1.- IntroducciÃ³n

8/16/2019 1.- IntroducciÃ³n

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Introducción a la Geología

Universidad Michoacana

de San Nicolás de Hidalgo

Facultad de Ingeniería Civil

Maestría en Infraestructura del Transporte

Curso: La Influ enc ia de la Geo logía en

las Vías Terres tres

Dr. Eleazar Arreygue R.


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Introducción

La geología es la ciencia que estudia la Tierra y las rocas de las que estáconstitutida, los procesos que la formaron durante el tiempo geológico y elmodelado de su superficie en el pasado, así como el presente. La Tierra no es un cuerpo estático, sino que continuamente está sujeta a cambios,tanto en su superficie como a niveles más profundos.

Los cambios superficiales pueden ser observados por cualquierespecialista. Entre estos cambios tenemos la erosión, la cual es unproceso dominante de destrucción, reduce la altura de los continentes ytransporta el material removido.

Los cambios que se originan bajo la superficie no son fáciles de observardirectamente, por lo que su naturaleza sólo puede postularse. Algunos deellos son la causa de los lentos movimientos de los continentes que cruzanla superficie del globo; otros causan cambios más rápidos, los cuales estánasociados con las erupciones volcánicas y los terremotos.


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A continuación se proporcionan algunos factores involucrados conlos cambios que resultan de la acción de la energía:

Energía solar recibida y rerradiada, la cual es responsable deefectos geológicos generados hasta una profundidad de 30m

con respecto al nivel del terreno, especialmente elintemperismo y la erosión.

Pérdida del calor geotérmico proveniente del interior de laTierra, causa de muchos movimientos de asiento profundo queafectan la elevación y la posición relativa de continentes yocéanos.

Pérdida de energía al disminuir la rotación de la Tierra.

Energía liberada por los terremotos.

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Los efectos producidos por los procesos geológicos puedenparecer muy lentos, para tener alguna importancia en laingeniería. Por ejemplo, los continentes derivan lateralmente a unritmo que oscila entre 1 y 3 cm/año, que es un valor aproximadode la conductividad hidráulica de un buen concreto que se utilizaen las presa.

Los procesos geológicos, han dejado su registro en las rocasdurante enormes espacios del tiempo geológico, algunas vecescon toda claridad y en otras parcialmente borrados por eventosposteriores.

Las rocas registran eventos acaecidos en la larga historia de laTierra, como lo atestiguan los restos o marcas de organismosvivientes, como animales o plantas, cuando son conservados.Todas las rocas contribuyen a formar este registro y en cierto

sentido la geología es la historia de la Tierra.

Introducción


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El término roca se utiliza para aplicarlo a aquellos materiales dedistintos tipos que constituyen la mayor parte de la delgadacorteza exterior del Planeta; algunas veces son suaves y fácilesde deformar en tanto otras son duras y rígidas.

Existen tres grandes grupos de rocas separadas en base a susorígenes y no en relación a su composición o resistencia:

• Rocas ígneas

• Rocas sedimentarias

• Rocas metamórficas

Introducción


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Tiempo geológico


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Tiempo geológico

Se puede pensar en el tiempo geológico de dos maneras: enforma relativa y en forma absoluta.

1. El tiempo relativo indica si un evento sobrevino en la historiade la Tierra antes o después de otro, haciendo caso omiso delos años.

2. El tiempo absoluto mide el evento geológico, es decir indicasi éste tuvo lugar hace unos cuantos miles de años, hacemillones de años, o en alguna fecha más lejana, incluyendoen la historia de la Tierra.

Al reconstruir la historia de la Tierra, podemos intentar saber sialgún evento (una erupción volcánica), tuvo lugar antes odespués de otro suceso (la elevación del nivel del mar), estoseventos están relacionados en el tiempo con un tercer suceso,(la formación de las montañas).


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Tiempo geológico

TIEMPO ABSOLUTO

Para los eventos geológicos muy recientes solo hay un elementoradioactivo que ha sido usado con verdadero éxito, y éste es elisótopo radioactivo del carbón, llamado carbón-14 (C14). Este

isótopo solo se puede utilizar en material orgánico que tiene50,000 años o menos.

Se ha encontrado que la distribución del carbón-14 alrededor delmundo es casi constante. Su abundancia es independiente de

cualquier coordenada, tipo de hábitat o ambiente de la materiaviviente.

Existe una pequeña cantidad de carbón-14 en toda materiaviviente, y cuando el organismo ya sea animal o vegetal muere, suprovisión de carbón-14 no es, abastecida nuevamente por los

procesos vitales.


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La similitud de la litología y la secuencia de las capas de las tres diferentes zonas,sugieren la correlación de las capas de roca que se muestra en el diagrama.


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Tiempo geológico

COLUMNA GEOLÓGICA

Valiéndose de la Ley de Superposición y del concepto de que los fósilesson un índice del tiempo, los geólogos han hecho arreglos cronológicosde las rocas sedimentarias de todo el mundo, presentando las rocas en

forma de una gran columna, con las más antiguas en el fondo y las más jóvenes en la cima.

Los trabajos iniciales fueron realizados en las islas británicas y en eloccidente de Europa, donde tuvo su nacimiento la geología moderna. Ahílos geólogos advirtieron que la variación de los fósiles entre una capa y la

siguiente no era gradual sino repentina.

Parecía como si hubieran sido sacados de la secuencia de rocas algunossegmentos completos, en los que quedaba comprendido el cambio lentode plantas y animales.


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Tiempo geológico

COLUMNA GEOLÓGICA

Estos quiebres o lagunas en el registro de los fósiles sirvieron comolímites entre estratos adyacentes.

Los nombres asignados a los diversos grupos de rocas sedimentariasfiguran en la columna geológica siguiente.

Las rocas más antiguas se designan con el nombre de “Pre-Cámbrico” término general que se aplica a todas las rocas que yacen bajo las rocasdel Cámbrico.


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Tiempo geológico

Este diagrama ilustra la Ley de las Relaciones de Intrusión, que establece que una rocaes más joven que aquella a las que corta. Las unidades de roca están arregladas en

orden de su antigüedad decreciente del 1 al 5. La forma en que las edades radiactivas delas rocas ígneas (2 y 4 de la Figura) se usan para dar las edades aproximadas en años

para las rocas sedimentarias.


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Tiempo geológico

CorrelaciónProceso de relacionar, en el tiempo, una secuencia de rocassedimentarias con otra. Generalmente se basa en los caracteres físicos oel contenido de fósiles de las rocas.

Fósiles

Índices de tiempo relativo. Las rocas con fósiles semejantes son de edadsemejante.

Columna geológicaSecuencia cronológica de rocas, de las más antiguas a las más jóvenes.

Escala del tiempo geológicoSecuencia cronológica de unidades de tiempo de la Tierra.

Fechas absolutas en la escala de tiempo geológicoDe las rocas ígneas y de las rocas sedimentarias. La posición en laescala de tiempo de los eventos cuya edad se define por las rocas ígneas

se determina por la relación de éstas a las sedimentarias.


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Tiempo geológico


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Tectónica de placas


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La tectónica de placas es la teoría científica que establece que lalitosfera (la porción superior más fría y rígida de la Tierra) estáfragmentada en una serie de placas o baldosas que se desplazan sobreel manto terrestre fluido (astenosfera). Esta teoría también describe elmovimiento de las placas, sus direcciones e interacciones.Las diferentes placas se desplazan con velocidades del orden de 5

cm/año lo que es, aproximadamente, la velocidad con que crecen lasuñas de las manos.

Dado que se desplazan sobre la superficie finita de la Tierra, éstasinteraccionan unas con otras a lo largo de sus fronteras o límitesprovocando intensas deformaciones en la corteza y litosfera de la Tierra,lo que da lugar a grandes cadenas montañosas (los Andes y los Álpes) ygrandes sistemas de fallas asociadas con estas (sistema de fallas de San Andrés). El contacto por fricción entre los límites de las placas esresponsable de la mayor parte de terremotos. Otros fenómenosasociados son la creación de volcanes (especialmente notorios en el

cinturón de fuego del pacífico) y las fosas oceánicas.


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Las principales placas tectónicas son:

1. Placa Africana2. Placa Antártica3. Placa Arábica4. Placa Australiana

5. Placa de Cocos6. Placa del Caribe7. Placa Escocesa8. Placa Euroasiática9. Placa Filipina10. Placa Indo - Australiana11. Placa Juan de Fuca12. Placa de Nazca13. Placa Pacífica14. Placa Norteamericana15. Placa Scotia

16. Placa Sudamericana

http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Placas_tectonicas_es.svghttp://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Placas_tectonicas_es.svg


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Representación esquemática del concepto de expansión delfondo de los océanos.

Es evidente que existen zonas en donde se forma nueva litosfera,al lado de estas, donde cuya litosfera viene sustituida y destruida.

http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Limiteconvergente-continenteycontinente.png


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Éstas se mueven entre sí, teniendo tres tipos de bordes:convergente (dos placas chocan entre sí), divergente (dosplacas se separan), y transformante (dos placas se deslizanuna junto a otra).

La teoría de la tectónica de placas se divide en dos partes:1. la deriva continental, propuesta por Alfred Wegner en la (1910) y2. la expansión del fondo oceánico, propuesta y aceptada en la (1960),

que mejoraba y ampliaba a la anterior.

Desde su aceptación ha revolucionado las ciencias de la Tierra,

con un impacto comparable al que tuvieron las teorías de lagravedad de Isaac Newton y Albert Einstein en la Física o lasleyes de Johannes Kepler en la Astronomía.


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Los límites de placas son los bordes de una placa y es donde sepresenta la mayor actividad "tectónica" (sismos, formación demontañas, actividad volcánica, etc.), ya que es en éstos, donde se dala interacción entre placas. Hay tres clases de límite:

1. Divergentes: son límites en los que las placas se separan y, por lotanto, emerge magma desde regiones más profundas (por ejemplo,

la dorsal meso-atlántica formada por la separación de las placas deEurasia y Norteamérica y las de África y Sudamérica).

2. Convergentes: son límites en los que una placa choca contra otra,formando una zona de subducción (si una de las placas se hundedebajo de la otra) o un cinturón orogénico (si las placas chocan y secomprimen). Son también conocidos como "bordes activos".

3. Transformantes: son límites donde una placa se fricciona contra otraa lo largo de una falla de transformación.

En determinadas circunstancias, se forman zonas de límite o borde,donde se unen tres o más placas formando una combinación de los

tres tipos de límites.


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Levantamiento

El Cerrar y abrir del Océano Atlántico.

En el Tardío Precámbrico (650 Ma).(A) América y África se alejan una de

la otra por la presencia de unadorsal en expansión.

(B) El Atlántico de edad Paleozoicacomienza a cerrarse.

(C) La litosfera se rompe formando unnuevo límite de placa originándoseuna fosa con su arco magnético.

(D) A lo largo de la línea de sutura seencuentran fragmentos de rocas de

la capa comprimida.(E) El rompimiento viene cerca de la

línea de saturación.(F) El Atlántico todavía se está

abriendo a una velocidad de 3cmanuales.



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Levantamiento

Todas las grandes cadenasasiáticas, a partir de Turquía,

atraviesan Irán, Afganistán, Nepal,

China hasta llegar a Sumatra yGiava.

Esto es el resultado de la colisiónentre la gran Placa Euroasiática y

los diferentes bloquescontinentales de Arabia, India y los

océanos.



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Pliegues

Los pliegues varían desde ligeras flexiones de contorno simple,hasta intrincados plegamientos formados por muchos plieguesmenores. Su escala varía desde pequeñas acanaladuras decentímetros hasta grandes alteraciones de muchos km. de largo yvarios km. de ancho.

Los plegamientos se dividen en: anticlinales, sinclinales yflexiones bruscas o cambios de inclinación de capas. Los

anticlinales y los sinclinales suelen ser complementarios.

Los pliegues son erosionados y aparecen capas más antiguas enlas partes centrales de los anticlinales erosionados que en laspartes laterales. En los sinclinales erosionados, las capas másmodernas se encuentran en la parte central de la estructura.



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Los tres principales tipos de fallas: A.- falla Normal o de distensión;

B.- falla Trascurrente derecha oizquierda;

C.- en alto el bloque original, antes dela deformación, puede ser

comparable con la falla a compresión.


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El gran sistema de fosas tectónicas de África oriental.

Esto indica la separación del bloque somalo del resto de la Placa africana, fenómeno quese presenta en correspondencia del Mar Rojo. En la fosa del Afar existe una unión triple en

la cual convergen la placa Arábiga, la placa Africana y la placa Somala.


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Mar Rojo y península del Sinai entre el Golfo de Suez y el Golfo de Aqaba. Es claramentevisible la fosa tectónica que prolongándose más allá del Golfo de Aqaba a través del Mar

Muerto, corre a lo largo del Valle de Jordán y termina más allá el Lago Tiberino.


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Ciclo de las rocas


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Ciclo de las rocas

El términos generales, las rocas son agregados deminerales, con sus principales excepciones, los cristales deroca y los carbones. El término no solo se refiere a losmateriales coherentes y de naturaleza consolidada, sino

también a los materiales no consolidados ni cementados,que se presentan en la naturaleza.

Las propiedades de las rocas, su estructura, sus modos deexistir y su forma actual, dependen del medio en que se han

originado y de los factores del medio que les han afectadoposteriormente.


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Ciclo de las rocas

Las rocas que se han solidificado a partir de una solución fundidase llaman rocas ÍGNEAS. Las rocas ígneas se han formado bajola superficie de la Tierra a profundidades desconocidas. Una vezque las rocas ígneas aparecen en la superficie de la Tierra, sea através de una erupción volcánica o por el desgaste de losmateriales que la cubrían, quedan sometidas a un mediototalmente distinto de aquel donde se formaron.

En la superficie sufren el ataque de agentes superficiales como elagua, el oxigeno, el anhídrido carbónico, así como los cambios de

temperatura. Las rocas más duraderas acaban por sucumbir alataque de los agentes atmosféricos. El proceso colectivo dedesintegración y descomposición de las rocas, se llamaINTEMPERIZACIÓN.


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Ciclo de las rocas

Cuando las rocas a causa de la intemperización, se han reducidoa un material suelto, quedan expuestas al movimiento por viento,agua, hielo, etc. si son movilizadas tienen que llegar a depositarsede nuevo, dando origen a las rocas SEDIMENTARIAS. Durante laintemperización y movilización algunas porciones sontransportadas en solución, y pueden dar origen a precipitadosformando sedimentos, vetas, cementaciones de materiales, etc.

Después de haberse formado a partir de soluciones fundidas o através de un proceso de sedimentación, puede actuar sobre la

roca un nuevo medio de calor, presión o ambos, determinándosetransformaciones acordes con el cambio de esos agentes. Lasrocas así alteradas y modificadas con respecto a su forma originalígnea o sedimentaria, se llaman rocas METAMÓRFICAS.


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Ciclo de las rocas


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El ciclo litogenético muestra la evolución delas rocas superficiales (volcánicas ysedimentarias), ya que pueden estarsepultadas en la profundidad, y por el

progresivo aumento de la temperatura y lapresión, transformarse en rocas

metamórficas y después fundirse en rocasplutonicas.

Todas estas rocas juntas al magmaprovienen directamente del manto, pueden

venir de nuevo a la superficie pormovimientos tectónicos.

Continua de esta forma el ciclo evolutivo dela Corteza terrestre.

Ciclo de las rocas


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Evolución de las calderas del Crater Lake(Oregon).

1. En tiempos históricos, se llenó lacámara magmática, las primeras

erupciones formaron el MonteManzama.

2. Se tiene después una gran erupción depómez con nubes ardientes, mientras la

cima de la montaña se empieza aderrumbar en su propia cámara

magmática.

3. La caldera se forma cuandoprácticamente la actividad principal

termina.

4. En la caldera se forma un lago, se tienealguna actividad tardía y se cristaliza el

magma que quedó en la cámara

magmática.

Ciclo de las rocas


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Proceso mediante el cual se forma el carbóniniciando con la depositación de abundante

materia vegetal.

1.- Ambiente pantanoso con abundante

vegetación; en el subsuelo se forma turba.

2.- Los depósitos vegetales, sepultados a pocaprofundidad, se transforman en lignito (roca de

origen orgánico).

3.- Sepultamiento y aumento de presióntransformando el lignito en Carbón de piedra o

hulla.4.- Presiones tectónicas y aumento de calor

conducen en fin a la formación de la antracita.

Ciclo de las rocas


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Los cuatro tipos fundamentales dediscordancia estratigráfica.

Se reporta un perfil geológico ideal delcual resulta claramente que las

discordancias pueden pasarlateralmente, una en la otra y que su

distinción puede depender de acuerdo ala observación particular del fenómeno.

Ciclo de las rocas


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Ciclo de las rocas

Las rocas METAMORFICAS han sufrido modificaciones en elestado sólido como consecuencia de intensos cambios en latemperatura, presión y ambiente químico todos producidos por lasmismas fuerzas que pliegan, fallan, inyectan magma y elevan odeprimen las masas de las rocas.

Estas fuerzas producen modificaciones dentro de las mismasrocas, a través del proceso llamado metamorfismo. Este seproduce en el interior de la corteza terrestre por debajo de la zonade intemperismo y cementación, y fuera de la zona fusión.

Dentro de este medio las rocas sufren innumerables cambiosquímicos y estructurales, para ajustarse a condiciones que difierande aquellas bajo las cuales se formaron originalmente.


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Ciclo de las rocas

El término metamorfismo se restringe a los cambios en la textura ycomposición que sufren las rocas sólidas. Este puede producirsesolamente cuando la roca está sólida, puesto que una vez que haalcanzado su punto de fusión, se forma un magma, y entoncesentra dentro del campo de la actividad ígnea.

Los agentes del metamorfismo son el calor, las presiones dedeformación y los fluidos químicamente activos.

Existen diferentes tipos de metamorfismo, pero los básicos se

denominan: metamorfismo de contacto y metamorfismo regional.


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La geología en la industria


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La civilización moderna requiere una gran variedad de materialesy una enorme cantidad de energía. Usamos de éstos mucho másde lo que se usó en cualquier época del pasado de la razahumana y nuestras necesidades se multiplican.

Dependemos de los materiales para las construcciones,transporte, comunicaciones, trabajo y seguridad. Ademásnecesitamos de la energía para procurarnos estos materiales.

¿De donde proceden esta materia y la energía?

La mayor parte vienen de depósitos en la corteza terrestre.

Estos depósitos se han formado en la naturaleza a través deltiempo y de los procesos geológicos que constituyen los recursosde nuestra Tierra.


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Las principales fuentes de energía utilizadas en los paísesaltamente industrializados son:

1. Combustibles fósilesa. Petróleob. Carbónc. Gas natural

2. Hidroeléctrica3. Energía química

4. Energía atómica


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Los materiales en uso actual son principalmente minerales y seles puede agrupar en dos grandes categorías:

1. Metálicosa) Aluminiob) Cobre

c) Orod) Platae) Hierrof) Estañog) Etc.

2. No Metálicos

a) Diamanteb) Calizac) Sald) Cementoe) Azufref) Asbesto


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La mayor parte de ellos puede encontrarse en ciertas cantidadesen alguna forma casi en cualquier parte; pero no todos losdepósitos son utilizables, esto por falta de medios para separar elmineral deseado de los otros minerales o porque el depósito esmuy chico o inaccesible.

Por ejemplo el oro, diseminado en forma de pepitas en undepósito de gravas, debe separase de los otros minerales de lagrava. La separación se hace mediante amalgama que utiliza lagran tendencia del oro a combinarse con el mercurio.

Algunos sulfuros son utilizados por el metal que contienen, pero lamayor parte no se encuentran solos; frecuentemente estánasociados con minerales sin valor. A fin de separar los sulfuros deotros minerales, se muelen y se separan por un proceso llamadoflotación.


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Una forma adecuada para tratar los depósitos minerales es

clasificarlos sobre la base de los procesos geológicos que los

han formado:

Actividad ígnea (diamante, platino, cromo, níquel, oro, plata,estaño, etc.).

Actividad de intemperismo (aluminio, hierro, cobre, etc.).

Sedimentaria

formación de masas de rocas originales (la piedra a sido

utilizada a través de miles de años como material de

construcción, para carreteras, como balasto en ferrocarriles,

piedras en los rompeolas, revestimientos, etc.


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Fuentes de energía

En la actualidad podemos contar solamente con pocas fuentes deenergía, principalmente carbón, petróleo y gas, las cuales han sido

conocidas por el hombre desde hace siglos. Éstas pueden utilizarseúnicamente cuando son concentradas por procesos geológico.

Otra sustancia orgánica que puede ser utilizada, es la madera, pero es lamenos eficiente. El carbón, el petróleo y el gas son las más eficientes, yaque representan energía que ha sido concentrada por la descomposición

de la materia orgánica.

Cuando los combustibles orgánicos se queman, se desprenden en formade calor grandes cantidades de energía química almacenada. Este calorpuede utilizarse, bien en forma directa o ser transformado, como laenergía eléctrica.


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¿ Que son el petróleo y el gas?

Son restos de materia orgánica reducida por descomposición a unestado en que el carbono y el hidrógeno son los principales

elementos. Estos elementos se combinan en una gran variedad demaneras para formar moléculas de sustancias conocidas comohidrocarburos.

La característica que distingue a las moléculas de los diferentes

hidrocarburos es el numero de átomos de carbono que contiene.Por ejemplo, un átomo de carbono combinado con 4 de hidrógenoconstituyen una molécula del gas llamado metano. Dos átomos decarbono combinados con 6 átomos de hidrógeno forman lamolécula del gas llamado etano.

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Métodos para encontrar petróleo y gas

Las concentraciones de petróleo y gas se desarrollan solamenteen gruesas masas de sedimentos marinos, los exploradores

limitan su búsqueda a formaciones de rocas sedimentarias.

Para la exploración se utilizan diferentes métodos de búsqueda: Sondeos estructurales Exploración sismológica Exploración gravimétrica

Con estos métodos, se determina si existe o no una estructura capaz deatrapar aceite o gas, pero no prueban en forma directa la presenciade un yacimiento.

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Petróleo y gas atrapados en un antiguo arrecife decoral. Se cree que algunos arrecifes pueden habercontribuido con sus restos orgánicos, como materiageneradora de petróleo, a la vez de servir de rocaalmacenadoras de los hidrocarburos destilados por

la naturaleza.

Anticlinal simétrico que constituye una trampa para

petróleo y gas, separados del agua por diferenciasde peso específico. El petróleo y el gas se mueven

hacia arriba, para flotar sobre el agua que estáasociada con ellos dentro de una roca

almacenadora permeable, hasta que encuentranuna capa impermeable plegada en forma de

anticlinal que no les permita continuar su

movimiento ascendente. Se acumulan ahí,quedando el gas sobre el aceite.

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Trampa de petróleo originada por un anticlinaldistorsionado. Si el pliegue anticlinal es ligeramentemás pendiente de un lado que del otro, su cresta enla superficie no quedará directamente arriba de lacresta donde se han acumulado a profundidad el

petróleo y el gas.

Trampa estratigráfica de petróleo. Si en las antiguasplayas y barras de arena se dieron condiciones en

las que la arena gradúa a arcilla, las rocasequivalentes de estos depósitos presentarán

permeabilidad dentro de la arena y ausencia de ellaen la arcilla. Si el petróleo que viene migrando enforma ascendente en la arena queda atrapado porun brusco cambio a lutita impermeable, sin haber

deformación estructural, se forma una trampaestratigráfica.

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Tipos de trampas

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La energía del mañana

La energía atómica será indudablemente la fuente de energía delfuturo. El carbón, el petróleo y el gas nos proporcionan solamente

la energía química almacenada en los electrodos de sus átomos;los combustibles atómicos liberan la energía mucho mayor, que seencuentra aprisionada en los núcleos atómicos.

Si los núcleos atómicos pudieran reaccionar uno con otro, de tal

manera que liberaran su fuente de energía interna, la energíaproducida sería de un millón de veces más grande que la liberadapor reacciones químicas ordinarias.

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Energía Atómica

Hasta ahora, la gran cantidad de energía nuclear que se halogrado liberar proviene de los átomos de unos cuantos

elementos. Uno de éstos es el uranio, elemento naturalmenteinestable.

Los depósitos de uranio se formaron por actividad ígnea yaparecen en rocas de este tipo, como diques y depósitos de veta.

La mayor parte del abastecimiento mundial de uranio procede dedepósitos en Canadá, en Bélgica y en la Republica Checa.

Además se ha encontrado en rocas sedimentarias en USA,Canadá y en África.

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