GEO102 Geologa General
Semana 12: Aguas subterrneas. Procesos glaciares. Procesos
litorales
SISTEMAS DE AGUAS SUBTARRNEAS
Ciclo hidrolgico
Agua subterrneas Corresponden a las aguas que circulan
lentamente bajo la supercie terrestre a travs de los poros o
espacios en las rocas Son parte fundamental del ciclo hidrolgico
Velocidades: 1 m/da a 1 m/ao En muchas reas igualan o exceden la
escorrenLa supercial
Importancia del agua subterrnea El agua es el recurso vital 70%
de la Tierra cubierta de agua Slo 2.5% es agua dulce (90% en
glaciares y nieve) 0.26% del total de agua del planeta esta
disponible para el uso humano > 90% es agua subterrnea
Se distribuyen bajo reas hmedas, desiertos, regiones polares y
altas montaas
Agua subterrneas En varios aspectos son similares a los sistemas
uviales porque ambos presentan: Sistema de recarga: corresponde a
la zona donde el agua penetra la supercie Sistema de transporte:
controlado por la permeabilidad y porosidad de la roca (acufero)
Sistema de descarga: corresponde a la zona donde el agua vuelve a
la supercie o entra a un lago, ro u ocano
Aguas subterrneas La circulacin de las aguas subterrneas est
n\mamente relacionado con el drenaje supercial La can\dad y
movimiento de las masas de agua subterrneas est fuertemente
controlado por Gravedad Dos propiedades ^sicas de las rocas
(porosidad, permeabilidad)
Porosidad Corresponde al porcentaje del volumen de espacios con
respecto al volumen total de la roca o sedimento (suelo, arena y
grava) Cuatro \po principales de poros o espacios en rocas Espacios
entre parLculas l\cas o minerales Fracturas Cavidades formadas por
disolucin Vesculas (en rocas volcnicas)
Tipos de porosidad
Permeabilidad Capacidad de la roca de transmi\r uidos Depende
de: La viscosidad del uido La presin hidrost\ca El tamao de los
poros Grado de interconexin de poros
Rocas con alta permeabilidad Conglomerados areniscas Presentan
poros rela\vamente grandes e interconectados
Basaltos Por su gran can\dad de fracturas y vesculas cerca de la
supercie del ujo
Algunas calizas Por la disolucin de carbonatos
Rocas con baja permeabilidad Lu\ta Granito (no fracturado)
Cuarcita Rocas metamrcas densas y cristalinas
Porosidad vs Permeabilidad En una roca o sedimento con gran
can\dad de poros pequeos se diculta la circulacin de agua a travs
de ellos por lo tanto tendr alta porosidad pero baja
permeabilidad
Distribucin de aguas subterrneas cerca de la supercie Zona de
aireacin Zona de saturacin Tabla de agua: techo de la zona de
saturacin. Dependiendo de la regin puede estar ubicado de unos
pocos (regiones hmedas) a cientos o miles de metros (desiertos).
Generalmente imita la topogra^a.
En profundidad disminuye la proporcin de agua subterrnea
Tabla de aguas
Tabla de aguas colgante: Agua subterrnea atrapada sobre la tabla
general de aguas Puede ltrarse o formar ver\entes
AcuferosRocas saturadas permeables que se recargan a travs de la
zona de aireacin
Pueden ser abiertos o connados En un acufero el agua se moviliza
de altas a bajas presiones
AcuferosAcufero abierto Acufero conectado con la supercie
(recarga) a travs de poros Puede ser fcilmente contaminado La
can\dad de agua est indicada por la tabla de aguas Por ejemplo,
arena y grava Son unidades de roca permeables ubicadas entre rocas
impermeables como lu\tas En un acuifero connado la presin de agua
puede alcanzar niveles muy altos Cuando un pozo o fractura
intersecta un acuifero connado el agua asciende a la supercie y
puede uir libremente (pozo artesiano)
Acufero connados
Condiciones para la formacin de un pozo artesiano La secuencia
de rocas debe contener un intercalacin de estratos permeables
(arenisca) e impermeables (lu\ta) para connar el acufero Las rocas
deben estar inclinadas y expuestas en un area elevada donde ocurra
la recarga El acufero debe permanecer lleno por precipitacin y/o
drenaje supercial
Descarga de un acufero Puede ser natural o ar\cial La descarga
natural ocurre cuando la tabla de aguas de un reservorio intersecta
la supercie Tpicamente en canales y en el piso o bancos de lagos y
pantanos Relacin ms directa entre reservorios de aguas subterrneas
y otras partes del sistema hidrolgico
Descarga de un acufero La descarga ar\cial corresponde a la
extraccin de agua a travs de pozos Produce cono de depresin en la
tabla de agua Si la extraccin de agua es superior a la recarga el
nivel de la tabla de aguas baja
Fuentes termales y geysers Ocurre cuando el agua subterrnea
circula a travs de rocas que han sido calentadas (pero no fundidas)
por ac\vidad gnea reciente que aumenta su temperatura Se favorece
por la presencia de un sistema de fracturas que se ex\enda en
profundidad desde la supercie Al momento de la descarga supercial
produce ver\entes Termales y geysers Los geysers presentan
erupciones cclicas y son una fuente de energa para el uso humano
(energa geotermal)
Ciclo de erupcin de un geyser
Yellowstone
Alteracin de aguas subterrneas La ac\vidad humana puede alterar
el sistema de aguas subterrneas como polucin o cambios en la
composicin qumica, invasin de aguas saladas en el litoral (hasta el
cono de depresin), cambios del nivel, subsidencia, colapsos,
interrupcin de ecosistemas
AcMvidades humanas que pueden contaminar los acuferos
Efecto del agua salada sobre las aguas subterrneas
Cambio en la red de drenaje
Erosin por agua subterrnea: topogra^a krs\ca El movimiento lento
del agua subterrnea puede disolver grandes can\dades de rocas
solubles y transportarlas en solucin Esto genera una topogra^a
krs\ca caracterizada por cavernas, hoyos o terrenos hundidos,
valles de disolucin y desaparicin de corrientes
Evolucin de una topogra^a krs\ca
Topogra^a krs\ca
Depositacin por aguas subterrneas: estalag\tas y estalagmitas La
precipitacin de minerales del agua subterrnea crea depsitos de
variadas formas en cavernas Espeleotemas (estalag\tas y
estalagmitas) Terrazas de traver\no Silicicacin de troncos Depsitos
de minerales
Tambin precipitan minerales como cementos en rocas permeables
(areniscas y conglomerados)
Espeleotemas
Espeleotemas
d18O SMOW
45
40
Age (ka)2.45 2.38 4.913 4.94 5.29 6.01
Age (ka)0.0355 0.063 0.037 0.0585 0.034 0.054520 25 d18O SMOW 30
35
15
10
5
0 26 27 28 29 30 31
SISTEMA GLACIAR Y PROCESOS GLACIARES
Sistemas glaciares Un glaciar es un cuerpo de hielo que uye
sobre una supercie de terreno Igual que el sistema uvial y de aguas
subterrneas, un glaciar es un sistema abierto, donde el agua entra
como nieve, que se transforma en hielo por compactacin y
recristalizacin Su movimiento no es percep\ble a simple vista Su
existencia est estrechamente relacionada con variaciones clim\cas
Se forma dnde la can\dad de nieve acumulada cada ao es mayor que la
que se funde.
Qu es un glaciar?Un glaciar es un cuerpo de hielo que uye sobre
la supercie del terreno y que consta principalmente de nieve
recristalizada.
Formacin del hielo glaciarSe forma por recristalizacin de la
nieve.
Transformacin de nieve en hielo glaciar
Temperatura 90% poros) y por lo tanto, es liviana como una pluma
Su altas porosidad y forma de estrella da a la masa una supercie
interna mayor a la de los sedimentos ordinarios Las parcculas
estrelladas cambian rpidamente a racimos esfricos de cristales de 3
mm de dimetro Al nal del invierno toda la masa adopta una
estructura granular, menos porosa y ms densa, que obliga al aire a
escapar Cuando alcanza una densidad de 0.8 se vuelve impermeable al
aire y entonces se llama hielo. El hielo es una roca porque consta
de granos cristalinos de un mineral, as como las areniscas de
cuarzo
Partes de un glaciar Las partes de un glaciar son: 1) Zona de
acumulacin 2) Zona de ablacin (dnde el hielo deja el sistema por
fusin, evaporacin o desprendimiento de bloques de hielo en un
cuerpo de agua (lagos u ocano)). El lmite entre ambas zonas es la
lnea de nieves perpetuas, que es el lmite inferior de las nieves
permanentes El hielo del glaciar se origina sobre el nivel de
nieves perpetuas (zona de acumulacin), pero se desplaza y exMende
hacia abajo hacia la zona de ablacin.
De esta forma, la longitud y el volumen representan un
equilibrio aproximado entre : Balance entre la tasa de ingreso 1)
la acumulacin de nieve; de hielo al sistema y tasa de 2) la prdida
por fusin y sublimacin egreso de hielo del sistema 3) la
transferencia por el movimiento
Sistema glaciar
Glaciares El glaciar uye de la zona de acumulacin a la de
ablacin El ujo es principalmente lineal pero la velocidad de
desplazamiento no es la misma en todos los sectores del glaciar La
parte ms supercial \ene poco peso sobre s, por lo tanto es
quebradiza y casi rgida y se puede fracturar produciendo suras y
grietas profundas En profundidad, donde el peso del glaciar es
mayor, el ujo deforma los granos cristalinos hasta darles efecto de
foliacin, como el que se aprecia en las rocas metamrcas, por lo
cual el hielo de un glaciar puede clasicarse como una roca de este
\po
El desplazamiento es ms rpido en el centro del glaciar, donde el
espesor es mayor, y en la parte ms supercial. En la parte basal y
en las laterales la friccin es mayor y el glaciar se mueve ms
lentamente.
Porqu se mueve un glaciar?El hielo de glaciar es un material
dc\l que cuando alcanza un espesor suciente (60 m aprox) se mueve
por inuencia de su propio peso Mecanismos Rotacin Fusin y
congelamiento Deslizamiento interno
Desplazamiento de un glaciar Los mecanismos de ujo del hielo son
rotacin de los granos, fusin y congelamiento, y deslizamiento
internos dentro de la masa de hielo El desplazamiento del glaciar
es por deslizamiento basal, a travs de la roca de base y por ujos
internos mecnicamente independientes La mayor parte de la energa
del glaciar se consume en la friccin con el exterior y en la
friccin del ujo interno La energa requerida en su desplazamiento y
en la deformacin de los granos de hielo es mayor que la necesaria
para causar ujo en el agua
En trminos mecnicos, el movimiento del glaciar es un proceso muy
ineciente. En determinados sectores el ujo es some\do a esfuerzos
extensivos, generando grietas, y en otros prevalecen los esfuerzos
compresivos, que cierran las suras producidas previamente
Tipos de glaciares Glaciares de valle Fluyen por valles
preestablecidos
Glaciares de pedemonte Situados sobre una planicie en la base de
una montaa
Glaciares con\nentales (inlandis) Cubren grandes extensiones en
los con\nentes Antr\ca, Groenlandia, Campos de Hielo Patagnicos
Tipos de glaciares
Groenlandia
La Antr\ca
Trabajo geolgico del glaciar El hielo es un agente de erosin muy
efec\vo, como tambin lo es su capacidad de transporte, capaz de
movilizar grandes volmenes de material para forman depsitos muy
especiales En general, el trabajo del hielo es fcilmente
reconocible por la alteracin producida en la supercie del terreno
sobre donde pasa el glaciar Un aspecto caracters\co de los
glaciares de valle es la forma de U que conserva el valle despus
que el hielo se re\ra (en oposicin a la forma en V de un valle
uvial)
Erosin glaciar Abrasin (proceso de raspar y rayar la roca)Pule
las rocas y produce las estras glaciares y las acanaladuras,
esculpiendo lo que se conoce como rocas aborregadas Estos rasgos
indican la direccin de avance del glaciar Produce un efecto de
cepillado o dragado en el fondo del valle, generando depresiones y
formas escalonadas a lo largo del valle. En las zonas ms
deprimidas, una vez que el hielo se re\ra, se forman pequeos
lagos.
Arranque (desprendimiento y arrastre de bloques rocosos)
Formas de erosin y deposicin glaciares
Transporte glaciar La carga es transporta sobre su cima y en sus
costados, adems de hacerlo en suspensin y por arrastre, como carga
de fondo El hielo no segrega su carga por tamao, por lo que el
material transportando es una mezcla de enormes bloques de roca y
de fragmentos pequeos, inclusive mezclado con harina de roca que es
la arena y limo producidas por trituracin y pulverizacin en el
fondo y costados del glaciar Donde se juntan dos glaciares, el
material de detritos transportado en sus respec\vos bordes se
concentra en medio del glaciar, a lo largo de una nueva banda
lineal de material que se ex\ende a lo largo del glaciar y desde el
fondo a la supercie.
DEPSITOS GLACIARES : El hielo no segrega ni deposita el material
transportado segn su peso. Todo el material es depositado a un
\empo, cuando el hielo que lo transporta deja el sistema Los
depsitos de material transportado por el glaciar se denominan:
Morrenas Morrenas terminales (con forma de arco, formados en el
frente del glaciar cuando el hielo deja el sistema; los materiales
de detritos se elevan desde el fondo por el ujo emergente del hielo
en el frente Morrenas de recesin (igual que las terminales, pero
formadas por retrocesos progresivos del frente) Morrenas laterales
(depositadas a lo largo de los costados del glaciar, bajo la cota
de la lnea de nieves perpetuas) Morrenas centrales (depositadas por
las bandas lineales formadas por dos tributarios , y que se
ex\enden por el centro del glaciar)
Varvas: Formacin glacilacustre, arcillosa, namente estra\cada y
clasicada, depositada en los lagos que se forman en el frente del
glaciar, por la fusin del hielo (estratos muy nos y delgados,
alternando tonos claros y oscuros). Otras formas de depsitos son
los eskers, drumlins y los uvioglaciales, depositados aguas abajo
del frente del glaciar
Formas y depsitos glaciares
Modelado de la montaa por los glaciares de valle Circo: especie
de nicho, de paredes abruptas, con forma de anteatro, excavado en
la ladera de la montaa. Da lugar a la formacin de lagos pequeos una
vez que el hielo se funde. Arista o cresta: paredn alado, a manera
de tabique, creado por dos o tres circos adyacentes. Portezuelo:
desladero o punto mas bajo de una arista formada por dos circos
adyacentes Pico o picacho: estructura de forma piramidal que queda
en pie cuando tres o mas circos se acercan entre si por su lado
dorsal, por efecto de la erosin retrgrada de sus respec\vas
paredes. Fiordo: valles o depresiones glaciares parcialmente
sumergidas (forman bahas profundas). Valle colgante, hombreras,
planicies uvioglaciales
Modelado de la montaa por los glaciares de valle
Causas de las glaciacionesUna teora adecuada sobre las causas de
las glaciaciones debera explicar: a) Los avances repe\dos de los
hielos durante la l\ma edad glacial, separados por perodos
interglaciales de climas clidos b) Las glaciaciones episdicas (700
Ma; 200-300 Ma; 20 Ma): Se trata de eventos inusuales en la
historia de la Tierra, que casi siempre tuvo climas ms benignos que
el actual, con temperaturas promedio de 22 C (hoy slo \ene 14C), y
no de ciclos regulares c) Una temperatura global media menor en 5C
que la actual, y posiblemente un aumento en las tasas de
precipitaciones globales, mayores que las actuales
Causas astronmicas Cambio en la rbita terrestre (ciclo cada
105.000 aos); trayectoria elp\ca con cambio en su excentricidad
Cambio en la inclinacin del eje de la \erra, entre 22,1 y 24,5
(ciclo cada 41.000 aos) Movimiento de precesin del eje de la \erra
con variacin anual de 50 del arco (ciclo cada 25.800 aos) Ciclo
clim\co de Milankovitch: a par\r de estos cambios peridicos, adems
de otros factores, como cambios en la energa solar, lo llevaron a
es\mar que cada 40.000 aos la Tierra es ms fra (comprobado con
tes\gos ocenicos).
Ciclos de Milankovich
Variaciones observadas en el domo glaciar EPICA de la
Antr\ca
Causas atmosfricas Variaciones en el CO2 (alto contenido de C,
ms clido) CAUSA o EFECTO ? Polvo en la atmsfera (volcanes y
meteoritos)
Variacin del contenido de CO2 de la atmsfera terrestre desde el
Cretcico
Variacin de la temperatura en la supercie de la Tierra durante
la historia geolgica
Variaciones de T en el Cuaternario superior y Holoceno
Causas tectnicas Posicin de los con\nentes (norte y sud amrica
derivan hacia el oeste desde el Cretcico) Apertura del Ocano Pacco
y cierre del Ocano Atln\co y r\co Antr\ca se pone en posicin polar
en el Eoceno Cambios en la circulacin de corrientes ocenicas y
atmosfricas. Corriente Circumantr\ca cuando Australia se separa de
la Antr\ca Formacin de grandes cordilleras
CONCLUSIN: DEBEN DARSE CONDICIONES MUY PECULIARES, POR LA
COMBINACIN DE DIVERSOS Y VARIADOS FACTORES, PARA QUE OCURRAN LAS
GLACIACIONES
SISTEMAS DE LNEAS DE COSTA
Sistemas de lneas de costa En los ocanos y lagos, el agua est en
constante movimiento. Se mueve por el viento que genera las olas,
por las mareas, los tsunamis, las corrientes marginales y litorales
y una variedad de sistemas de circulacin, como las grandes
corrientes ocenicas producidas, esencialmente, por diferencias de
densidades del agua (ujos horizontales y ver\cales) Estos procesos,
que modican constantemente las costas, pueden cambiar en intensidad
de da en da, y de estacin en estacin. Las lneas de costa actuales
tambin han sido afectadas por las variaciones del nivel del mar,
debido a la fusin de los glaciares pleistocenos . La conguracin de
la costa actual es tambin resultado de otros procesos no marinos,
como las glaciaciones, el volcanismo, los movimientos de la corteza
e inclusive el crecimiento de organismos
Sistema dinmico Las lneas de costa son un sistema dinmico que
involucra la energa de las olas y de las corrientes litorales
(responsables de la erosin), el transporte y la depositacin de los
sedimentos a lo largo del litoral La mayor parte de esta energa la
provee el viento
La forma de la ola generada por el viento se describe con los
mismos trminos aplicados para otros fenmenos de ondas:
cresta, artesa (depresin), largo de onda, amplitud de onda y
perodo de la onda
El movimiento del agua en una ola es en rbitas circulares que
decrecen de radio en profundidad, hasta desaparecer a una
profundidad aproximadamente igual a la mitad de la longitud de
onda.
El avance de las olas no produce un desplazamiento de la masa de
agua, excepto cuando se aproxima a aguas poco profundas y el
movimiento circular de las parLculas del fondo se ve afectado por
el roce. A par\r de ese momento ocurre un cambio importante: el
alto de onda crece y el largo de onda decrece, inicindose en la
parte alta de la ola un desplazamiento de la masa de agua, ms rpido
que en la parte baja, hasta que la columna de agua colapsa y la ola
rompe de manera turbulenta.
Las olas que se aproximan a la costa son desviadas o
refractadas, de tal forma que concentran la energa en las salientes
y se dispersan en las bahas
Refraccin de las olas al acercarse a la costa
Las olas avanzan de manera oblicua contra la lnea de costa, de
forma tal que el agua y los sedimentos tambin se desplazan sobre la
playa en direccin oblicua al frente de costa; sin embargo, su
retorno es en la direccin de mxima pendiente, perpendicular al
frente de playa. El sedimento transportado por las olas y
corrientes a lo largo de la costa, es depositado en reas de baja
energa, donde forma playas, pun\llas, barras de islas, tmbolos,
etc. La erosin y depositacin a lo largo de la costa \ende a
desarrollar lneas de costa rectas o ligeramente curvas. Las cabezas
de costa o pun\llas son erosionadas, y las bahas y estuarios son
rellenados con sedimentos.
La deriva litoral ocurre cuando las olas se acercan a la costa
con un ngulo .
De este movimiento resulta el transporte neto, paralelo a la
costa, de enormes can\dades de sedimentos
Cape Cod, MA
Deriva litoralOlas aproximndose a la costa en ngulo
Isla barrera
Los acan\lados costeros son generados por la accin abrasiva de
la arena y grava, movida por las olas y corrientes, por solucin y
por la accin hidrulica. Las olas y corrientes erodan
progresivamente la base del acan\lado, formando una cornisa en la
parte alta, que luego colapsa. De esta forma el frente del
acan\lado retrocede, y en la medida que esto ocurre, se desarrolla
una supercie aterrazada conocida como plataforma de abrasin
Formacin de acan\lados
Erosin causada por la accin abrasiva de arena y grava en
movimiento
Erosin diferencial asociada al desarrollo de un acan\lado:
formacin de cavernas, arcos y pun\llas,
Erosin costera
El desarrollo de la lnea de costa es interrumpido en muchas reas
por alzamientos tectnicos, que elevan abruptamente la plataforma de
abrasin por encima del nivel de las olas, dando forma a lo que se
denomina terrazas marinas Cuando esto ocurre, se inicia una nueva
erosin de las olas a un nivel ms bajo, y las terrazas marinas
elevadas son atacadas y, eventualmente, obliteradas por la
meteorizacin y la erosin de sistemas uviales
Erosin costera por la accin de la refraccin de ondas
La tectnica, el \po de roca, los procesos superciales y la
energa de la ola contribuyen al modelado de la costa
Erosin de barrera de islas y de playa
Perl de playa
La Jolla, CA , en verano
La Jolla, CA, en invierno
T i p o s d e c o s t a s
a) b) c)
A escala global las costas se clasican de acuerdo a su
asentamiento tectnico: Costas de mrgenes convergentes, Costas de
margen pasivo Costas de mares marginales
A escala local las costas se clasican en base a los procesos
tempranos mayormente responsables de su conguracin: a) Costas
primarias, formadas por procesos subareos (costas de erosin uvial,
costas de depsito uvial (deltaica) y costas de erosin glaciar) b)
Costas secundarias, formadas por procesos marinos
Segn asentamiento tectnico
Costas primarias y secundarias
A r r e c i f e s Los arrecifes de coral forman un \po nico de
costa , con rasgos peculiares, debido a que ellos \enen un origen
biolgico. Arrecifes modernos han sido construidos por complejas
comunidades de corales, algas, esponjas y otros organismos
invertebrados marinos La mayor parte de los arrecifes crecen en
climas tropicales y slo en aguas claras. Se desarrollan slo bajo
estrictas condiciones de temperatura, salinidad y profundidad.
Cuando crecen en torno a islas volcnicas pueden transformarse en
atolones
Formacin de los atolones segn Darwin
Evolucin de una Lnea de CostaLa conguracin de la costa
evoluciona hasta alcanzar un equilibrio entre la forma de la lnea
de costa y la energa de las olas que actan sobre ella. La energa de
las olas se distribuye de manera igual a lo largo de la lnea de
costa, sin erosin ni sedimentacin a gran escala.
EustaMsmo Son cambios de la cota del nivel del mar de origen no
tectnico. El alzamiento de la cota del nivel del mar, asociado con
glaciares pleistocenos, hizo que el mar transgrediera e invadiera
muchos terrenos del litoral
Mareas y tsunamis
Mareas Las mareas se producen por la atraccin gravitacional de
la Luna y de la fuerza centrfuga del sistema luna - Merra. Las
mareas ejercen localmente una inuencia mayor en las lneas de costa
por: 1) levantamiento y descenso del nivel del agua 2) generacin de
corrientes de marea Los factores que modican el rango de marea
son:1) 2) 3) 4) La pendiente del fondo la conguracin de la costa la
posicin rela\va del sol y la luna las condiciones atmosfricas
Las MareasFases lunares
Tsunami Movimiento del fondo ocenico provocado por un terremoto,
erupciones volcnicas o deslizamiento (remocin en masa) submarino
Puede producir una ola de poca altura y gran longitud de onda, que
viaja a travs del ocano abierto a grandes velocidades (600 km/hr) ,
llamadas tsunami. Pueden ser un importante agente de destruccin a
lo largo de la lnea de costa, al aproximarse a ella.
TsunamiCausados por eventos ssmicos submarinos, erupciones
volcnicas o remociones en masaOlas crecen al acercarse a la costa,
hasta 30 m (450 m)
Longitud de onda hasta 100 km Amplitud de 1 2 metros Gran
volumen de agua en las ondas
