La Geología como ciencia

La Geología como ciencia

Definición de Geología: Es un Ciencia histórica que investiga el origen y la evolución de La Tierra.

La Tierra tiene un radio de 6371 Kms. y se le atribuye una edad de 4500 millones de años (m.a). Se cree que la primera corteza sólida se formó hace 4100 a 4200 m.a. según indicaron los datos procedentes de la datación de circones estraídos de muestras tomadas en el Monte Narryer, en Australia occidental, pero esta primera fase sólida, no es la que actualmente se conoce.

El estudio geológico, puede comprender 3 etapas:

a) Descriptiva: Cómo son los fenómenos geológicos, relación entre ellos y selección de los mismos.

b) Comprensión: Consiste en relacionar los objetos descritos y si los hechos pueden reproducirse o no en el laboratorio.

c) Explicación: Explicación de los hechos, establecer leyes físicas o matemáticas y finalmente hipótesis.

Se trata de una ciencia que utiliza la física, matemáticas, química, biología, etcétera. Es inductiva, es decir, con los hechos se llega a una hipótesis.

Problemas que se plantean

No puede acceder a todo el volumen de la Tierra, solamente se puede estudiar la parte más externa de la Tierra.

A través del método inductivo no se pueden afirmar taxativamente las hipótesis. Los estudios sobre objetos son muy variables, por ello hay que aplicar métodos estadísticos.

Las hipótesis van a tener un grado de incertidumbre variable. Por ejemplo, para el caso de la cristalografía, las hipótesis son más firmes.

La medida del tiempo es importante y la unidad utilizada es el millón de años, debido a que los procesos geológicos son muy lentos. Al millón de años se denomina cron (cr ó m.a.).

Los períodos a los que pertenecen los terrenos se miden a través de la correlación estratigráfica, datación absoluta o datación radiactiva.

Correlación estratigráfica:

El objetivo de este método es establecer y situar de forma absoluta el terreno dentro de la escala del tiempo geológico. El principio de superposición de los estratos, establece que un sustrato situado encima de otro es más moderno que éste. Por procesos internos de la dinámica terrestre, los estratos pueden variar en posición e invertirse las series, de forma que los más modernos aparecen por debajo de los más antiguos. Para saber cual es el techo de un estrato resultan útiles varias estructuras, como pistas, huellas, ripplemarks, etc.

Estas estructuras se excavan originalmente en la cara superior de un estrato; si aparecen en relieve, estamos en la cara inferior del estrato superpuesto, pudiendo deducir así, la posición orioriginale éste.

Los fósiles también resultan útiles, ya que su posición normal, estadísticamente, es aquella en la que la concavidad está orientada hacia abajo.

Otro problema en estratigrafía es la correlación de series alejadas en el espacio, es decir, determinar si dos o más estratos de la misma región o de otros son contemporáneos. Para ello los criterios a seguir son de tres tipos:

a. Físicos, basados en los caracteres petrológicos de la serie, composición de la roca, minerales ...

b. Paleontológicos, basados en fósiles característicos o fósiles-guía. Los estratos con fósiles característicos serán contemporáneos, por ejemplo: una arenisca y una caliza de zonas diferentes que contuvieran fósiles-guía iguales serían de la misma edad.

Los grandes grupos zoológicos señalan correlativamente periodos geológicos amplios, por ejemplo: los trilobites marcan el Cámbrico, los graptolitos, el Ordovícico y Silúrico, los rumiantes, el Eoceno.

c. Radioactivos. Las rocas volcánicas son ricas en minerales radioactivos que se desintegran siguiendo las leyes normales de la radioactividad, transformándose en isótopos. La velocidad de desintegración necesaria para que un elemento llegue a convertirse en otro es constante: analizando la proporción del elementos originario, respecto del originado, podemos saber dentro de unos límites, el tiempo transcurrido desde su formación. Por ejemplo, si en una serie encontramos intercalados materiales eruptivos, analizando estos, podemos deducir su edad absoluta y situarlos en una serie geológica.

Los elementos más utilizados son:

Isótopo	Desintegración	Producto Final	Período (T) años	H
U23892	8α, 6β	U20682	4,51 · 109	1,54 · 10-10
U23592	7α, 4β	U20782	0,71 · 109	0,970 · 10-9
Th23290	6α, 4β	Pb20882	13,9 · 109	4,99 · 10-11
Rb8737	β	Sr8738	4,6 · 1010	1,39 · 10-11
K4019	β	Ca4020	1,31 · 109	0,56 · 10-10
K4019	γ	Ar4018	1,31 · 109	0,56 · 10-10
C146	β	N147	5750

En el proceso de transformación se emiten partículas:

• alfa (α). Corresponde a un átomo de Helio, He⁴₂. La transformación que implica la emisión de una partícula alfa, da lugar a un elemento que posee una masa atómica distinta, disminuida en 4 unidades de una masa con respecto al elemento inicial, y con número atómico disminuido en 2 unidades.
  
  Una radiación alfa es poco penetrante y puede ser interceptada por una lámina delgada de papel o de mica.
• beta (β). Son electrones y la transformación no lleva asociada pérdida de masa. La radiación que originan es muy penetrante y sólo puede ser interceptada por una lámina de plomo de más de 1 mm. de grosor.
• gamma (γ). Son fotones y no implica modificación de la masa en la transformación. Son radiaciones electromagnéticas de alta energía emitidas por el núcleo de un átomo excitado. Se trata de radiaciones muy penetrantes capaces de atravesar una lámina de plomo de 20mm. de grosor.

Tenemos que la velocidad de desintegración, es un factor independiente de las condiciones físicas y químicas, tales como la presión, temperatura. La radiación radioactiva sigue una ley constante: "la cantidad transformada (D_n) de un elemento radioactivo en un pequeño espacio de tiempo (dt) es proporcional a la cantidad de dicho elemento (N)".

Esta proporcionalidad se establece a partir de un factor constante, la constante de desintegración (λ), variable en función de cada elemento radioactivo. Así tenemos que:

Dn = -λ N dt

La integral entre el tiempo cero (t0) y el actual (t) de la ecuación anterior, nos da el número de átomos que había al principio del proceso, es decir:

N = N₀ e^λt

donde: N₀ es el número orginal de átomos; y N, es el número de átomos sin transformar en el tiempo t.

Para que un elemento pierda la mitad del número de átomos inicial, es necesario un tiempo T:

N₀/2 = N₀ e^λt
1/2 = e^{λ t} ; 1/2 = 1/e^λt
λ T = Ln 2 = 0.6931
T = 0.6931 / λ

Tenemos que T, es el período de semidesintegación del elemento radioactivo:

mientras que el tiempo en el que se originan los N₀ átomos radiogénicos viene determinado por la ecuación:

t = 1 / λ Ln (1 + N_h / N)

donde: N, es el número de átomos que quedan sin transformar; N_h, es el número de átomos transformados y λ es la constante de desintegración.

Este método presenta una serie de limitaciones:

• a. No deben haberse producido ni pérdidas ni ganancias del elemento padre o del elemento hijo.
• b. Los valores de λ y T, deben conocerse con exactitud.
• c. El mineral o la roca utilizada en la datación debe haberse formado en un intervalo relativamente corto con respecto a su edad.

Historia

La Geología, es una ciencia que se forma tardíamente, no apareciendo como tal hasta finales del siglo XVIII.

La Geología no adquiera importancia en la Antigüedad. Podemos resumir brevemente los principales conocimientos o teorías logrados en la época grecorromana:

• Las variaciones en la línea de costa, las colmataciones y la erosión.
• Los fósiles.
• La herencia terminológica.
• Los ríos subterráneos, las galerías, el problema de los manantiales.
• Los terremotos y los volcanes.
• Las teorías genéticas, los diluvios; los textos bíblicos.

Los autores más significativos serían Aristóteles, con su tratado llamado Los Meteoros, y sobre todo Plinio, con su Historia Natural, que estaría vigente hasta finales del siglo XVIII.

Durante la Edad Media, los avances e investigaciones que se producen se basan principalmente en los trabajos griegos, especialmente, sobre los de Aristóteles, sin embargo resaltan nombres como Alberto Magno, Avicena o Jean Buridan. Ellenberger, define a este período como un período donde la Geología, sigue siendo abstracta, pero que cuando se interesa por los hechos, lo hace de forma lúcida y abstracta.

El Renacimiento, es una época donde se produce un interés especial por los fósiles, con la elaboración de teorías acerca de su formación. Es en este período cuando crean los museos, entendidos como centros abierto al público, se trata de avanzar en los conocimientos alcanzados por los grecolatinos. Destacan algunos nombres como Palissy y Gesner (paleontología), Agricola (simplemente por su interés en la explotación minera) entre otros. Pero no podemos hablar de un ciencia geológica aún en el siglo XVI.

En el siglo XVII, se produce un gran adelanto en el campo de la cristalografía y la mineralogía con Steno, que enuncia la ley de los ángulos diedros. Steno también trata el asunto de los fósiles entre otras materias, recogidos en su gran obra El Prodomus. Se puede decir, que, en líneas generales, Steno es quien pone las bases de lo que sería la ciencia geológica.

En el siglo XVIII, se produce un gran avance con Hany en el campo de la cristalografía. Mientras, Hutton elabora sus teorías en campo de la Petrología Endógena, relativas al granito y al basalto.

En el siglo XIX, se potencia la Paleontología, Tectónica y la experimentación en laboratorio.

A finales del siglo XIX y principios del XX, se crean nuevas técnicas aplicadas a la Geología.

Ya en los años 60, se enuncia la Teoría General de la Tectónica de Placas.