1. la geología y sus métodos EAT

TEMA 1. LA GEOLOGIA Y SUS MÉTODOS DE ESTUDIO

E. Alcácer

1. Las Ciencias Geológicas

Geología: estudio de la Tierra su composición, su estructura, su dinámica, y finalmente su historia.

• Steno (siglo XVII): cristalografía y estratigrafía (princi-pio de superposición y sucesión de estratos.• James Hutton (siglo XVIII): plutonismo (contrario al neptunismo propuesto por A. Werner) y uniformismo.

• Cuvier (siglo XVIII): catastrofismo (formación decontinentes.

• Charles Lyell (siglo XIX): Actualismo (el presente es la clave del pasado, procesos graduales, lentos y continuos).

• Alfred Wegener (1915): Deriva continental

• Tuzo Wilson (1915): Tectónica de Placas

1. Las Ciencias Geológicas

• Siglo XX: Especialización y subdivisión, con múltiples campos de estudio.

• Interdisciplinariedad: relación con otras ciencias:

• Geología: Geología aplicada, Geotecnia, Geología ambiental, planetaria, Geología Histórica

• Química: mineralogía y petrología, geoquímica

• Geografía: Geodinámica externa (estratigrafía, geomorfología…)

• Física: geofísica, geodinámica interna y prospección mineral

• Biología: Paleontología

2. Investigación en Geología

• Las técnicas de observación pueden ser directas o indirectas:

• Las directas son la observación de materiales volcánicos, los sondeos, el estudio de rocas profundas, etc.• Las indirectas son estudios sísmicos, magnéticos, térmicos, eléctricos, gravimétricos, etc. (y meteoritos)

MÉTODOS DIRECTOS TRABAJO DE CAMPO TÉCNICAS DE LABORATORIO

o MÉTODOS FÍSICOS MICROSCOPIO PETROGRÁFICO MICROSCOPIO ELECTRÓNICO DIFRACCIÓN DE RAYOS X MODELOS A ESCALA Y ENSAYOS

o MÉTODOS QUÍMICOS: ANÁLISIS QUÍMICOS ESPECTROSCOPÍAS

2. Investigación en Geología

•Es muy importante hacer observaciones sobre el terreno:

• Brújula y clinómetro• Cuaderno de campo• Martillo y lupa de geólogo• Mapas topográficos y geológicos• Fotografías

2. Investigación en Geología: TRABAJO DE CAMPO

• Tecnicas de laboratorio. Las muestras se analizan por métodos físicos y/o químicos:

2. Investigación en Geología: TÉCNICAS DE LABORATORIO

• Métodos Físicos:•Microscopio petrográfico• Microscopio electrónico• Difracción de rayos X• Modelos a escala y ensayos

• Métodos Químicos:•Análisis químicos

• Volumétricos• Gravimétricos

• Espectroscopías:• espectrometría de fluorescencia de rayos X• espectrofotometría de absorción atómica

• Tecnicas de laboratorio. Las muestras se analizan por métodos físicos y/o químicos:

2. Investigación en Geología: TÉCNICAS DE LABORATORIO

• Métodos Físicos:•Para determinar propiedades de los

materiales (dureza, conductividad, granulometría, etc.)

•Para determinar la composición mineralógica de las rocas y la estructura cristalina de los minerales.

2. Investigación en Geología: MÉTODOS FÍSICOS

• Métodos Físicos:• Microscopio petrográfico o de polarización

2. Investigación en Geología: MÉTODOS FÍSICOS

Microscopio petrográfico o de polarizaciónUTILIDADIdentifica minerales por sus propiedades ópticas (color, brillo, etc.) que están relacionadas con el comportamiento de la luz cuando incide sobre un mineral. VENTAJASIdentifica con facilidad y rapidez los minerales más importantes que formen las rocas.Permite observar la textura (disposición de los minerales en las rocas: tamaño, orientación, cristalización, etc.), microestructuras, alteraciones minerales, deformaciones y microfósiles. Da mucha información sobre como se ha formado la roca.

CARACTERÍSTICAS Presenta 2 lentes que polarizan (filtran) la luz: nícoles. A causa de las lentes y de tener una platina giratoria:

- Se identifican los minerales por las características ópticas concretas.

- Como los minerales presentan diferente índice de refracción, la luz polarizada se desvía en su interior y muestran unos colores diferentes.

2. Investigación en Geología: MÉTODOS FÍSICOSMicroscopio petrográfico o de polarización

2. Investigación en Geología: MÉTODOS FÍSICOS

• Métodos Físicos:• Microscopio electrónico (de barrido)

2. Investigación en Geología: MÉTODOS FÍSICOS

Microscopio electrónico (de barrido)UTILIDAD:Para la identificación mineralógica o de microfósiles, estudio de los cristales, descripción de texturas, determinación de procesos diagenéticos, etc.

CARACTERÍSTICAS:Se hacen incidir electrones sobre una muestra, originándose una serie de radiaciones que se captan en un soporte dando una imagen topográfica, tridimensional y muy aumentada de la muestra (hasta 200 000 aumentos).

2. Investigación en Geología: MÉTODOS FÍSICOS

• Métodos Físicos:• Difracción de rayos X

2. Investigación en Geología: MÉTODOS FÍSICOS

• Métodos Físicos:• Difracción de rayos X: desviación de las ondas en un medio homogéneo cuando atraviesan una abertura

Los rajos X se producen cuando un flujo de electrones se mueve a gran velocidad y choca con los átomos de un elemento dado: los electrones de este elemento cambian de orbital y generan rayos X.Cuando los rayos X atraviesan una abertura muy estrecha se desdoblan en diversos haces. Lauegrama

MECANISMOSe basa en la difracción de los rajos X en interaccionar con la materia. En incidir rajos X sobre un cristal y recoger los haces difractados en una película fotográfica, se obtiene una figura geométrica (se ven los átomos o moléculas que forman el cristal): así nació la cristalografía de los rayos X, la mejor técnica para conocer la estructura cristalina de la materia mineral.

VENTAJAS Permite identificar cualquier mineral por comparación con patrones.

2. Investigación en Geología: MÉTODOS FÍSICOS

• Métodos Físicos:• Difracción de rayos X: desviación de las ondas en un medio homogéneo cuando atraviesan una abertura

2. Investigación en Geología: MÉTODOS FÍSICOS

• Métodos Físicos:• Modelos a escala y ensayos

• Tecnicas de laboratorio. Las muestras se analizan por métodos físicos y/o químicos:

2. Investigación en Geología: TÉCNICAS DE LABORATORIO

• Métodos Químicos:•Determinan la composición atómica o molecular de los minerales.•Permiten conocer la composición mineral de muestras alteradas donde no se puede utilizar el microscopio.•Sirven para conocer la riqueza de un mineral o de un elemento en un yacimiento.•Permiten buscar elementos traza (p.e. por contaminación del impacto de meteoritos)

Los métodos químicos son:• ANÁLISIS QUÍMICOS

– Análisis volumétricos: determinan el volumen de una disolución de concentración conocida necesario para reaccionar con toda la cantidad de compuesto que se quiere analizar.

– Análisis gravimétricos: se hace precipitar la sustancia buscada para que sea poco soluble y así analizarla (p.e. el S en BaSO4)

2. Investigación en Geología: TÉCNICAS DE LABORATORIO

Los métodos químicos son:• ESPECTROSCOPIAS

– Miden la cantidad y tipo de radiación que emiten o absorben moléculas o elementos químicos al ser irradiados con un determinado tipo de radiación.

– Pueden ser:– Espectrometría de fluorescencia de rayos X– Espectrofotometría de absorción atómica

2. Investigación en Geología: TÉCNICAS DE LABORATORIO

• ESPECTROMETRÍA DE FLUORESCENCIA DE RAYOS X:• Para conocer la composición de un

sólido.• Se mide la emisión de radiación de los

electrones previamente excitados con rayos X.

• ESPECTROFOTOMETRÍA DE ABSORCIÓN ATÓMICA:• Para identificar elementos de la

materia mineral.

2. Investigación en Geología: TÉCNICAS DE LABORATORIO

3. Mapa topográfico y geológico

Planos equidistantes entre sí que cortan la superficie.

Se obtienen superficies situadas a la misma altura.

Proyección de las superficies sobre un mismo plano.

MAPA TOPOGRÁFICO: Es una representación gráfica, plana y a escala de la superficie terrestre.

3. Mapa topográfico y geológico

ELEMENTOS DE UN MAPA TOPOGRÁFICO:ESCALA: relación entre las dimensiones del mapa y las reales. Se puede representar en el mapa de dos maneras: de forma gráfica: mediante un segmento graduado de forma numérica: p.e. 1:50 000PLANIMETRÍA: nos permite situar con exactitud cualquier punto del mapa. Se utilizan la latitud y la longitud o las UTM (Universal Transverse Mercator).ALTIMETRÍA: Representa el relieve mediante líneas cerradas que unen punto de igual altitud. Esta líneas se llaman curvas de nivel. La diferencia de altura entre ellas se llama equidistancia y la separación entre ellas nos indica la pendiente.CON LOS MAPAS TOPOGRÁFICOS PODEMOS ESTUDIAR:•Características del relieve y de las cuencas hidrográficas.•Características de los asentamientos humanos.•Forma y disposición de las curvas de nivel.•Tipos y trazados de las vías de comunicación.•Usos del suelo.

Equidistancia

Curvas maestras

Curvas de nivelCota

Escala

Orientación

3. Mapa topográfico y geológico

3. Mapa topográfico y geológico

3. Mapa topográfico y geológicoMAPA GEOLÓGICO: es una representación gráfica, plana y a escala de los datos geológicos de una región, dibujada sobre un mapa topográfico

3. Mapa topográfico y geológico

ELEMENTOS DE UN MAPA GEOLÓGICO:INFORMACIÓN LITOLÓGICA: se utilizan diferentes colores y tramas para representar las rocas de la zona.INFORMACIÓN CRONOESTRATIGRÁFICA: se utilizan colores diferentes para indicar la edad de las rocas de la superficie, que aparecerán en una leyenda junto con la columna estratigráfica.INFORMACIÓN ESTRUCTURAL: la presencia de pliegues y fallas, la dirección y el buzamiento de los diferentes estratos.INFORMACIÓN GEOMORFOLÓGICA: terrazas fluviales, dolinas, etc.YACIMIENTOS PALEONTOLÓGICOSRECURSOS MINEROS: canteras y minas.CORTES GEOLÓGICOS

CON LOS MAPAS TOPOGRÁFICOS PODEMOS:•Reconstruir la historia geológica

3. Mapa topográfico y geológico

• SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL (GPS) O PROYECTO GALILEO

• TELEDETECCIÓN– FOTOGRAFÍA AÉREA– IMÁGENES POR SATÉLITE

• SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA (SIG)

4. Nuevas tecnologías

• Es un dispositivo que permite obtener la posición, dirección y velocidad de un objeto en cualquier lugar del planeta.

• Se necesita un receptor que recibe las señales de radio emitidas por 3 o más satélites geoestacionarios de los 24 que hay actualmente en órbita.

• El sistema es propiedad de los EEUU: 24 satélites de localización, desarrollados por el Departamento de Defensa de los EEUU.

• El proyecto Galileo (Europeo) pretende poner en órbita 30 satélites (operativo entre 2010 y 2025)

4. Nuevas tecnologías: sistema de posicionamiento global (GPS)

• VENTAJAS:– Presenta muy buena exactitud, el error de posición oscila entre pocos mm y

30 m.– Permiten medidas dinámicas.– Cada punto de posicionamiento es independiente del anterior, así no se

acumulan errores.– Se puede utilizar independientemente del tiempo atmosférico.• UTILIDADES:– Obtención de datos cartográficos, de investigación o de predicción de

riesgos.– Navegación aérea, naval y orientación.– Permiten controlar fenómenos geológicos muy lentos: retroceso de

glaciares, deltas, líneas de costa, separación de continentes, movimientos de fallas, etc.

– En animales terrestres y marinos: conocer las rutas migratorias y hábitos de comportamiento.

4. Nuevas tecnologías: sistema de posicionamiento global (GPS)

• Permite obtener imágenes del planeta a través de diferentes sensores situados en aviones o satélites.

• Los sistemas de teledetección han de tener los siguientes elementos:– Sensores: transportados por satélites artificiales o aviones y reciben las

radiaciones de los objetos observados.– Radiaciones procedentes de los objetos gracias a la reflexión de la luz

• Teledetección pasiva: reflexión solar• Teledetección activa: luz emitida por el objeto o del sensor y

reflejada después.– Procesadores que producen una imagen digital.• Son:

– La fotografía aérea– Imágenes de satélite

5. Nuevas tecnologías: teledetección

5. Nuevas tecnologías: teledetección

TELEDETECCIÓN: fotografía aérea• Permite observar y describir afloramientos

geológicos y su localización exacta.• Permite diferenciar litologías, así como

estructuras tectónicas y geológicas.• Se utiliza para la elaboración de mapas

topográficos y geológicos• Consiste en la observación de pares de

fotografías aéreas con un estereoscopio.

5. Nuevas tecnologías: teledetección

TELEDETECCIÓN: imágenes de satélite• Los satélites proporcionan imágenes. Cada elemento de la imagen es un pixel y

corresponde a un valor proporcional a la radiación emitida o reflejada por el objeto.• Se distinguen dos grupos de satélites:– Satélites meteorológicos: para predecir el tiempo. La mayoría son

geoestacionarios (estacionados a 36 000 km en un punto fijo del Ecuador p.e. METEOSAT) o se desplazan por encima de los polos a una altura de 800-900 km (p.e. NOAA).

– Satélites medioambientales: se situan entre 400 y 1000 km de altitud y permiten conocer las características de la superficie terrestre.

• Aplicaciones:– En cartografías temáticas: deforestación, restauración de minas y canteras, usos

del suelo, etc.– Permite estudiar la distribución, extensión y evolución de glaciares, la

productividad de aguas, la evolución de las temperaturas en aguas y atmósfera, la concentración de 03 estratosférico, incendios, etc.

5. Nuevas tecnologías: teledetección

Satélite País Amplitud escena Resolución Frecuencia

revisita

Landsat EE.UU 185 Km 30 m 16 días Landsat

NOAA EE.UU. 2800 Km 1100 m 6 horas Noaa.

SPOT Francia 117 Km 10 m 26 Días Spot.

IRS India 148 Km 5 m 24 días

Ikonos Japón 12 Km 1 m 3 días

Quickbird EE.UU. 16 Km 0.6 m 1 a 4 días DigitalGlobe Quickbird .

ERS Europa 100 Km 25 m 4 a 35 días

Esa-Ers.Envisat

Envisat Europa 1250 Km 30 m 3 a 35 días

PRINCIPALES SATÉLITES CON APLICACIONES MEDIOAMBIENTALES

Satélit Envisat

Incendio en Peloponeso

(Grecia)

Satélite Envisat

Después del incendio en Peloponeso

(Grecia)

• Son sistemas informáticos que almacenan, interpretan, analizan y presentan datos geográficos.

• Un SIG esta formado por: - Ordenadores - Programas informáticos - Bases de datos diferentes de un territorio almacenadas

en formato digital. Ej. Latitud, longitud, vegetación, altura topográfica de cada punto, tipos de rocas, precipitaciones, cultivos, densidad de población, pendientes, riesgo sísmico, etc.

• Los datos se obtienen por teledetección y por métodos tradicionales (campo, laboratorio).

• Se pueden representar gráficamente, manipular y combinar los datos de maneras muy diferentes.

5. Nuevas tecnologías: sistemas de información geográfica (SIG)

UTILIDAD

Diseño de redes de transporte.Definición de zonas con riesgos naturales de diversos tipos.Estudios de impacto ambiental.Gestión de recursos hídricos y forestales.Planificación del territorio (rural, paisaje, agrícola).En ecología: estudio de la interacción de factores biológicos y físicos. Es decir, estudiar como influyen de forma separada la vegetación, agua, superficie del terreno, tipos de suelo y erosión sobre los ecosistemas. Ej. Un SIG puede combinar datos de las pendientes topográficas con los de la cobertura vegetal de un territorio y obtener un mapa de riesgo de erosión del terrenoEjemplos: Google Maps, Google Earth..

5. Nuevas tecnologías: sistemas de información geográfica (SIG)