Thursday 8 January 2015

Génesis de los Minerales (part 1)

INTRODUCCION

Al principio, hace unos 4470 millones de años atrás, la tierra  era una masa incandescente, con una elevada temperatura propia del proceso de creación de los materiales, debido a que cuando las capas exteriores empezaban a solidificarse, el calor procedente del interior las fundía de nuevo.
También el impacto de asteroides impedía la consolidación de su superficie.
Lentamente, la temperatura bajó lo suficiente como para permitir la formación de una corteza terrestre más o menos estable.
Entre los elementos más pesados y abundantes, el hierro y el níquel se concentraron en el centro o núcleo. Luego se definieron otras capas concéntricas al núcleo formado por materiales de distintas densidades, conocido como manto.
Se cree que la atmósfera terrestre se formó a partir de ese período, como producto de la intensa actividad volcánica. Justamente,  el vulcanismo aportó el vapor de agua a la atmósfera primitiva, al igual que los meteoritos y cometas que impactaron sobre nuestro planeta durante su formación.
El enfriamiento progresivo de la Tierra y las emisiones de gases a la atmósfera, hicieron posible que nuestro planeta se condensase, originando lluvias, que formaron los mares y océanos hace unos 3.800 millones de años; es decir, dando origen la hidrosfera.

          
                         
                                                  sunset picture of the Uyuni flat, Bolivia


Elementos químicos del universo, del sol, de las estrellas y de la tierra.

La clasificación Goldschmidt
Es desarrollada por Víctor Goldschmidt, es una clasificación geoquímica que agrupa a los elementos químicos de acuerdo a sus fases huésped preferidas en lithophile, siderophile, chalcophile y atmophile o volátiles.
Elementos siderófilos: Presentan una débil afinidad por el azufre y por el oxígeno. Son los elementos que se encuentran en estado nativo, es decir, sin combinar con otros elementos. Son solubles en hierro fundido. Se concentran en el núcleo de hierro metálico de la Tierra.
-Elementos calcófilos: Presentan una fuerte afinidad por el azufre y débil por el oxígeno. Forman principalmente sulfuros. Estos elementos se pueden encontrar en estados nativos pero restringidos a ambientes carentes de azufre. Accesorios en el manto intermedio.
-Elementos litófilos: Son aquellos que tienen una fuerte afinidad por el oxígeno. Son elementos que raramente se encuentran en estado nativo ya que el oxígeno abunda en la naturaleza. Se incorporan a los silicatos. Esencialmente conforman la corteza terrestre (Litosfera).
-Elementos atmófilos: Son los que constituyen la atmósfera principalmente. Corresponden a los gases nobles, H y N
Estructura interna de la Tierra
Para poder comprender cómo funciona la Tierra, es necesario saber cómo es por dentro, en cuanto a composición y en cuanto a estructura. El estudio del interior de la Tierra sugiere una estructura composicional en capas (geo-esferas) a las que se superpone una estructura dinámica, es decir referida al comportamiento de los materiales internos.

Estructura química
Ante la imposibilidad de acceder directamente al interior de la Tierra, el estudio de su interior se hace por métodos indirectos, que consisten, básicamente, en medidas de características químicas de la Tierra en su conjunto.

Las capas (teoría química) terrestres son, de afuera a adentro;
Corteza: es la capa más fina e irregular. Sólida. Su espesor varía desde 5 km bajo los fondos oceánicos hasta    más de 70 km en algunos puntos de los continentes. Es la menos densa, formada por elementos químicos ligeros,    como el oxígeno, carbono, silicio, etc. Su límite con la siguiente capa forma la discontinuidad de Mohorovicic.
Manto: más uniforme que la Corteza y mucho más grueso. Su límite se sitúa a 2900 km contado desde la    superficie media (superficie del geoide). Se encuentra en estado sólido aunque tiene cierta plasticidad. Está    compuesto por elementos más densos, como son el hierro y el magnesio, aunque también posee importantes    cantidades de silicio, formando una roca característica denominada peridotita. Su límite con el Núcleo forma la    discontinuidad de Gutemberg.
Núcleo externo: muy denso y en estado líquido, lo que sabemos porque las "ondas s" desaparecen a partir de    él. Compuesto básicamente por hierro, níquel y azufre, similar a un tipo de material (roca) denominado troilita,    encontrado en algunos meteoritos que han caído a la Tierra (siderolitos) y cuyas propiedades físicas coinciden con    las medidas para esta capa terrestre. Su límite, situado a 5100 km, se denomina discontinuidad de Wiechert.
Núcleo interno: la capa más densa de la Tierra. Suponemos que sólida y de carácter metálico. Predominan el hierro y el níquel. Forma la parte central del planeta.

Estructura físico- dinámico
Es una división del interior de la Tierra en capas no diferenciadas por su composición sino por su dinámica, manifestada por el comportamiento térmico. Este tipo de estudios conforman una ciencia, el aérea entre la geología y la física, denominada geofísica.
Para esto es necesario entender la teoría del gradiente térmico.
Gradiente geotérmico; es el aumento de temperatura de la Tierra según profundizamos, es decir según  nos alejamos de la superficie y nos acercamos al interior.
                - El gradiente geotérmico medio, para la Corteza, es de 1º C / 33 m
- Gradiente geotérmico mínimo: 1º C / 100 m
- Gradiente geotérmico máximo: 1º C / 11 m
Con ello existe la siguiente clasificación:
Litosfera: es la capa más superficial, correspondiendo a la totalidad de la Corteza y la parte más superficial del manto (hasta unos 200 km de profundidad). Es totalmente rígida y en ella el calor interno se propaga por  conducción.  Es una capa de comportamiento rígido, puesto que si se somete a mucha fuerza, se rompe.
Aestenósfera: la distribución de los máximos y mínimos del gradiente geotérmico sugiere una propagación del calor  de forma convectiva, que se situaría precisamente en esta zona. A pesar de ser sólido el Manto, en esta zona, comprendida entre 200 y 800 km aproximadamente, un aumento de la plasticidad permitiría un flujo convectivo.  A las corrientes de convección de la Aestenósfera se les considera el auténtico motor de la dinámica interna de la Tierra. Se caracteriza por la plasticidad de los materiales y su fluidez (capacidad para desplazarse).
Mesosfera: formada por el resto del Manto. Actualmente se piensa que el transporte de calor por esta zona también es convectivo, solo que se trataría de una convección más lenta y "a larga distancia".  Se encuentra bajo la aestenósfera hasta los 2.900 km. de profundidad. Es una capa sólida de la que no se conoce su estado de rigidez.
Endosfera: es la fuente del calor interno. Corresponde al Núcleo terrestre. Este nivel llega hasta los 5.100 km. de profundidad hasta el máximo de 6327 kms.
Estructura interna de la Tierra según propiedades quico-fisicas.

Sismicidad
Suceden algunos terremotos intraplaca, en fracturas en regiones centrales y generalmente estables de las placas, pero la inmensa mayoría se origina en bordes de placa.
Las circunstancias del clima y de la historia han hecho concentrarse buena parte de la población mundial en regiones continentales sumamente sísmicas, las que forman los cinturones orogenéticos, junto a límites convergentes.

 Discontinuidades sísmicas
Las discontinuidades de primer orden son:
-          La discontinuidad de Mohorovicic: se encuentra a unos 8-10 km. bajo los océanos, y a unos 30-40 km. bajo los continentes.
-          La discontinuidad de Gutenberg: es la que está situada a unos 2.900 km. de profundidad.
Otras discontinuidades de menor orden son:
- La discontinuidad de Conrad, localizada a unos 9-15 km bajo los continentes. Sólo existe    en las áreas continentales.
- La discontinuidad de Repetti, que se encuentra a unos 700 km de profundidad.
- La discontinuidad de Weichert, a unos 5.100 km de profundidad.                       
- La discontinuidad de Mohorovicic sería el límite inferior de la corteza terrestre.

Ondas sísmicas
Las ondas sísmicas se clasifican en ondas internas y ondas superficiales. Las ondas internas son aquellas que se propagan desde su origen hasta la superficie de la Tierra, que se subdividen en ondas P y ondas S. Por otra parte, las ondas superficiales son las que se propagan sobre la superficie de la Tierra, que a su vez se subdividen en ondas Rayleigh y ondas Love, después de la llegada de las ondas P y S a la superficie de la Tierra.
Las ondas P (ondas primarias) se denominan así porque son las primeras en llegar a la superficie de la Tierra. Su velocidad de propagación es de aproximadamente unos 7,5 kilómetros por segundo, aunque ésta puede cambiar dependiendo de la densidad del medio en el que se transmiten. Las ondas P son ondas longitudinales que se propagan produciendo oscilaciones del material con el que se encuentran en el mismo sentido en el cual se propagan.
Las ondas S (ondas secundarias) deben su nombre al hecho de que llegan a la superficie de la Tierra después de las ondas P, en segundo lugar. Las ondas S tienen una velocidad propagación de alrededor de 4,2 kilómetros por segundo, aunque al igual que las P, estas también varía de acuerdo al material en el que se propagan. Las ondas S son ondas transversales que se propagan produciendo movimientos perpendiculares a la dirección en que se propagan, a través del material en que se transmiten.
Así, las ondas P llegan primero, seguidas por las ondas S y es esta diferencia de tiempo la que permite determinar la distancia entre el punto de percepción del temblor y su foco. Las ondas superficiales se producen después de la llegada de las ondas internas al epicentro en la superficie de la Tierra. Tanto las ondas Rayleigh como las ondas Love son ondas transversales, lo que asemeja a las ondas Rayleigh a las olas del mar. En su desplazamiento, las ondas Love producen deformaciones horizontales perpendiculares.
Gráfico de las ondas sísmicas

Tectónica de placas
La tectónica de placas es una teoría geológica que explica la forma en que está estructurada la litósfera. La teoría da una explicación a las placas tectónicas que forman la superficie de la Tierra y a los desplazamientos que se observan entre ellas en su movimiento sobre el manto terrestre fluido, sus direcciones e interacciones.
También, explica la formación de las cadenas montañosas llamadas orogénesis. Asimismo, da una explicación satisfactoria del porqué de los terremotos y de los volcanes que se concentran en regiones concretas del planeta, como por ejemplo, el cinturón de fuego del Pacífico, la cordillera de los Andes, etc. Además, del por qué las grandes fosas submarinas están junto a islas y continentes y no en el centro del océano.
La tectónica de placas, son bloques de litosfera con una media de grosor de 100 km., que están perfectamente encajados unos con otros. Estas placas no tienen un tamaño fijo: su superficie puede aumentar o disminuir, compensándose con la superficie de otras rocas. Estos bloques están “flotando” en la aestenósfera, según su peso, es decir, que estarán más hundidos en la aestenósfera cuando más peso tengan estos bloques.
Tectónica de placas


Equilibrio Isostático
Es una teoría que dice que las placas tectónicas se mantienen en equilibrio debido a la diferencia de densidades. Ese equilibrio isostático se puede alterar por la disminución del peso de un bloque debido a una intensa erosión de una zona de la superficie terrestre, o a la fusión de una masa de hielo situada sobre ella, a consecuencia de un cambio climático; en caso de que esto sucediera, la capa plástica sobre la que flota permite un lento levantamiento de esa zona.
 Y si por el contrario, una zona de la superficie terrestre es recubierta por un casquete de hielo o por una acumulación considerable de sedimentos, bajo este peso la corteza experimentará un hundimiento lento.

Movimiento epirogénicos
Los movimientos epirogénicos son levantamientos o hundimientos de la corteza terrestre. Pueden ser ascendentes o descendentes. En los límites entre placas se dan fenómenos volcánicos. Hay “tres tipos” de límites entre placas:
a) Constructivos o de expansión: Las placas tienen un movimiento divergente; tienden a separarse, pero no se separan. En los movimientos constructivos o de expansión las placas se hacen más grandes, ya que se han añadido otros componentes y las placas siguen estando juntas. Los materiales que se unen son de tipo basáltico, que forman parte del sima.
b) Destructivos o de subducción: Los movimientos de las placas son convergentes.
c) De fricción: Es cuando las placas se mueven una con respecto a la otra.

Las Dorsales oceánicas
Las dorsales oceánicas son grandes grietas que se encuentran en la corteza oceánica. Se llaman “oceánicas” porque están situadas en los océanos, pero se originan en las áreas continentales. Las dorsales están atravesadas por fallas que reciben el nombre de fallas de transformación. Las dorsales no aparecen en línea continua, sino que se presentan en forma quebrada. Por las grietas de una dorsal sale el magma, y cuando solidifica, las placas se separan, produciéndose un fenómeno llamado aducción, que tiene como consecuencia la expansión de los fondos oceánicos.
La ausencia de sedimentos es una prueba de la juventud de una roca.
La consecuencia del fenómeno de la aducción (o expansión de los fondos oceánicos) es que lo que era un sólo bloque litosférico, se ha convertido en dos bloques fracturados, y en los que empiezan a producirse fenómenos volcánicos. Debido a esa rotura de la litosfera, surge una gran depresión, llamada rift, que es inundado por las aguas superficiales de los ríos y lagos.
La superficie total de la litosfera es siempre constante. Puesto que la Tierra es redonda, la misma cantidad de corteza litosférica que se crea, disminuye en otras zonas litosféricas, de tal manera que permanece “constante”.
Rifts
Las fallas se asocian unas con otras formando como una gran depresión; se trata de un rift (o fosa tectónica). Las fallas escalonadas son las que dejan una grieta en la parte central. Una fosa tectónica (o graben) es una asociación de fallas que dejan una grieta.
Cuando las fallas escalonadas forman una cima alta, se trata de pilas tectónicas o Horst. Cuando se produce una fractura que no va acompañada de desplazamiento, existen las diaclasas, que son un tipo de deformaciones por rotura.

Subducción
La subducción de placas es el proceso de hundimiento de una placa litosférica bajo otra en un límite convergente, según la teoría de tectónica de placas.
La subducción ocurre a lo largo de amplias zonas de subducción que en el presente se concentran en las costas del océano Pacífico en el llamado cinturón de fuego del Pacífico pero también hay zonas de subducción en partes del Mar Mediterráneo, las Antillas, las Antillas del Sur y la costa índica de Indonesia.

Fosas marinas
La convergencia de dos células convectivas contiguas hace que una de ellas se "doble" por debajo de la otra ("subducción") generando una depresión en el fondo oceánico a todo lo largo del límite, las fosas oceánicas, que pueden llegar a adquirir profundidades de más de 11.000 metros bajo el nivel del mar.
La placa que subduce genera movimientos sísmicos a todo lo largo y ancho de la misma. Se conoce como plano de Benioff al plano formado por la alineación de focos sísmicos asociado al plano de subducción.
Al subducir una placa bajo la otra se produce una fusión parcial, lo que da lugar a fenómenos volcánicos a lo largo de la fosa. Este vulcanismo puede originar el afloramiento de islas volcánicas. Dado que se sitúan a lo largo de la fosa y que ésta, dada la esfericidad de la Tierra tiene forma de arco, a estos archipiélagos se les llama arcos de islas volcánicas o simplemente arco-isla. En muchas ocasiones, los sedimentos marinos se acumulan en la fosa, tapándola. Esta acumulación de sedimentos se denomina prisma de acreción y es la "materia prima" para la formación de orógenos junto con los arcos-islas.
Procesos geológicos asociados a las fosas:
* Sismicidad: la entrada de la placa en la Astenosfera y la fusión con ésta, provoca tensiones y   compresiones que junto con el rozamiento entre las dos placas dan lugar a terremotos.
* Vulcanismo: la fusión parcial de la placa que subduce origina arcos de islas volcánicas (Aleutianas,   Filipinas, Japón...)
* Orogénesis: cuando una o las dos placas que convergen en una fosa traen corteza continental, el   prisma de acreción y el arco volcánico se adosan a la masa continental originando un orógeno (Andes,   en el caso en que haya continente en una sola placa; Himalaya en el caso en que colisionen dos   continentes).

Orogénesis
Es el surgimiento de montañas asociado al proceso de la subducción cuando se produce al borde del continente.  Es simultánea a la convergencia de placas, en dos ámbitos:
a) donde ocurre subducción se levantan arcos volcánicos y cordilleras, como los Andes, ricas en volcanes;
b) en los límites de colisión el vulcanismo es escaso o nulo, y la sismicidad es particularmente intensa.
Etapas de la Orogénesis
La orogénesis es el origen de las cordilleras, es decir, el proceso por el cual se forman las cordilleras.
1.- Los sedimentos se depositan horizontalmente en capas de estratos. En cada capa hay distintos sedimentos. El grosor de los estratos no es el mismo. El más grueso suele ser el más antiguo. La intensidad de la erosión también puede ser distinta en cada capa.
2.- Los sedimentos que están en contacto con el magma sufren `metamorfismo térmico' (o de contacto). Se produce en ellos un intenso plegamiento.

Límites de placas
Son los bordes de una placa y es aquí donde se presenta la mayor actividad tectónica (sismos, formación de montañas, actividad volcánica), ya que es donde se produce la interacción entre placas. Hay tres clases de límite:
Divergentes: son límites en los que las placas se separan unas de otras y, por lo tanto, emerge magma desde regiones más profundas (por ejemplo, la dorsal mesoatlántica formada por la separación de las placas de Eurasia y Norteamérica y las de África y Sudamérica).
Convergentes: son límites en los que una placa choca contra otra, formando una zona de subducción (la placa oceánica se hunde bajo de la placa continental) o un cinturón orogénico (si las placas chocan y se comprimen). Son también conocidos como "bordes activos".
Transformantes: son límites donde los bordes de las placas se deslizan una con respecto a la otra a 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.
Afortunadamente, la tecnología moderna nos permite escrutar el manto terrestre de forma que la selección de las respuestas no esté basada en puras especulaciones.


1. Límites constructivos
Un límite constructivo se suele originar bajo corteza continental. Básicamente consiste en la rotura en dos de una célula convectiva de la Astenosfera.
* En primer lugar, una masa caliente de la   Astenosfera asciende, produciendo un   abombamiento en la superficie de la   corteza. Cuando esta corriente empieza   a divergir, las tensiones que genera en el   continente hacen que se agriete y deje   escapar magma, originéndose un gran   valle con actividad volcánica. Esta   es la situación actual del Valle del Rift   en África (la zona de los Grandes   Lagos).
* Al continuar las tensiones, se llega a   romper la corteza continetal, fenómeno   conocido como ruptura continental,   capaz de explicar la fragmentación de   Pangea que definiera Wegener en 1912.   Entre los dos bloques continentales, se   forma corteza oceánica, con una dorsal   en medio. Esta situación se   corresponde con el actual Mar Rojo.
* Una vez formada la dorsal, el funcionamiento de ésta va creando corteza oceánica continuamente,     con lo que la nueva va empujando a preexistente, dando lugar a la expansión del fondo oceánico     y como consecuencia, la separación de los dos bloques continentales, es decir a la Deriva     Continental. Esta es la situación del océano Atlántico actual.
  * Cuando la apertura del océano sobrepasa unos límites, se puede fracturar la corteza oceánica,     iniciándose un nuevo límite convergente, es decir una fosa.
2. Límites destructivos
Ya hemos visto que se puede formar un nuevo límite destructivo (convergente o fosa) por tensiones en la corteza oceánica. Estos límites también evolucionan.
* Cuando se produce la subducción de   una placa por debajo de otra, aparte de   la fosa, se produce la fusión de parte de   la Litosfera, lo que origina un arco de   islas volcánicas, tal como ocurre   actualmente en multitud de   archipiélagos del océano Pacífico.
* Puede ocurrir que una de las placas que   convergen en la fosa, arrastre corteza   continental. Entre el arco volcánico y la   línea de costa del continente quedará   una porción de océano, conocido como   mar marginal (como el Mar de   Japón).
* Según se acerca el continente a la fosa, los sedimentos marinos quedan atrapados entre el arco     volcánico y el continente, comprimiéndose hasta el punto de llegar a emerger. Estos sedimentos     comprimidos, junto con el arco volcánico se adosan al margen del continente dando lugar a la     formación de un sistema montañoso ("orógeno") en la costa continental. Un buen ejemplo de este     tipo de orógenos son los Andes.
* También puede ocurrir que la otra placa traiga   también un bloque de corteza continental. Al   llegar a la zona de subducción se repetirá todo   el proceso en el margen de ambos continentes.   El resultado será la unión de los dos   continentes ("colisión continental") y la   formación de un gran orógeno entre ambos.   Dado que este orógeno une los dos   continentes, recibe el nombre de sutura   continental, como el actual Himalaya.

El ciclo de Wilson
Es un modelo idealizado de la evolución en el tiempo de las placas tectónicas en 6 etapas:
1. Etapa de Rift Africano: ruptura de la corteza continental y formación de una fosa o valle tectónico.
2. Etapa de Mar Rojo: separación de los dos bloques de corteza continental y formación de un océano     estrecho.
3. Etapa de océano Atlántico: el océano se abre, se produce la expansión y creación de corteza oceánica.
4. Etapa de océano Pacífico: la litosfera oceánica se rompe y subduce una placa bajo otra. Se crean los arcos     de islas volcánicas.
5. Etapa de orógeno Andino: un continente llega a la zona de subducción y los sedimentos marinos     comprimidos entre éste y el arco volcánico crean un orógeno litoral.
6. Etapa de orógeno Himalayano: se produce la colisión continental y se forma el orógeno de sutura.
El ciclo de Wilson se puede dividir en dos partes:
* Etapas expansivas, de la 1 a la 3, que se corresponderían con la fragmentación de Pangea, según la   teoría de Wegener.
* Etapas compresivas, de la 4 a la 6, en las que se reconstruiría una nueva Pangea

Causas del movimiento de las placas
El origen del movimiento de las placas está en unas corrientes de materiales que suceden en el manto, las denominadas corrientes de convección, y sobre todo, en la fuerza de la gravedad.
Las corrientes de convección se producen por diferencias de temperatura y densidad, de manera que los materiales más calientes pesan menos y ascienden y los materiales más fríos, son más densos, pesados y descienden.
El manto, aunque es sólido, se comporta como un material plástico o dúctil, es decir, se deforma y se estira sin romperse, debido a las altas temperaturas a las que se encuentra, sobre todo el manto inferior.
En las zonas profundas del manto, en contacto con el núcleo, el calor es muy intenso, por eso grandes masas de roca se funden parcialmente y al ser más ligeras ascienden lentamente por el manto, produciendo unas corrientes ascendentes de materiales calientes, llamadas plumas o penachos térmicos. Algunos de ellos alcanzan la litosfera, la atraviesan y contribuyen a la fragmentación de los continentes.
En las fosas oceánicas, grandes fragmentos de litosfera oceánica fría se hunden en el manto, originando por tanto unas corrientes descendentes, que llegan hasta la base del manto.
Las corrientes ascendentes y descendentes del manto podrían explicar el movimiento de las placas, al actuar como una especie de "rodillo" que las moviera.    

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