Tema 1 Introducción I: El Sistema Tierra

1- El Sistema Tierra.

El sistema Tierra está formado por subsistemas. Los subsistemas terrestres son: Atmósfera,

Hidrosfera, Geosfera y Biosfera.

La composición de nuestro planeta está constituida por 3 elementos físicos: uno sólido (Geosfera),

otro líquido (Hidrosfera) y otro gaseoso (Atmósfera).

La combinación e interacción de estos 3 elementos hace posible la existencia de vida sobre la

Tierra (Biosfera).

Estos elementos no están aislados, cada uno se relaciona con los otros formando un todo complejo

y en constante interacción: el Sistema Tierra.

2- Definición y objetivos de la Geología Histórica.

El concepto de Geología procede del griego “geo” (Tierra) y “logos” (Estudio).

La Geología es la ciencia que estudia la Tierra.

La Geología se divide en:

-Geología Física: estudia los materiales que componen la Tierra (minerales y rocas) y los procesos

que operan tanto en su interior como en superficie.

Geología Histórica: estudia el origen y la evolución de la Tierra, de sus continentes, océanos y

atmósfera, y de la vida.

La Geología Histórica no pretende ser únicamente una narración de eventos del pasado, sino el

estudio de la dinámica del planeta durante sus 4.600 Ma de historia, intentando explicar qué, cómo

y por qué ocurrió en el pasado.

La visión de la evolución del planeta que nos proporciona la Geología Histórica se basa en datos

procedentes de muy diversas áreas de conocimiento, tanto geológicas (Estratigrafía, Paleontología,

Petrología, Tectónica…), como de otra índole (Biología, Paleomagnetismo, Métodos de datación

radiométrica, Física atmosférica, Oceanografía, etc…).

La comprensión del origen y evolución de la Tierra necesita la ordenación cronológica de los

múltiples cambios (físicos, químicos, biológicos,…) acontecidos en el pasado geológico.

El estado actual de la Tierra no es otra cosa que la consecuencia final de todos estos eventos

encadenados en el tiempo.

Las rocas que forman los continentes, los estratos sedimentarios y los fósiles que contienen, son

auténticos “documentos históricos” del pasado de la Tierra. Son las “hojas del libro de la Historia

geológica de la Tierra”.

Cuanto más antiguo es el periodo que se pretende analizar, mayores dificultades vamos a

encontrar. Por contra, cuanto más reciente sea un período geológico, más datos podremos

obtener.

3- Métodos de estudio.

Para desentrañar la historia de la Tierra debemos conocer los procesos que actuaron en épocas pasadas, y que se produjeron en escenarios a veces muy diferentes de los actuales. Hutton y Lyell (s. XVIII-XIX), propusieron los llamados principios del Uniformitarismo y del Actualismo. Estos principios, sinónimos para muchos autores, vienen a decir que “los procesos naturales del pasado, y entre ellos los geológicos, pueden ser explicados a través de procesos que operan en la actualidad, y que han funcionado de igual manera (uniformemente) a través del tiempo geológico”. En resumen: “el presente es la clave para conocer el pasado” y, a su vez “el pasado es la clave para predecir eventos futuros”. La validez de estos principios parece perfectamente demostrable siempre que tengamos en cuenta que la intensidad de los procesos puede haber cambiado en el tiempo.

Otro importante principio en el que se basa la Geología Histórica es el Principio de sucesión faunística o principio de correlación propuesto por William Smith (s. XIX) según el cual “el contenido fósil de las rocas sedimentarias (asociación fosilífera) varía en la vertical en un orden determinado, y este orden puede identificarse horizontalmente a distancias considerables”. La “isocronía” son las líneas que crean una correlación estratigráfica. Los Principios de la Geología Histórica ayudan a interpretar la Historia de la Tierra y tienen aplicaciones prácticas de gran interés, como la Correlación en Exploración petrolífera. La Geología Histórica necesita: -Una base para comprender la Historia de la Vida mediante la Teoría de la Evolución Orgánica (Darwin, 1859): “todos los organismos actuales están relacionados y descienden, con modificaciones, de organismos que vivieron en el pasado y cuyo motor evolutivo fue la selección natural de las formas más aptas”. -Una base para interpretarla, como la Teoría de la Tectónica de Placas (Wilson, 1960), a partir de la Hipótesis de la Deriva de los Continentes (Wegener, 1924): “la litosfera se halla subdividida en placas rígidas, que se desplazan sobre una astenosfera plástica por corrientes de convección del manto, y cuyos límites llevan asociada actividad volcánica y terremotos”. La aplicación de estos conocimientos, iniciada en el s. XIX, permitieron definir unidades cronoestratigráficas y geocronológicas, y son válidos actualmente.

La caracterización de las unidades cronoestratigráficas de orden menor (Piso) se definían como series tipo o estratotipos. Las series tipo son lugares donde la sucesión sedimentaria de una edad determinada está representada y servían de referencia para los científicos. Los problemas de solapamiento y la presencia de lagunas estratigráficas entre pisos han llevado en la actualidad al desarrollo de GSSP’s (estratotipos de límite inferior). Los GSSP’s y estratotipos de límite inferior han llevado a una caracterización más precisa del registro cronoestratigráfico sin solapamientos ni lagunas estratigráficas entre unidades. A pesar que la mayor parte de estos términos siguen siendo vigentes en la actualidad en las tablas estratigráficas internacionales estándar (“International Stratigraphic Chart”), los GSSP’s (Global Stratotype Section and Point) o Estratotipos de límite inferior han llevado a una caracterización más precisa del registro cronoestratigráfico sin solapamientos ni lagunas estratigráficas entre unidades.

Los Estratotipos de límite inferior caracterizados en cada momento quedan reflejados en las tablas estratigráficas internacionales estándar (“International Stratigraphic Chart”) que van siendo publicadas anualmente por la “Comisión Internacional de Estratigrafía”, dependiente de la “Unión Internacional de Ciencias Geológicas”, organismo encargado de la normalización de esta cuestión.

4- Características y dinámica de la Tierra.

▪ El Planeta Tierra en el Sistema Solar.

La Tierra es el 3º planeta más cercano al Sol, a una distancia de 150x106 km y el 6º en tamaño de los

9 planetas principales.

La energía que recibe del Sol es la óptima para la vida.

▪ El Sol.

El Sol es la primera fuente de iluminación de la Tierra. Irradia luz por

su alta Tª y con ella calienta la Tierra, impulsando la meteorología y el

clima.

La luz del Sol emite calor que impacta contra la Tierra y se distribuye

en todas direcciones debido a la atmósfera, manteniendo así la Tª

constante. La luz la aprovechan los vegetales para realizar la

fotosíntesis, iniciando la cadena trófica.

▪ La Tierra.

La Tierra da vueltas sobre sí misma alrededor de un eje

imaginario que pasa por los polos. El eje de rotación tiene una

inclinación de 23,5º. La rotación terrestre es de W a E y tarda

24 h en dar una vuelta completa, movimiento responsable de

la repetición regular del día y la noche.

El otro movimiento principal de la Tierra es el de traslación alrededor del sol, describiendo un

recorrido elipsoidal (“plano de la eclíptica”) durante 365 días (“un año”). Las estaciones están

provocadas por la distancia de la Tierra respecto al Sol y por la inclinación del eje de rotación

respecto al plano de la eclíptica.

▪ La Luna.

Es el satélite de la Tierra que se desplaza a su alrededor siguiendo una trayectoria elipsoidal.

La Luna es la segunda fuente de iluminación de la Tierra, a través de la luz reflejada que recibe del

Sol. Ejerce una notable influencia sobre la vida de los organismos y su efecto gravitatorio es el

causante de los fenómenos de las mareas.

▪ La Atmósfera.

Es una envoltura gaseosa que rodea a la Tierra y es imprescindible para la existencia y desarrollo de

la vida.

La atmósfera tiene un grosor aproximado de 1.000 Km, y está estratificada en capas. La atmósfera

de la Tierra se halla compuesta principalmente de N2 (78%) y O2 (21%). Las capas son:

-Exosfera: es la zona de tránsito entre la atmósfera terrestre y el espacio interplanetario. Se

extiende hasta los 10.000 km de altura, hallándose relativamente indefinida. En este área es donde

los átomos se escapan hacia el espacio.

-Termosfera o Ionosfera: se extiende hasta los 600-800 km de altura y sólo contiene el 0,1% de los

gases de la atmósfera. La T aumenta con la altitud, pudiendo llegar a los 1.500° C e incluso más. Es

la capa que provoca la desintegración de los meteoritos que llegan del espacio, y donde se

producen fenómenos como las auroras boreales.

-Mesosfera: se extiende entre los 50 y 85 km de altura y es la zona más fría de la atmósfera,

pudiendo alcanzar los -80 °C.

-Estratosfera: es donde se halla la capa de ozono (O3), filtro de las radiaciones ultravioletas

procedentes del sol. A medida que se asciende en la estratosfera la T aumenta, ya que el proceso

de transformación del oxígeno en ozono involucra calor. En ella es por donde discurren la mayor

parte de satélites artificiales.

-Troposfera: es la capa inferior, donde ocurren todos los fenómenos meteorológicos y climáticos, y

actúa como reguladora de la temperatura.

▪ Circulación y fenómenos atmosféricos.

La atmósfera terrestre no es una masa inerte sino que presenta características cambiantes de gran

complejidad. Las masas atmosféricas se mueven constantemente, se calientan o se enfrían, se

satura o se liberan de humedad.

Los fenómenos ligados al carácter cambiante de la atmósfera (presión atmosférica, vientos

dominantes, frentes y precipitaciones) pueden llegar a ser muy destructivos, pero posiblemente sin

ellos la vida en la Tierra no existiría, al menos tal y como la conocemos.

▪ La Hidrosfera.

La hidrosfera engloba el agua total del planeta, incluye los océanos, mares, lagos, charcas, ríos,

aguas subterráneas, hielo y nieve. Permite la existencia de la vida sobre la Tierra y el modelado de

la superficie del planeta.

-Océanos y Mares. Agua salada.

En los océanos y mares el agua salada ocupa el 71% de la superficie de la Tierra. Hay 3 océanos

grandes: Atlántico, Índico y Pacífico, y 3 océanos pequeños: Ártico y Antártico. Están delimitados

parcialmente por la forma de los continentes y archipiélagos.

Circulación oceánica.

Los mares y océanos muestran un patrón de circulación de sus aguas que puede ser de carácter

superficial (corrientes superficiales o marinas), o profundo (corrientes profundas o termohalinas).

El patrón de corrientes profundas o termohalinas parecen una cinta transportadora oceánica a gran

escala determinada por los gradientes de densidad global de las aguas (dependientes de Tª y

profundidad), producto del calor en la superficie y los flujos de agua dulce. Influyen en el clima

terrestre.

El patrón superficial de corrientes está asociado a multitud de causas, principalmente el

movimiento de rotación terrestre, los vientos, la configuración de las costas y la ubicación de los

continentes.

-Agua dulce.

El agua dulce total del planeta representa el 3%. Se encuentra en los continentes y los Polos. En

forma líquida están en ríos, lagos o acuíferos subterráneos. En forma de nieve y hielo en los

glaciares de alta montaña y en las masas de hielo acumuladas en el Polo N y en la Antártida.

El aumento o disminución de la masa de hielo en los casquetes polares es un causante de las

transgresiones y regresiones marinas.

Los periodos de calentamiento global y el

correspondiente deshielo pueden causar cambios

en el patrón general de circulación oceánica, al

introducir grandes cantidades de agua dulce en el

medio oceánico y variar las condiciones de

salinidad y densidad de las aguas marinas.

Por ejemplo, hace 12500-11500 años se fundió

parte del hielo de Norteamérica, incorporando

agua dulce al Atlántico norte interrumpiendo la

Corriente del Golfo y causando un periodo frío

como una pequeña edad de hielo.

▪ La Litosfera.

Las tierras emergidas están situadas sobre el nivel del mar y ocupan el 29% de la superficie del

planeta. Su distribución es muy irregular, concentrándose en el Hemisferio Norte. En el Hemisferio

Sur dominan los océanos. Las tierras emergidas están repartidas en 6 continentes: Europa, Asia,

África, América, Oceanía y Antártica.

La litosfera es la capa superficial de la Tierra sólida, y es rígida. La litosfera comprende la corteza

terrestre y parte del manto superior. Este conjunto “flota” sobre una capa plástica, la Astenosfera.

La Tectónica de Placas se produce por la interacción de estas dos capas.

La litosfera está fragmentada en placas tectónicas o

litosférica. En sus bordes se concentran los fenómenos

geológicos internos, como el magmatismo (incluido el

vulcanismo), la sismicidad o la orogénesis. Las placas

pueden ser oceánicas o mixtas, formadas en parte por

corteza de tipo continental.

▪ Ciclos geológicos.

Los agentes geológicos internos son importantes en el

inicio del ciclo de las rocas aportando magmas a la

superficie. Tras esto, la atmósfera e hidrosfera mediante sus agentes (viento, agua, hielo,…)

provocan continuos procesos de

erosión, transporte y sedimentación en

la litosfera. Éstos se denominan

procesos geológicos externos que

forman la parte superficial del ciclo

geológico.

-Ciclo de las Rocas.

Las rocas volcánicas y plutónicas se

forman a partir de la solidificación del

magma. Cuando llegan a la superficie

terrestre sufren erosión, transporte y

sedimentación, dando lugar a las rocas

sedimentarias. El aumento de la

presión y temperatura de las rocas

superficiales puede convertirlas en

rocas metamórficas y fundirlas en

forma de magma (áreas de subducción)

con lo que se inicia un nuevo ciclo.

Los procesos geológicos externos están condicionados por los procesos atmosféricos, en continua

interacción con la hidrosfera.

-Ciclo del agua.

El agua está en permanente circulación desde el mar, donde se evapora en parte para luego

condensarse y precipitar en forma de agua y nieve, acumulándose temporalmente en forma líquida

o sólida (hielo), o siguiendo su recorrido por la superficie terrestre hacia zonas más bajas. Por el

camino sufre evaporación o sublimación hacia la atmósfera en forma de vapor de agua o

infiltrándose en el sustrato, para cerrar el ciclo con su retorno al mar.

5- Efectos de la dinámica terrestre: Tectónica de Placas y Eustatismo.

5.1-Tectónica de placas.

▪ Tipos de límites.

Según las características de los límites de placa (divergente, convergente o transformante) se

generan una serie de fenómenos geológicos diferenciados.

-Limites de placa divergente.

Los límites divergentes son constructivos y crean dorsales. En los límites de placa divergentes se

genera fundamentalmente vulcanismo. Estos límites son extensivos.

Los hot spots (puntos calientes) y la formación de islas se pueden relacionar con la extensión del

terreno. La migración de las plumas del manto o el movimiento relativo de las placas respecto a

estas plumas generan puntos calientes, y como consecuencia la formación de archipiélagos de islas

de origen volcánico. Ej.: Islas de Hawaii o Islas Canarias.

-Límites de placa convergentes.

Los límites convergentes son destructivos, con fuerzas compresivas. Forman zonas de subducción

por lo que en estos límites hay mucho vulcanismo y sismicidad.

Las fuerzas de comprensión provocan la formación de

orógenos por subducción. Cuando las cortezas

involucradas en un límite convergente son oceánicas y

continentales, la oceánica (más densa) se hunde por

debajo de la continental (menos densa) creando zonas

de subducción y un cabalgamiento. En las zonas de

subducción la fusión parcial de la corteza oceánica en

profundidad genera magmatismo y sismicidad y surgen

cordilleras montañosas de origen volcánico o “arcos-islas”. También puede haber zonas de

subducción entre dos placas continentales.

Los “arcos-islas volcánicos” se producen cuando la subducción es completamente oceánica, entre

litosferas de tipo oceánico.

La formación de orógenos por obducción se producen

cuando las cortezas involucradas en un límite convergente

son de naturaleza continental, ambas colisionan y generan

grandes relieves. Ej.: Cordillera del Himalaya.

-Límite de placas transformantes.

En los límites de placa transformantes se generan sismicidad. Los esfuerzos son de cizalla. Son

bordes conservativos porque no crean ni destruyen litosfera. Crean grandes terremotos (ej.:

Terremoto de Lisboa en 1755).

▪ Tsunamis.

La sismicidad generada en el fondo marino puede generar devastadores Tsunamis.

▪ La tectónica de placas y la distribución de la vida.

La distribución actual de animales y plantas está controlada por aspectos muy diversos como el

clima y las barreras geográficas. Las biotas del mundo se agrupan en provincias biogeográficas,

regiones caracterizadas por asociaciones de organismos bien diferenciadas. El clima y las barreras

geográficas son los límites más comunes entre provincias, y en algunos casos el movimiento de las

placas el factor que las controla.

La compleja interacción entre vientos y corrientes oceánicas tiene una fuerte influencia sobre el

clima del planeta, y éstos están muy influenciados por el número, distribución, topografía y

orientación de los continentes.

La distribución de continentes y cuencas afecta también al “provincialismo” al generar barreras

físicas o “puentes” que impiden o permiten la migración de los organismos.

La temperatura es otro factor limitante para los organismos, y a veces los límites entre provincias

reflejan “barreras de temperatura”. Las barreras pueden ser debidas a factores latitudinales o de

altitud. El grado de humedad y las precipitaciones son importantes en la distribución de los biomas

terrestres.

▪ La tectónica de placas y la distribución de recursos naturales.

La dinámica de las placas afecta a la formación y distribución de muchos recursos naturales. Por

esto, los geólogos usan la tectónica para buscar petróleo y depósitos minerales para explicar la

presencia de estos recursos. Las mayores concentraciones de petróleo conocidas en el mundo se

encuentran en la región del Golfo Pérsico y se debe a su paleogeografía y el movimiento de placas

que la provocó.

Muchos depósitos minerales metálicos (Cu, Au, Pb, Ag, Sn y Zn) están relacionados con la actividad

ígnea e hidrotermal asociada a áreas de subducción. Por esto la relación entre limites de placas y la

presencia de estos depósitos no es coincidencia.

El magma generado por la fusión parcial de una placa que subduce asciende hacia la superficie y se

enfría, precipitando y concentrando diversos minerales metálicos en zonas de fracturas por las que

se emplaza el magma.

En estos contextos se reconoce bien la génesis de importantes yacimientos minerales como los

depósitos de cobre del sector occidental de Norteamérica o la Franja Pirítica en Huelva.

5.2-Eustatismo.

El eustatismo es la variación global del nivel del

mar respecto a los continentes.

▪ Transgresiones y regresiones.

-Transgresiones.

Los incrementos relativos del nivel del mar

provocan que el mar cubra progresivamente zonas

terrestres anteriormente no afectadas por

procesos marinos. Los depósitos formados por

estos avances relativos del nivel del mar hacia el

interior del continente reciben el nombre de

depósitos transgresivos. Durante una transgresión

marina la línea de costa migra tierra adentro y los

medios sedimentarios litorales, paralelos a la línea

de costa, cubren progresivamente una mayor parte

del continente. Esto conlleva que depósitos de

características cada vez más marinas cubran

sedimentos depositados en medios litorales o

incluso continentales. Esto crea una secuencia de

profundización del medio sedimentario.

-Regresiones.

Los descensos relativos del nivel marino provocan

una retracción del mar y de los medios marinos en

general, y que muchas áreas anteriormente marinas

queden expuestas a las particularidades del medio

terrestre. Los depósitos formados tras estos

avances relativos del continente hacia zonas

anteriormente ocupadas por el mar reciben el

nombre de depósitos regresivos. Durante una

regresión marina la línea de costa migra en

dirección al mar y los medios sedimentarios

continentales cubren progresivamente lo que eran

áreas anteriormente marinas. Ello conlleva que

depósitos de características cada vez más terrestres

cubran sedimentos depositados en medio litorales

o incluso marinos. Esto crea secuencias de

somerización del medio sedimentario.

-Ciclos Transgresivos – Regresivos.

Los principales yacimientos de carbón de edad Carbonífera suelen presentarse en sucesiones

sedimentarias de carácter cíclico que reciben el nombre de ciclotemas, y que no son más que ciclos

de carácter transgresivo-regresivo.

-Causas de las Transgresiones y Regresiones marinas.

Las principales causas argumentadas por los geólogos para explicar los cambios relativos del nivel

del mar y responsables de las transgresiones y regresiones marinas son:

a) Cambios en el tamaño de los casquetes polares debido a cambios climáticos severos.

La fusión de los casquetes polares comporta una

elevación del nivel marino (transgresión). Se ha

calculado que la fusión completa de la banquisa de

hielo de la Antártida podría causar una elevación del

nivel marino del orden de 60-70 m.

Por el contrario, el crecimiento de los casquetes

polares durante una fase climática muy fría provoca

una caída del nivel marino (regresión). Se ha calculado

que durante el último máximo glacial (hace 18000

años), el nivel marino se encontraba alrededor de los -

120 m respecto al nivel actual, con lo que la mayor

parte de las actuales áreas de plataforma continental

se hallaban expuestas.

Las transgresiones y regresiones marinas no tienen por

qué tener un alcance global, sino que por su mismo origen pueden afectar a zonas más o menos

extensas del globo.

En el Cuaternario hubo Transgresiones y regresiones originadas por procesos glaciares

eustáticos que se desarrollaron a lo largo de este periodo.

Durante el Cuaternario, el Hemisferio N sufrió diversos períodos muy fríos, con la formación de

importantes acumulaciones de hielo en las regiones más septentrionales del globo (períodos

glaciales) acompañados por importantes caídas del nivel marino que permitieron que la “fauna

de la estepa-tundra” llegara a latitudes como la de nuestro país. Estos períodos están separados

por períodos más cálidos (períodos interglaciales) en los que, como consecuencia de la fusión de

los hielos, el nivel marino aumentó de forma brusca, llegando a cotas de hasta +85 m respecto

el actual.

b) Las tasas de expansión del suelo marino.

Estas más el vulcanismo submarino correspondiente, incrementan el volumen de las dorsales

centro-oceánicas a través del proceso de adición de lava, provocando a su vez un

“hinchamiento” de las mismas, con la consiguiente reducción de la capacidad de la “cubeta

oceánica” y el consiguiente desplazamiento de aguas invadiendo los bordes de los continentes

(transgresión).

Durante el Jurásico superior y el Cretácico hubo una transgresión. Las evidencias geológicas

indican que el nivel del mar durante el Jurásico superior y Cretácico pudo ser de +150 m,

posiblemente como resultado de una rápida tasa de expansión del suelo oceánico que provocó

un “hinchamiento y elevación” de las dorsales oceánicas, una disminución de la capacidad de

las cuencas oceánicas y el correspondiente empuje de las aguas marinas hacia zonas

continentales.

c) La subsidencia o bien el levantamiento de la superficie terrestre.

En los últimos 10000 años, tras la fusión de los hielos de la última glaciación, extensas áreas de N América y Canadá han sufrido una elevación isostática de casi 300 m, asociada a la disminución del peso del hielo que las cubría -> Regresión. Otras áreas muestran un carácter subsidente, como la región del Delta del Mississippi -> Transgresión.