riesgo. Ocasiona la gran mayoría de los volcanes aéreos activos.

18 VOLCANISMO Y RIESGO VOLCÁNICO (2)
jmelero presentaciones CTM II CLASIFICACION DE VOLCANES POR INDICES DE EXPLOSIVIDAD VOLCANISMO Y RIESGO VOLCÁNICO (2) erupciones freato-magmáticas lahares (violentas coladas de barro) movimientos de laderas tsunamis cambios climáticos coladas de lava lluvias de piroclastos y cenizas emisiones de gases contaminación de acuíferos nubes ardientes RIESGOS ASOCIADOS RIESGOS DIRECTOS

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Algunas de las Erupciones Volcánicas que han causado más muertes en el mundo. Volcán País Año VEI Muertes Estimadas TAMBORA Indonesia 1815 6-7 92,000 KRAKATOA 188 6 36,417 MONT PELÉE Martinique 1902 unknow 29,025 NEVADO DEL RUIZ Colombia 1985 3 25,000 MOUNT UNZEN Japan 1792 unknown 14,300 LAKI Iceland 1783 9,350 GALUNGGUNG 1882 4 4,011 VESUBIO Italy 79 3,360 Nevado del Ruiz estrato-volcán ubicado en los Andes septentrionales de la Cordillera Central de Colombia. Con m. de altitud. Erupcionó en 1985 y los piroclásticos que fundieron su manto glaciar generaron varios flujos de lodo (LAHARES), que avanzaron cuesta abajo, entre 70 y 100 km. Viviendas campesinas fueron devastadas a su paso. La población de Armero fue la más afectada al quedar completamente arrasada y morir cerca de de sus habitantes; también perdieron la vida otros 3000 habitantes en otros lugares. Los flujos de lodo causaron, además, heridos y la destrucción de unas viviendas.

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Algunas de las Erupciones Volcánicas más grandes que han existido en el mundo El volcán Pinatubo (Filipinas), tras 500 años de inactividad entró en erupción en junio de Los principales daños fueron causados por flujos piroclásrticos, cenizas y deslizamientos de tierras provocados por lluvias. Miles de casas fueron destruidas. Se contaron solo unos muertos porque varios miles de personas pudieron ser evacuadas de las áreas circundantes. Las cenizas arrojadas permanecieron en la atmósfera más de un año formando una extensa y alargada nube que al reflejar la luz solar, produjo en leve enfriamiento (de algunas décimas) en la temperatura general del planeta. Volcan País Año Km3 extruidos TAMBORA Indonesia 1815 100 TAUPO New Zealand 186 ANIAKCHAK Alaska 3450 yr ago 50 CRATER LAKE USA 6850 ago 30-40 KIKAI-AKAHOYA Japan 6300 ago KUWAE Vanuatu 1452 32-39 SANTORINI Greece 3600 ago 30-33 PINATUBO Philippines 1991 10 KILAUEA Hawaii 1983-present 2 ST HELENS 1980 1

21 PLANIFICACIÓN DE RIESGOS VOLCÁNICOS
jmelero presentaciones CTM II Posibilidad de adopción de medidas para desviar corrientes de lava (explosiones, diques, fosas… Enfriamiento con agua de la superficie de coladas para variar su curso Túneles para evacuar cursos de agua y lagos para evitar lahares MEDIDAS CORREC- TORAS Construcción de tejados en cúpula o con fuertes pendientes Reforzamiento de sistemas de comunicaciones Estructu-rales Ordenación del territorio en base a mapas de riesgos Medidas preventivas de protección civil (información a la población y planes de evacuación) No PREVEN- TIVAS Método histórico: cálculo del periodo de retorno Redes de vigilancia de precursores volcánicos: - variación en cantidad y composición de gases emitidos - registro sísmico - tremor armónico (ruidos rítmicos) - aumento de temperatura del subsuelo - variaciones isotópicas del agua - alteración de valores magnéticos y gravimétricos - deformaciones del terreno (geodesia) Predicción temporal Mediante mapas de peligrosidad (zonas susceptibles de activ. volcánica. Es difícl predecir el tipo de erupción porque puede variar el magma espacial PREDICTIVAS PLANIFICACIÓN DE RIESGOS VOLCÁNICOS