Ciencias de la Tierra y Medioambientales

El planeta Tierra

La Geosfera
11.5 - Modelado

La geomorfología externa o modelado estudia las transformaciones de la geosfera debidas a causas externas a la misma.

El motivo de estos cambios es:

  • La existencia de un campo gravitatorio generado por la masa de la Tierra
  • Presencia unas capas externas fluidas (atmósfera e hidrosfera)
  • Movidas, en último término, por la energía procedente de la radiación solar.

La litosfera presenta habitualmente desniveles generados por los agentes geológicos internos.
Las zonas elevadas presentan una energía potencial gravitatoria que las hace susceptibles de descender hacia áreas más deprimidas.

A los entes responsables de las modificaciones de la superficie (aire, agua, hielo, seres vivos, ...) se les conoce como agentes geológicos externos
Realizan las acciones de

  • Erosión (arranque de partículas)
  • Transporte (cambio de localización)
  • Sedimentación (depósito en un nuevo lugar) de materiales rocosos.

La erosión es mucho más importante en materiales alterados física o químicamente, es decir, meteorizados.

Si las pendientes producidas (por los procesos internos o por la erosión o sedimentación de agentes externos) son importantes puede ser suficiente para que se rompan las rocas o deslicen los materiales sueltos por las laderas

Las zonas con pendiente insuficiente para deslizarse o desprenderse son movilizadas por los agentes externos. El movimiento de éstos es producido fundamentalmente por la radiación solar.
La cantidad de radiación que absorbe la tierra en diferentes áreas es muy variable, depende fundamentalmente de la latitud y la estación del año pero intervienen muchos otros factores como nubosidad, albedo, topografía, etc. La diferente absorción solar genera diferencias de temperatura que producen corrientes de convección principalmente atmosféricas.

Los movimientos atmosféricos dan lugar al viento, agente geológico capaz de movilizar arcillas y arenas, sobre todo en zonas áridas, pero con una importancia indirecta mucho mayor en la geomorfología terrestre:
En primer lugar es capaz de disolver agua, transportarla a otros lugares como vapor y precipitarla de nuevo en forma de lluvia o nieve.

Este agua que circula sobre el terreno, al tener una densidad mucho mayor que el aire, es el principal agente geológico externo del planeta.

El agua en forma líquida (ríos y torrentes) o sólida (glaciares) recorre la superficie de las áreas emergidas a favor de la gravedad disolviendo, erosionando, transportando, sedimentando y precipitando materiales de tamaño variado.

Parte del agua superficial se infiltra en materiales permeables circulando bajo la superficie (aguas subterráneas) disolviendo, precipitando y meteorizando materiales y disminuyendo el rozamiento entre partículas de modo que acentúa los fenómenos de ladera.

Otra acción del viento es movilizar el agua oceánica. La persistencia de los vientos dominantes provoca las corrientes oceánicas superficiales que transportan calor y determinan en gran parte el clima local, regional y global de la Tierra.

El viento es también el responsable de la formación de las olas. La dinámica costera está determinada por éstas y es tan intensa que supera generalmente al resto de los agentes geológicos de un área litoral. Las olas erosionan las zonas expuestas creando acantilados y plataformas de abrasión.
Producen corrientes litorales que transportan los materiales costeros erosionados y los aportados por los agentes externos, depositándolos en áreas costeras (playas, marismas, albuferas, ...) o en la plataforma continental.

Los seres vivos también actúan como agentes geológicos.
Una de sus acciones es la de aportar sedimentos, principalmente de sus esqueletos calcáreos o silíceos, aunque en determinadas circunstancias, también de restos orgánicos que son el origen del carbón y del petróleo.
Algunos organismos marinos, sobre todo corales, son capaces de crecer sobre sus propios restos esqueléticos formando acumulaciones imponentes conocidas como arrecifes que pueden llegar a tener varios kilómetros de potencia en zonas de subsidencia (hundimiento).
Por su parte la cubierta vegetal de los continentes tiene gran importancia geomorfológica sujetando materiales sueltos con sus raíces, disminuyendo así la erosión y alterando la química de los suelos modificando la meteorización que sufren.

El transporte diferencial de los materiales que realizan los agentes externos puede dar lugar a la acumulación local de determinados sedimentos, minerales o precipitados, lo que se conoce como diferenciación geoquímica.

Los sedimentos movilizados por los agentes externos terminan en su mayoría depositados en las plataformas continentales.
En estas zonas pueden permanecer indefinidamente y sólo son movilizados por las corrientes de turbidez (grandes deslizamientos del borde del talud continental) que los transporta a los fondos oceánicos, o por procesos tectónicos de choque de placas que los pliegan y elevan formando nuevas cordilleras.

En su conjunto, los agentes geológicos externos tienden a nivelar la topografía y lo hacen de una manera rápida a escala geológica, de modo que, si no fuera por la geodinámica interna hace tiempo que toda la superficie terrestre se encontraría arrasada y bajo el nivel del mar.



Meteorización

Alteración de las rocas al estar en contacto con los agentes atmosféricos, con la hidrosfera y con la biosfera.
Se distinguen tres tipos: la meteorización física o mecánica, la meteorización química y la meteorización biológica.

Meteorización biológica

Puede producirse por:

Quelación

    La materia orgánica depositada en el suelo procedente de las plantas reacciona químicamente con iones metálicos de los minerales existentes, formando estructuras en las que los iones quedan atrapados entre la materia orgánica. Dando lugar al humus del suelo y modificando los minerales del suelo.

Acuñamiento, roturas.

Se fragmentan las rocas por la acción de raíces en crecimiento y por la actuación de organismos que construyen canales y galerías. Contribuyen a la meteorización física sin que se formen estructuras típicas.

Meteorización física

Consiste en la fragmentación de la roca, sin que su composición química varíe.
Fundamentalmente, se debe a los cambios de temperatura que se producen en regiones frías y en climas desérticos. Esta meteorización es máxima alrededor de los polos, en alta montaña y en desiertos cálidos. Los mecanismos de la meteorización física son:

Gelivación o Gelifracción

Proceso de helada-deshelada; el frío contrae la roca, mientras que el hielo al aumentar de volumen, ensancha las fisuras fragmentando la roca.

Crioturbación

El agua helada y deshelada debajo de los fragmentos rocosos, produce un lento movimiento de éstos.
Se forman suelos poligonales formados por cantos que salen del nivel del suelo y abombamientos del terreno.

Termoclastismo

Los cambios bruscos de temperatura entre el día y la noche producen dilataciones y contracciones de las rocas, llegando a fracturarlas, formando arena.

Descompresión

Cuando las rocas que se han formado en el interior de la tierra afloran a la superficie, sufren disminución de presión y temperatura que origina su rotura.

Haloclastismo

Fragmentación de la roca por la formación de cristales de sal en las fisuras de éstas.
Estos cristales ejercen un efecto de cuña que agranda la grieta y rompe la roca.

Se da cerca de las costas donde el aire transporta cristales de sal marina y en afloramientos de aguas salobres.

Meteorización química

Se produce cuando los minerales que forman la roca reaccionan con los gases de la atmósfera y forman otros nuevos. Se favorece esta meteorización cuando la humedad atmosférica y la temperatura son elevadas. Es típica por tanto en climas cálidos y húmedos (intertropicales). Si previamente ha habido meteorización física, la química gana en intensidad, al presentar la roca fracturada una mayor superficie meteorizable. Se dan los siguientes procesos en la meteorización química:

 

Disolución

El agua disuelve los minerales solubles y los transporta en horizontal o vertical. Si es en horizontal provoca lavado de sales. Si es en vertical, se transportan hacia el fondo, o hacia la superficie que por evaporación precipitan dando en la superficie costras de sal, de cal o caliche.

 

Hidrólisis

El agua disociada reacciona con los minerales de la roca.
Sobre todo afecta a los feldespatos, por ejemplo la ortosa se convierte en caolín y arcilla.

 

Hidratación

Las moléculas de agua se incorporan a la red cristalina de los minerales, hay un aumento de volumen y un cambio en el mineral. Por ejemplo la anhidrita da lugar a yeso.

 

Oxidación-reducción

Reacciones de pérdida y ganancia de electrones en un mineral haciéndolo más vulnerable a otras reacciones, como la disolución.
El oxígeno disuelto en el agua de la atmósfera reacciona con los minerales que poseen hierro por ejemplo y los oxida. Estos minerales oxidados son insolubles y precipitan formando pátinas o concreciones.

 

Carbonatación

Es la reacción de los minerales de las rocas con el ácido carbónico . Este se produce al reaccionar el agua con el dióxido de carbono atmosférico : CO2 + H2O –> H2CO3
La carbonatación ocurre en algunos silicatos en lugares húmedos

En ocasiones puede dar lugar a la disolución de las rocas calizas. El agua de la lluvia cargada de CO2 reacciona con los minerales que forman la roca caliza. La calcita, principal mineral de la caliza, es poco soluble en agua, pero con el agua cargada de CO2 , se disuelve. La reacción se produce mejor cuando la temperatura del agua es baja y la presión es alta. Esta reacción es responsable del proceso Kárstico.
El ácido carbónico disuelve la calcita y forma bicarbonato cálcico soluble: CaCO3 + H2CO3 –> Ca (HCO3)2 + H2O


Agentes geológicos

Relizan erosión transporte y sedimentación.
La energía la obtienen del exterior terrestre

Fenómenos de ladera

Viento

Aguas superficiales

 

Aguas subterráneas

Glaciares

Olas

Corrientes litorales

Corrientes oceánicas

Seres vivos

 

Acción geológica de los agentes externos

Erosión

Desgaste de las rocas producido por los agentes geológicos externos como el agua, el viento, el hielo, los ríos. Equivale a denudación: quitar la envoltura de la roca y rebajar relieves, al arrancar los minerales del sustrato rocoso.
Los agentes geológicos externos que producen erosión se llaman agentes erosivos, y son fluidos en movimiento, que llevarán los materiales arrancados lejos de los lugares en los que se encontraban.

Transporte

Desplazamiento de los materiales procedentes de las rocas de la superficie terrestre.
Cuando la meteorización ha actuado sobre las rocas, los minerales alterados caen por gravedad o son transportados por los agentes geológicos externos lejos de su lugar de origen.

El transporte puede seleccioner materiales por tamaño; transporte selectivo (viento, los torrentes, los ríos, y el mar)
Puede no tener selección (glaciares, fenómenos de ladera)

Por modo de transporte
En un fluido los materiales pueden ser trasportados:

En disolución
Agua en aire. Solutos en agua

En suspensión
En el medio fluido: Materiales suficientemente finos y fluido turbulento
Polvo en aire, arcillas en agua, cualquier material en glaciares

Saltación
Choques y rebotes con el sustrato
Arenas del viento o aguas superficiales

Rodadura
Rodando por el sustrato

Arrastre
Fondo de corrientes de agua. Glaciares

Flotación
En agua sustancias de poca densidad

Cuando la fuerza de los agentes disminuye, el transporte cesa y los materiales son depositados, dando morfologías características según el agente geológico que haya actuado.

Sedimentación

Depósito de los materiales que han sido movilizados por los agentes geológicos; principalmente el agua líquida, aunque también el viento o los glaciares.
Los materiales sedimentarios se acumulan en capas superpuestas, las más recientes encima de las depositadas anteriormente, denominadas estratos sedimentarios.

El tamaño de los sedimentos y su selección (homogeneidad o heterogeneidad) dependen del tipo de agente y de su intensidad. Así los glaciares, deslizamientos, corrientes de turbidez y, en menor medida, las corrientes de agua turbulentas son capaces de movilizar materiales de gran tamaño y los depositan sin selección, mientras que las corrientes laminares de intensidad constante, como el viento o las corrientes litorales, depositan materiales muy seleccionados.

La forma de los sedimentos depende del tipo de transporte, distancia recorrida y resistencia del material.
Son más angulosos los que han recorrido distancias cortas o han viajado en suspensión en el agente (como los glaciares) mientras que son más redondeados los materiales blandos con recorridos importantes como carga de fondo o por saltación.

Por su origen los sedimentos se pueden dividir en depósitos de tipo mecánico, químico y orgánico.

Sedimentos mecánicos o detríticos
Se acumulan cuando la energía del agente que transportaba fragmentos de rocas disminuye y éstos se depositan.

Sedimentos químicos
Se forman por precipitación al mezclarse masas de agua de composición diferente, variar la temperatura de una disolución o evaporarse una masa de agua con solutos.

Sedimentos orgánicos
Son los producidos por acumulación de restos de seres vivos, ya sea de caparazones o esqueletos o de la propia materia orgánica.

Por su tamaño los sedimentos se clasifican en bloques, cantos, guijarros, gravas, arenas, limos y arcillas.

Sedimento Tamaño Agentes
Bloques
> 25 cm
Sólo son depositados por fenómenos de ladera o glaciares
Cantos
25 cm - 6,4 cm,
Agentes geológicos de alta energía como torrentes, ríos en sus tramos altos o medios, corrientes litorales importantes, deslizamientos, corrientes de turbidez, etc.
Su litificación da lugar a las rocas sedimentarias conocidas como conglomerados o ruditas.
Guijarros*
6,4 cm - 4 mm
Gravas
4 mm - 2 mm
Arenas
2 mm - 50 µm
Se producen por meteorización y erosión de las rocas y selección posterior de los fragmentos de estos tamaños por agentes geológicos. Los granos de arena pueden estar formados por minerales resistentes que han quedado libres al meteorizarse el resto de los minerales de la masa rocosa de la que formaban parte (sobre todo cuarzo, también feldespatos, circón, granates, ...), por pequeños fragmentos de rocas erosionadas o por restos de conchas de animales marinos. Los depósitos de arenas pueden ser de origen fluvial en tramos medios y bajos (arenas de aluvión) , costeros (playas) o eólicos (dunas). La litificación de las arenas producen las rocas sedimentarias conocidas como areniscas.
Limos
50 µm - 2 µm
Están formados fundamentalmente por minerales arcillosos con fragmentos de cuarzo y otros minerales como calcita o limonita. A veces los forman caparazones o restos orgánicos de microorganismos.
Arcillas
< 2 µm
Están formadas fundamentalmente por granos finos de cuarzo y minerales arcillosos. Las arcillas carecen de brillo, se empapan fácilmente con el agua haciéndose plásticas y resbaladizas y aumentando habitualmente de volumen.

*a veces se incluye en el grupo de las gravas los sedimentos de ente 2 mm y 6,4 cm eliminando el grupo de los guijarros
Los limos y arcillas reciben en conjunto el nombre de pelitas. Suelen depositarse por decantación de partículas coloidales en el agua o por depósito de partículas en suspensión en agua o aire. Para ello se requiere un medio muy tranquilo, siendo las cuencas de acumulación más importantes los fondos de los océanos, marismas y albuferas costeras, llanuras de inundación fluviales y cuencas lacustres. Un caso especial de sedimentos limosos y arcillosos depositados por el viento recibe el nombre de Loess. La litificación de pelitas da lugar a las lutitas o rocas arcillosas.

Por el tipo de agente que los transportó. Se distinguen:

Movimientos de ladera de partículas sueltas.
Fundamentalmente desprendimientos de rocas.

Movimientos de ladera en masa.
Deslizamientos, solifluxión y reptación.
Sus depósitos son denominados coluviones.

Sedimentos eólicos
Depositados por el viento.
Se trata de arenas muy clasificadas (dunas) o limos y arcillas (loess)

Sedimentos fluviales.
Son depósitos de los ríos y torrentes.
Se denomina aluviones y su grano depende de la energía de la corriente de agua.
Generalmente están poco clasificados debido a los cambios de caudal de la masa de agua.

Sedimentos glaciares.
Reciben el nombre de morrenas o tillitas.
Se trata de materiales detríticos muy poco clasificados y de muy diversos tamaños.

Sedimentos lagunares.
Depositados en masas de agua continentales.
Pueden ser materiales detríticos desde gruesos a finos, depósitos químicos (por precipitación o evaporación) o restos orgánicos (principalmente en forma de turbas).

Depósitos de aguas subterráneas.
Se trata de precipitaciones de sustancias químicas importantes en el proceso de cementación de las rocas sedimentarias.

Sedimentos deltáicos.
Depositados en la zona de desembocadura de ríos.
Suelen ser materiales detríticos medios o finos con una cantidad variable de restos orgánicos o químicos.

Sedimentos litorales o costeros.
Depositados por las olas y corrientes litorales.
Son detríticos gruesos en zonas expuestas (acantilados), y más finos detríticos, orgánicos o químicos, en zonas recogidas (playas y albuferas).

Sedimentos de plataforma continental.
Formados esencialmente por materiales detríticos finos (limos y arcillas), químicos por precipitación (calizas) y orgánicos (microorganismos, moluscos, arrecifes ...)

Turbiditas.
Depósitos en flysch al borde de los taludes continentales producidos por grandes deslizamientos submarinos llamados corrientes de turbidez.

Sedimentos de fondos oceánicos.
Se trata fundamentalmente de arcillas detríticas y restos orgánicos silíceos (a profundidades superiores a 3.000 o 5.000 m los carbonatos se solubilizan).

El estudio de los sedimentos y las rocas sedimentarias (facies sedimentaria) proporciona abundante información de los agentes actuantes y condiciones físicas y químicas bajo las que se produjo el depósito. Además, en numerosas ocasiones, contienen fósiles lo que permite una cómoda datación. Por ello son esenciales para el estudio de la historia de la Tierra.


Diagénesis

La litificación, diagénesis o litogénesis sedimentaria es el proceso por el cual los sedimentos no consolidados se transforman en una roca sedimentaria.

Para que se produzca se necesita un aumento de presión y temperatura moderados sobre los sedimentos.
Las presiones y temperaturas necesarias son variables dependiendo del tipo de sedimento, así como los procesos físicos y químicos que ocurren en ellos. Los más frecuentes son los siguientes:

  • Compactación mecánica de los materiales:
    El aumento de presión causa la aproximación entre materiales detríticos, orgánicos o químicos del sedimento, rellenando los huecos que contenían aire o más habitualmente agua.
  • Deshidratación:
    Supone la pérdida de agua por migración. Generalmente va pareja a la compactación.
  • Disolución de minerales.
    Algunos minerales al aumentar la temperatura o la presión se disuelven y crean una porosidad secundaria.
  • Recristalización:
    Algunos minerales forman nuevos cristales reorientados o por unión de minerales preexistentes.
  • Cementación con nuevos minerales.
    El agua contenida en los sedimentos precipita minerales que unen las partículas de mayor tamaño. Algunos minerales al recristalizar actúan de la misma manera.

    En ocasiones la disolución y la precipitación van parejas sustituyéndose un mineral por otro sin cambio de volumen. Existen numerosos tipos de cemento siendo los más habituales los calcáreos CaCO 3 , los silíceos SiO 2 y los ferruginosos tipo limonita Fe(OH)x
  • Formación de nuevos minerales.
    Algunos minerales son inestables en condiciones de presión y temperatura reinantes y se transforman en otros.

Los procesos de litificación tienen lugar habitualmente en las propias cuencas sedimentarias y su duración es muy variable. (pueden durar incluso millones de años).

El límite en las condiciones de litificación se sitúa en unas temperaturas de hasta 200 o 300ºC y unas presiones de hasta unos 2 Kbar, sobrepasados estos límites los minerales sufren unas transformaciones más profundas hablándose entonces de procesos metamórficos.

 

Tipos de modelado

 


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