Libro del alumnado de 4º ESO. Learn in English

O S E 4

h s i l g n E n i n r Lea

Biology & Geology MANUEL GARCÍA DÍAZ CARLOS LOBATO FERNÁNDEZ EUGENIO MANUEL FERNÁNDEZ AGUILAR CARLOS JAVIER REINA JIMÉNEZ MYRIAM QUIJADA SÁNCHEZ DIEGO CASTELLANO SÁNCHEZ Adapted by: MANUEL GARCÍA DÍAZ JAVIER MORALES MANZANOS

algaida

ANDALUSIA

Publishing coordination: Luis Pino García.

Editor: María Prior Venegas.

Design and layout: Alegría Sánchez G. and Aurora Tristán López.

Cover design: Alegría Sánchez G. Translator: Scott A. Singer.

Corrections: Marina Temprano Benítez.

Illustrations: Isabel Correa, Joaquín González, Kaffa, Juan Pablo Mora, Juan Venegas and Luis Domínguez.

Picture editing: Beatriz Gutiérrez.

Fotografías: AGE Fotostock (ANDREW SYRED/Science Photo Library, CLAUS LUNAU, Luis Domingo, PROFESSORS P. MOTTA, Science History Images, Science Photo Library, Science Source), Agencia EFE/Album (Mainichi Newspaper/Junichi Sasak), Alamy/Cordon Press (Colport, Dan Tuffs, IanDagnall Computing, North Wind Picture Archives, Pictorial Press Ltd, Science History Images, The Natural History Museum), Archivo Anaya (Cosano, P.; Lezama, D.; Ruiz, J.B.), 123RF and contributors.

This book has been published according to present legislation on education in Andalusia for Educación Secundaria Obligatoria.

©O f the original text: Manuel García Díaz, Carlos Lobato Fernández, Eugenio Manuel Fernández Aguilar, Carlos Javier Reina Jiménez, Myriam Quijada Sánchez and Diego Castellano Sánchez. ©O f this adaptation: Manuel García Díaz and Javier Morales Manzanos.

All of the activities in this book that require writing should be completed in the student’s notebook.

Our educational materials are published with the commitment to promote the equality of all people and the respect for diversity.

The contents of this book and the working procedures have been selected and prepared taking into account criteria of care, protection and conservation of the environment.

©O f this edition: Algaida Editores, S. A. 2021. Avda. San Francisco Javier, 22. Edif. Hermes, 5ª, 3-8. 41018 Sevilla.

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Index 1

2

3

ORIGIN AND HISTORY OF THE EARTH 1. Origin of the Earth

6

Activities

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2. The age of the Earth

6

3. Importance of fossils

6

Activities

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4. Geologic time

10

5. Interpretation of geologic maps

10

Activities

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STRUCTURE AND DYNAMICS OF THE EARTH 1. Methods of study in geology

12

2. Structure of the Earth

12

Activities

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3. Historical interpretations of the origin of mountain ranges

14

4. Continental drift

14

Activities

15

5. The dynamic model of the Earth’s structure

16

Activities

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PLATE TECTONICS AND ITS MANIFESTATIONS 1. Manifestations of the planet's internal energy Activities 2. Lithospheric plates 3. Plate tectonics Activities 4. Wilson cycle Activities 5. Interpreting relief Activities

Index 4

THE CELL, UNIT OF LIFE 1. Levels of organisation of living things 2. Cell theory Activities 3. The cell Activities 4. DNA: the molecule of life 5. Cell reproduction: mitosis and meiosis Activities

5

HEREDITY AND TRAIT TRANSMISSION 1. Biological heredity 2. Mendel’s laws Activities 3. Chromosome theory of inheritance 4. Human genetics Activities 5. Genetic mutations 6. Human hereditary diseases Activities

6

GENETIC ENGINEERING AND MANIPULATION 1. DNA properties Activities 2. Genetic engineering 3. The Human Genome Project Activities 4. Biotechnology 5. Impact of genetic engineering Activities

Index 7

PLANTS 1. Hypotheses about the origin of life Activities 2. Fixist and evolutionary theories 3. Evolution of species Activities 4. Current evolutionary theories 5. Human evolution Activities

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INVERTEBRATE ANIMALS 1. Components and interactions of ecosystems Activities 2. Trophic relationships Activities 3. Flow of energy and matter 4. Biogeochemical cycles Activities 5. Ecological succession Activities

9

VERTEBRATE ANIMALS 1. The environment and human population 2. Natural resources Activities 3. Environmental impact and pollutants 4. Waste management 5. Main environmental problems Activities 6. Environmental protection 7. Sustainable development Activities

En numerosos lugares de nuestro planeta se pueden encontrar huellas fósiles de seres vivos. Entre ellas, llaman poderosamente la atención las de dinosaurios, que nos han permitido conocer muchos detalles sobre la vida de estos animales extinguidos.

Unidad 1 Origen e historia de la Tierra

«El campo es un libro abierto, donde se puede aprender de todo, pero hay que ser observador y analizar. Y se aprende sobre todo cuando algo te gusta».

José María Herrero (1925-2012), precursor de la investigación sobre dinosaurios en España.

1 Origen de la Tierra 2 La edad de la Tierra 3 Importancia de los fósiles 4 El tiempo geológico 5 Interpretación de mapas geológicos

¿Qué sabes hasta ahora?  ¿Cómo se originó la Tierra?  ¿Cómo era la Tierra cuando se estaba formando?  ¿Qué edad tiene la Tierra?  ¿Cómo se sabe la antigüedad de una roca?  ¿Cuál es la unidad de tiempo geológico?  ¿Cómo se forma un fósil?  ¿Qué importancia tienen los fósiles en los estudios geológicos?  ¿Qué animales habitaron por primera vez en tierra firme?  ¿En qué época vivieron los dinosaurios?  ¿Qué es un mapa geológico?

Al finalizar la unidad habrás aprendido  Cómo se formó la Tierra.  De qué manera se mide el tiempo geológico.  Qué es el proceso de fosilización.  Distinguir las eras geológicas.  Cómo se reconstruye la historia geológica de una región.

Unidad 1. Origen e historia de la Tierra

9

Recuerda La ciencia, como sabemos, es una materia en continua creación y discusión. De esta forma, la teoría nebular, como ya hemos dicho, la más aceptada en la actualidad, está sometida a un proceso continuo de revisión en función de las pruebas y evidencias científicas que se obtienen.

La astronomía se basa en el método científico y la astrología en creencias infundadas.

1. ORIGEN DE LA TIERRA Como ya sabemos por cursos anteriores, los estudios astronómicos sugieren que el universo se formó durante el llamado Big Bang, una explosión gigante ocurrida aproximadamente hace unos 15 000 millones de años (Ma). Según esta teoría, el universo estaba concentrado en un único punto y esta gran explosión dio origen a magnitudes físicas, como el tiempo y el espacio, a la vez que formó la materia conforme esta se enfriaba. Durante millones de años, la materia se fue agrupando primero en pequeñas partículas y posteriormente en grandes estrellas, que a su vez se agruparon originando galaxias. Dentro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, se originó el sistema solar.

A lo largo del tiempo diversas teorías científicas han intentado explicar el origen del sistema solar y, por tanto, la formación de la Tierra.

En la actualidad, la más aceptada es la teoría nebular.

Formación de una nube protoplanetaria con gas y polvo

La teoría nebular, o teoría moderna de los planetesimales, plantea el origen del sistema solar, con una estructura que daría lugar a la actual, hace unos 4600 millones de años. Esta idea plantea que nuestro sistema se habría formado a partir de una nebulosa que colapsó por su fuerza gravitatoria interna, debido a la perturbación producida, probablemente, por la explosión de una estrella cercana (una supernova).

En el centro de la nebulosa se concentraría la materia más pesada, formando un protosol, alrededor del cual seguirían girando las partículas más ligeras, desplazadas hacia el exterior, y formando un disco gigantesco. Estas partículas sufrirían en su recorrido choques y fusiones de unas con otras, dando lugar a estructuras cada vez mayores que terminaron formando planetesimales o protoplanetas. Estos planetesimales continuaron girando alrededor de ese Sol primitivo, chocando unos con otros y fusionándose, dando lugar a cuerpos rocosos de gran tamaño que fueron el origen de los planetas, satélites y meteoritos que forman hoy día el sistema solar.

Actividades 1. Describe brevemente la teoría del Big Bang.

2. ¿Qué teoría explica la formación de la Tierra?

3. Explica cómo surgió la estructura en capas concéntricas de la Tierra.

4. ¿Cuáles son, en tu opinión, los acontecimientos más importantes ocurridos durante el proceso de evolución pregeológica de la Tierra?

5. ¿De donde procedían los gases que formaron la atmósfera primitiva terrestre?

6. ¿Qué fenómeno permitió la formación de la hidrosfera?

10 Unidad 1. Origen e historia de la Tierra

Origen de la Tierra según la teoría nebular

1.1. Evolución pregeológica del planeta Tierra Al igual que sucedía con el resto de planetas, el tamaño de la Tierra fue creciendo a partir de los materiales de la nebulosa primitiva y por los repetidos choques de meteoritos. Conforme el planeta circulaba por su órbita alrededor del Sol, provocaba la limpieza de la misma de estos cuerpos rocosos, restos de la formación del sistema solar, debido a la gravedad. La mayor parte de las investigaciones sostiene que durante las primeras fases de formación de la Tierra la temperatura era lo suficientemente alta como para que se diera la fusión de los constituyentes del protoplaneta, o al menos para que estuvieran muy cerca del estado de fusión.

Etapas de la evolución pregeológica de la Tierra Durante la diferenciación en capas La mayor parte del hierro y el níquel precipita hacia el centro del planeta.

Núcleo metálico

Los elementos más abundantes en el protoplaneta en formación eran el hierro (Fe), el oxígeno (O), el silicio (Si) y el magnesio (Mg), con cantidades mucho menores de níquel (Ni), azufre (S), calcio (Ca) y sodio (Na).

Durante las primeras etapas de formación, todos los elementos sufrieron una diferenciación general, produciéndose una acumulación de los mismos, o de compuestos estables formados a partir de la unión de algunos de ellos, en función de sus afinidades químicas y de la presión y temperatura existentes. En ese proceso diferenciador desempeñó un papel importante la acción de la fuerza gravitatoria. Como consecuencia de la diferenciación geoquímica, el planeta adquirió una estructura en capas concéntricas, con los materiales más densos acumulados en las zonas más profundas y los más ligeros progresivamente en capas más externas. La fase final de dicha diferenciación estuvo constituida, sin duda, por la formación de la atmósfera y de la hidrosfera.

Teniendo en cuenta que la edad aproximada de la Tierra como cuerpo celeste es de unos 4600 millones de años y que las edades de las rocas más antiguas de la corteza terrestre oscilan alrededor de unos 3800 millones de años, la duración del periodo pregeológico de la evolución de la Tierra se estima en unos 800 millones de años.

Parte del hierro y casi todo el magnesio se combinan con oxígeno y silicio dando lugar a silicatos.

Manto silicatado

Los elementos más ligeros del manto suben a la superficie, se enfrían y solidifican, formando rocas.

Corteza terrestre

Cuando la corteza comenzó a solidificarse, al disminuir el número de impactos, las erupciones volcánicas iniciaron la formación de la atmósfera primitiva. Así, a medida que disminuía la temperatura superficial, el agua proveniente de las emisiones volcánicas se condensó para formar la hidrosfera inicial. El contenido salino de las aguas oceánicas actuales apoya la idea de que la mayor parte proviene del interior de la Tierra.

De otro lado, para explicar la formación de la Luna, actualmente se admite la teoría de que la Tierra sufrió un choque con un gran cuerpo del espacio durante su formación. Esta colisión hizo que parte de la masa de la Tierra saliera expulsada y se aglutinara para formar nuestro satélite.

La Luna es el quinto satélite más grande del sistema solar.

Las erupciones de los volcanes favorecieron la formación de la atmósfera en las primeras etapas de la Tierra.

Unidad 1. Origen e historia de la Tierra

11

2. LA EDAD DE LA TIERRA Llamamos edad de la Tierra al tiempo transcurrido desde que nuestro planeta adquirió una masa y un volumen parecidos a los actuales hasta nuestros días.

Para poder establecer la edad de la Tierra se necesitan referencias temporales.

¿

Sabías que...?

Podemos datar la edad de una persona simplemente conociendo su fecha de nacimiento, lo que nos permite saber cuántos años tiene. En otros seres vivos la datación se puede establecer mediante diferentes técnicas, como el estudio de las escamas de determinados peces o el estudio de los anillos de crecimiento de los troncos de los árboles. Utilizando técnicas de este tipo se ha conseguido datar la edad del árbol más antiguo del planeta, un pino al que se le atribuye una edad de 4847 años que se localiza en Estados Unidos y que recibe el nombre de Matusalén.

Del cálculo de la edad de la Tierra y de su historia se encarga la geología, ciencia que estudia la composición y estructura de nuestro planeta.

Como sabes, para estudiar la historia se necesita una referencia temporal, es decir, una medida del tiempo que permita ubicar los hechos que han tenido lugar. En geología, esta datación de los hechos se puede hacer en dos niveles: ** Datación absoluta: es la medida exacta (en días, años o millones de

años) del intervalo de tiempo transcurrido desde que tuvo lugar un proceso geológico determinado. Permite conocer la edad absoluta de las rocas, los fósiles o cualquier acontecimiento geológico.

** Datación relativa: permite situar un proceso geológico concreto en

una escala ordenada de acontecimientos que han tenido lugar en la historia de la Tierra.

Actividad resuelta 1. Carla es una alumna de Geología que ha descubierto en su casa una pila de periódicos muy antiguos. Entre las hojas de uno de ellos se ha encontrado una carta firmada por su abuela. Desafortunadamente a la carta se le ha borrado la fecha, aunque parece que nadie ha alterado los periódicos, ya que hay polvo depositado sobre ellos. a) ¿Podría Carla saber cuál es la fecha exacta de las noticias publicadas más antiguas? ¿Y de las más recientes? ¿Cómo crees que lo haría? b) ¿Se podría saber en qué fecha exacta escribió su abuela la carta? ¿Y la fecha aproximada en que lo hizo? c) ¿En qué se basa Carla para saber que los periódicos no han sido movidos? d) ¿Qué método ha empleado Carla para la datación de las noticias? ¿Y para la carta?

Solución

Actividades 7. Indica razonadamente si las siguientes afirmaciones se corresponden con mecanismos de datación absoluta o de datación relativa: • Mi nacimiento fue el 13 de abril de 2006.

• Mi hermana es dos años mayor que yo.

• De mis cinco primos, Misael es el mayor de todos.

• Mi primer campeonato de gimnasia fue el 5 de marzo de 2013.

12 Unidad 1. Origen e historia de la Tierra

a) Las noticias pueden situarse en una fecha muy precisa, ya que los periódicos llevan impresa la fecha de su publicación. Conociendo la fecha del periódico se puede saber que las noticias son anteriores a esta fecha. b) Dado que la carta no tiene fecha, no es posible conocer con exactitud en qué día fue escrita. Sin embargo, al estar colocada entre las hojas de un periódico concreto, sí que es posible afirmar que fue escrita con anterioridad a la fecha del periódico posterior. Esto es válido siempre que los periódicos se hayan colocado de forma ordenada y no se hayan movido con posterioridad. c) Nuestra protagonista asume que el polvo se ha ido depositando sobre ellos, y que si alguien los hubiera movido el polvo aparecería alterado. d) Para las noticias, la datación absoluta. Para la carta, la datación relativa.

2.1. Métodos de datación absoluta En la actualidad, el método de datación de los materiales terrestres más empleado se basa en la radiactividad. El físico francés Henri Becquerel descubrió en 1895 que determinados elementos químicos, llamados radiactivos, eran inestables y se desintegraban espontáneamente, emitiendo partículas, a una velocidad constante. La velocidad y el modo de desintegración de los elementos radiactivos son característicos en cada uno de ellos.

La velocidad de desintegración de un elemento radiactivo se expresa en función de su periodo de semidesintegración o vida media, es decir, el tiempo necesario para que dicho elemento reduzca su masa a la mitad por transformación de la otra mitad en un elemento más estable.

Por ejemplo, el periodo de semidesintegración del Potasio-40 es de 1300 millones de años. En el siguiente esquema se muestra cómo en el transcurso de 1300 Ma el Potasio-40 reduce su masa a la mitad y se transforma en Argón-40.

Periodo de semidesintegración del potasio

40K 40K

Duración: 1300 millones 40K 40Ar de años 50 % 40K

100 %

50 % 40Ar

Duración: 1300 millones de años

¿

Sabías que...?

La evolución del conocimiento científico está relacionada íntimamente con el desarrollo de las técnicas que permiten aplicar la ciencia básica a la tecnología.

En el caso de los métodos de datación absoluta, desarrollados a partir de los descubrimientos de Becquerel, Pierre y Marie Curie, y otras muchas personas que trabajaron para el desarrollo de esta técnica, permitieron estimar cada vez con más precisión la edad de nuestro planeta.

De esta forma, en 1932 se estableció que la Tierra debía tener una edad mínima de 1600 millones de años. Posteriormente, la mejora de los métodos de medida permitió postular en 1976 que su edad era de unos 4560 millones años, datación que se ha considerada válida durante un largo periodo de tiempo. En el año 2010, nuevas medidas han establecido la edad de la Tierra en unos 4467 millones de años.

40K 40Ar

25 % 40K 75 % 40Ar

Actividades

Año 0

1300 millones de años

2600 millones de años

Por lo tanto, si en una muestra rocosa se conoce la cantidad de un elemento radiactivo y la de su producto estable final, se puede calcular la edad de la roca si se conoce el periodo de semidesintegración de dicho elemento radiactivo.

Mediante la aplicación de métodos radiométricos se ha podido calcular que la edad de la Tierra es aproximadamente de 4500 millones de años.

8. Explica las diferencias entre datación absoluta y datación relativa.

9. ¿A qué se llama vida media de un compuesto radiactivo?

10. Si en una roca encontramos 1 gramo de potasio 40 y tres gramos de argón 40, ¿qué edad podemos decir que tiene la roca?

Vida media de los isótopos radiactivos más usados para el método radiométrico Elemento radiactivo

Elemento estable

Vida media

Aplicaciones

Samario-147

Neodimio-143

106 000 Ma

Para datar rocas metamórficas.

Rubidio-87

Estroncio-87

47 000 Ma

Se utiliza en cualquier tipo de roca.

Uranio-238

Plomo-206

4510 Ma

Es el método más preciso.

Potasio-40

Argón-40

1300 Ma

Es el método más común.

Carbono-14

Nitrógeno-14

5730 años

Útil en materiales biológicos.

Unidad 1. Origen e historia de la Tierra

13

2.2. Métodos de datación relativa Como ya hemos estudiado, la datación relativa ordena los acontecimientos sin conocer el momento exacto en que se producen. Por tanto, el método que se utiliza para ordenar acontecimientos geológicos sin conocer la edad de los mismos se denomina método de datación relativa.

La datación relativa se basa en distintos principios como el actualismo, el gradualismo, la superposición de estratos, la simultaneidad, la superposición de sucesos y la superposición faunística.

Principios geológicos empleados en la datación relativa Principio de superposición faunística

Serie moderna con estratos horizontales

Principio de superposición de sucesos

Principio de superposición de estratos

Principio del gradualismo

Principio del actualismo

Principio de simultaneidad

Serie antigua con estratos plegados PRINCIPIOS DE DATACIÓN RELATIVA

Principio de actualismo

Principio de gradualismo

Principio de superposición de estratos

Principio de simultaneidad

Los procesos geológicos actuales son iguales a los del pasado.

Los procesos geológicos son lentos y duraderos.

Los estratos más profundos son más antiguos que los más superficiales.

Los estratos tienen la misma antigüedad que los fósiles que contienen.

14 Unidad 1. Origen e historia de la Tierra

Principio de superposición de sucesos

Principio de superposición faunística

Los acontecimientos son siempre posteriores a los estratos y rocas a los que afectan.

Los fósiles de estratos superiores son más modernos que los de estratos inferiores.

** Principio del actualismo: los procesos que actúan ahora sobre la

superficie terrestre son los mismos que han actuado en tiempos pasados. Por ejemplo, si observamos que hoy día los glaciares excavan valles con forma de U, asumimos que los glaciares de épocas anteriores actuarían de la misma forma.

** Principio del gradualismo: los procesos geológicos son muy lentos

y actúan durante un periodo muy largo de tiempo. Por ejemplo, si observamos actualmente que los procesos que erosionan una roca tardan mucho tiempo, lo mismo ocurriría en el pasado.

** Principio de superposición de estratos: los estratos se depositan

horizontalmente y superpuestos unos sobre otros. Así pues, los estratos más profundos son más antiguos que los estratos más superficiales. Ocurriría los mismo con las camisetas que tenemos en nuestro armario. Las que están en la parte de abajo serán las que hace más tiempo que no nos ponemos.

** Principio de simultaneidad: un estrato nunca es anterior a los fósiles

que contiene, ya que el depósito de materiales geológicos es simultáneo al depósito de organismos muertos. De esta forma, los seres que mueren en la actualidad se depositan sobre los materiales que encontramos en la superficie a la vez que se depositan los sedimentos que formarán las rocas donde podremos encontrar sus restos.

** Principio de superposición de sucesos: un acontecimiento geoló-

Actividades 11. Explica la utilidad del principio de superposición de estratos en la datación relativa de un conjunto de estratos.

12. La naturalista y aventurera Daniela Jiménez, en su continua búsqueda de aventuras y conocimiento, ha descubierto una excavación geológica en la que ha encontrado restos fósiles de dinosaurios y plantas.

La serie de estratos, formada por cinco estratos horizontales en total, contiene restos fósiles de dinosaurios en todos ellos, pero solo logra encontrar restos fósiles de plantas en las dos últimas capas superiores.

Esto le lleva a formularse la siguiente pregunta: ¿cuál de estos organismos es menos antiguo según el registro fósil encontrado? ¿En qué principio o principios te basas para argumentar tu respuesta?

gico (fallas, plegamientos o metamorfismo) siempre es posterior a los estratos y rocas afectados, y anterior a los no afectados. Para comprenderlo podemos pensar que en un partido de voleibol puedes anotar un punto y luego ser sustituido y salir de la pista, pero no al revés.

En este caso los acontecimientos se suceden y uno afecta a otro.

** Principio de superposición faunística: los fósiles de estratos supe-

riores son siempre más modernos que los de estratos inferiores.

Debemos asumir que si los estratos superiores son más modernos, los fósiles que contienen tienen que serlo también.

¿

Sabías que...?

Los diferentes principios empleados en la datación relativa fueron enunciados por científicos que vivieron en épocas distintas. Así, el principio de superposición de los estratos fue establecido por el danés Steno en 1669, mientras que el principio del actualismo fue formulado por el escocés Hutton en 1785 y el del gradualismo fue desarrollado por el inglés Lyell en 1833.

Nicolás Steno (1638-1686).

James Hutton (1726-1797).

Charles Lyell (1797-1875).

Fósil de un dinosaurio.

Unidad 1. Origen e historia de la Tierra

15

¿

Sabías que...?

En la localidad granadina de Orce se encuentra un importante yacimiento arqueológico. En él se descubrieron en 1982 restos fósiles que se catalogaron como humanos y que implicaban la ocupación humana del continente europeo casi un millón de años antes de lo que se pensaba.

Estos restos recibieron la denominación de Hombre de Orce.

3. IMPORTANCIA DE LOS FÓSILES Los fósiles son restos o huellas de organismos que se han mineralizado con el paso del tiempo, pasando a formar parte de las rocas sedimentarias.

Aunque la existencia de fósiles se conocía desde mucho antes, no fue hasta finales del siglo XVIII y principios del XIX cuando se puso de manifiesto la importancia de estos restos de seres vivos como herramientas geológicas.

Gracias al estudio de los fósiles es posible conocer cómo eran las especies más antiguas y deducir así los cambios que se han ido produciendo en los seres vivos a lo largo del tiempo.

También gracias al estudio de los fósiles podemos conocer cómo ha ido cambiando la superficie de la Tierra a lo largo de millones de años. Así, el análisis de los fósiles encontrados permite deducir el tipo de ambiente en el que se desarrollaron.

¿

Sabías que...?

Es complicado encontrar restos fósiles completos, principalmente de animales grandes. Lo más habitual es encontrar restos sueltos o dispersos.

Este hecho se debe a varios factores: las cuencas sedimentarias, donde se depositan los restos de los seres al morir, solían estar relacionados con medios acuáticos, que podrían desplazar y dispersar los restos debido a las corrientes. De otro lado, la acción de depredadores o carroñeros también es un factor que podría explicar la dispersión y la falta de parte de estos restos.

En la península ibérica, por ejemplo, los restos más completos y bien conservados del esqueleto articulado de un dinosaurio corresponden a un ejemplar de Concavenator corcovatus, un depredador cuyos restos fósiles fueron encontrados en un yacimiento de Cuenca.

Podemos concluir que los seres vivos han ido cambiando y evolucionando a lo largo de la historia de la Tierra, dejando registros fósiles de su paso por el planeta en muchos casos. Estos registros permiten reconocer diferentes periodos de la historia de la Tierra gracias a los fósiles que podemos encontrar en las rocas formadas durante los mismos. Este hecho se conoce como principio de sucesión de los fósiles, íntimamente ligado también al principio de sucesión faunística, que nos permite ordenar materiales según la antigüedad de los fósiles que contienen.

Según los acuerdos o convenciones científicas, una evidencia orgánica solo se consideraría fósil si tiene una antigüedad superior a 13 000 años.

Fósiles de ammonites, fósiles guía del Mesozoico.

16 Unidad 1. Origen e historia de la Tierra

3.1. Fósiles guía Sin embargo, no todos lo fósiles nos ayudan a datar u ordenar materiales o acontecimientos geológicos. Para poder hacerlo usamos los llamados fósiles guía.

Los fósiles guía son útiles para una adecuada datación geológica y aportan información suficiente para ordenar la mayoría de los acontecimientos geológicos y biológicos ocurridos en el pasado.

Pero para que un fósil pueda ser considerado un fósil guía debe cumplir tres características: corta distribución temporal, amplia distribución geográfica y facilidad de fosilización.

Para las diferentes etapas del tiempo geológico se han empleado diversos fósiles guía, tal y como estudiaremos más adelante en el apartado sobre el tiempo geológico.

CARACTERÍSTICAS DE LOS FÓSILES GUÍA

Corta distribución temporal Los organismos que darán lugar a los fósiles deben haber habitado en el planeta durante un periodo más o menos breve de tiempo para poder delimitar una antigüedad concreta.

Amplia distribución geográfica Deben haber habitado amplias zonas del planeta, para poder datar estratos que pueden estar muy alejados unos de otros.

Facilidad de fosilización Los organismos deben fosilizar con facilidad, de lo contrario no quedarían restos suficientes que nos permitieran usarlos como indicadores. Los seres con estructuras duras (conchas, huesos, etc.) fosilizan con más facilidad.

3.2. Proceso de fosilización Aunque cada tipo de fósil presenta una antigüedad distinta, se puede considerar que el proceso de formación, es decir, de fosilización, ha sido similar.

La fosilización es el conjunto de procesos que determinan que un ser vivo completo, alguna de sus partes o incluso los rastros de su actividad, pasen a formar parte del registro fósil geológico. Su escala de duración se mide en millones de años.

Cuando un organismo muere, sus restos pasan al suelo y se disgregan por la acción del viento, la lluvia o los animales, y se descomponen por la actuación de las bacterias y los hongos. Sin embargo, si el enterramiento de los restos se lleva a cabo rápidamente, el proceso de descomposición se ralentiza o cesa y la fosilización tiene mayores probabilidades de terminar con éxito. Generalmente, el primer paso en el proceso de fosilización es la desaparición de las partes blandas, por lo que huesos, dientes, conchas y exoesqueletos, al ser más duros, fosilizan más frecuentemente. En casos excepcionales también se conservan esas partes blandas (vertebrados en minas de asfalto, etc.), gracias a que en la fase de mineralización han intervenido procesos de baja oxidación.

Actividades 13. ¿Qué son los fósiles? ¿Cuál es su antigüedad mínima?

14. Indica qué información nos puede aportar el estudio de los fósiles.

15. ¿Qué diferencias existen entre el proceso de fosilización y el de conservación?

16. ¿Qué características debe tener un organismo para llegar a ser un fósil guía?

17. El cangrejo herradura (Limulus polyphemus) es un organismo acuático, cercano a los arácnidos, que posee una concha dura y está considerado “fósil viviente”, ya que su estructura no ha sufrido prácticamente variaciones en los últimos 200 millones de años. ¿Podríamos considerar a este organismo como un buen fósil guía?

Cangrejo herradura en la arena de una playa.

Unidad 1. Origen e historia de la Tierra

17

¿

Sabías que...?

Como hemos comentado, resulta difícil la fosilización de partes blandas de los organismos.

Sin embargo, hay circunstancias que permiten que estas partes blandas, organismos completos carentes de estructuras de fácil fosilización, o incluso los restos de su actividad biológica, puedan sufrir este proceso.

En Andalucía contamos con una enorme variedad de fósiles. El yacimiento de huellas fósiles de medusas de Constantina, localidad de la provincia de Sevilla, compuesto por 90 fósiles de medusas, con ejemplares que llegan a los 88 centímetros de diámetro, ha sido declarado Monumento Natural por su especial interés.

La fosilización se puede producir por distintas transformaciones químicas que poco a poco van sustituyendo los compuestos orgánicos por minerales inorgánicos.

Entre estas transformaciones destacan la carbonatación (conchas y caparazones de muchos invertebrados), carbonificación (plantas y exoesqueletos de artrópodos), la silicificación (todo tipo de moluscos) y la fosfatación (huesos y dientes de vertebrados).

Además de la fosilización, también podemos encontrar restos sin alterar de organismos gracias al proceso de conservación. Este proceso es poco frecuente, aunque espectacular en sus resultados. A diferencia de la fosilización no se producen transformaciones químicas, sino la detención del proceso de descomposición por fenómenos tales como la momificación o la inclusión dentro de otras sustancias, como brea (alquitrán), ámbar (resina vegetal fosilizada) o hielo muy profundo y antiguo (hielo fósil).

Además de los restos fósiles directos, podemos encontrar otros tipos de evidencias fósiles, como los yacimientos de huellas o icnitas. Destacan las icnitas de seres que vivieron o se desplazaron sobre los fondos marinos, como las de los trilobites, o las de dinosaurios, que nos permiten conocer hábitos de vida, como si vivían o cazaban en grupos, y nos ofrecen información sobre su peso, velocidad de desplazamiento, etc. Otro tipo de evidencia fósil la constituyen los coprolitos, restos fosilizados de heces que aportan información sobre la dieta, entre otros factores.

Diferencias entre el proceso de conservación y el de fosilización Destrucción del resto

Ser vivo

Conservaciones excepcionales

Muerte

Brea

Ámbar (solo para fósiles terrestres)

Hielo CONSERVACIÓN FOSILIZACIÓN

Impresión de las partes blandas

Disolución

Huellas de paso

Restos de actividad orgánica

Esqueleto no conservado

Esqueleto original Relleno sedimentario

Fósiles químicos

Esqueleto conservado Recristalización Impresión del esqueleto

18 Unidad 1. Origen e historia de la Tierra

Molde interno

Conservación total

Recristalización Esqueleto relleno

Relleno mineral

Molde externo

4. EL TIEMPO GEOLÓGICO

Mary Anning

La percepción del tiempo geológico se hace complicada en ocasiones debido a la diferencia en las magnitudes de tiempo a las que nos referimos en comparación con nuestra vida cotidiana, o incluso con la percepción del tiempo a escala histórica. De esta manera, si bien la medida del tiempo en nuestra vida cotidiana se basa en unidades como las horas, días o años, o a nivel histórico podemos hablar de siglos sin que estas unidades de medida supongan problemas para la comprensión de su magnitud, las medidas de tiempo necesarias para la geología tienen un carácter muy diferente.

Los acontecimientos geológicos transcurren habitualmente a un ritmo muy lento, por lo que las unidades que usamos son los miles o millones de años, e incluso los miles de millones de años, magnitudes que dificultan mucho asimilar el tiempo que transcurre entre diferentes sucesos geológicos.

4.1. Escala de tiempo geológico Debido a su enorme extensión, la escala del tiempo geológico se divide en unidades más manejables que fraccionan la historia de la Tierra en distintas subdivisiones.

Actualmente, en geología se mide la historia de la Tierra usando dos escalas: la geocronológica y la cronoestratigráfica.

ESCALAS TEMPORALES GEOLÓGICAS

Escala geocronológica

Mide el tiempo en millones de años concretos, utilizando criterios de datación absoluta.

Ejemplo: los dinosaurios habitaron la Tierra desde su aparición hace 250 millones de años hasta que se extinguieron hace 65 millones de años.

Escala cronoestratigráfica

Ordena acontecimientos siguiendo criterios de datación relativa.

Ejemplo: los dinosaurios habitaron la Tierra después de que ya existiesen en la misma peces y anfibios, que aparecieron en el Paleozoico y antes que los grandes mamíferos, que no existieron hasta el Cenozoico.

Siguiendo este esquema, se han establecido una serie de intervalos geológicos para cada una de las escalas, clasificados en distintos rangos jerárquicos u órdenes.

Correspondencia de unidades entre las escalas de tiempo geológico geocronológica y cronoestratigráfica Rango jerárquico Primer orden Segundo orden Tercer orden Cuarto orden

Escala geocronológica Eón Era Periodo Época

Escala cronoestratigráfica Monotema Eratema Sistema Serie

Esta mujer, nacida en 1799 en Inglaterra, está considerada como la primera paleontóloga reconocida como tal. Su niñez transcurrió en el seno de una familia de escasos recursos, ayudando a su padre en la recolección de fósiles que vendían a los turistas, aunque a los 11 años la muerte de su progenitor hizo que ella tuviese que encargarse del negocio. Debido a esta circunstancia no pudo disfrutar de una formación científica, lo que no supuso un obstáculo para que realizara importantes descubrimientos en el campo de la paleontología.

Sus hallazgos más destacados son los descubrimientos de los primeros esqueletos de ictiosaurio y de plesiosaurio, el primer esqueleto de pterosaurio encontrado fuera de Alemania y algunos fósiles de peces importantes. También estableció que los fósiles de belemnites contienen sacos de tinta fosilizada y que los coprolitos son heces fosilizadas.

Su trabajo fue esencial para llegar a entender las características de la vida prehistórica y de la historia de la Tierra.

Tras su fallecimiento, en 1847, comenzó a reconocerse su gran labor para el desarrollo del estudio de la geología.

Actividades 18. ¿Qué diferencias existen entre la escala geocronológica y la cronoestratigráfica?

19. Enumera las subdivisiones del tiempo geológico que establece la escala geocronológica.

Unidad 1. Origen e historia de la Tierra

19

Actividad resuelta 2. Para poder hacernos una idea de la gran antigüedad de la historia de la Tierra podemos emplear un método comparativo con respecto a otra escala. A continuación, teniendo en cuenta la siguiente lista con los sucesos geológicos más relevantes de la historia de la Tierra, elabora una comparación entre esta escala de tiempo geológico y la duración de un año. Calcula la fecha que tendría en el calendario cada uno de los acontecimientos geológicos descritos y elabora una tabla comparativa:

Teniendo este dato se puede calcular, también mediante reglas de tres, a cuántos días corresponden los distintos intervalos de cada acontecimiento. Por ejemplo, entre el acontecimiento a y el b han transcurrido 1000 millones de años, por lo que: 12,6 Ma 1000 Ma

1000 Ma x 1 día x= = 79,4 días 12,6 Ma

a) Hace unos 4500 Ma terminó la formación de la Tierra. b) Hace 3600 Ma aproximadamente aparecieron las primeras formas de vida. c) Hace alrededor de 2100 Ma surgieron los primeros organismos pluricelulares.

1 día x

De forma similar se procede para el resto de intervalos y se coloca, en forma de tabla, tanto el tiempo calculado para cada uno de ellos como la fecha aproximada en el calendario para cada acontecimiento geológico:

d) Hace unos 600 Ma aparecieron los primeros seres invertebrados.

Tiempo transcurrido desde el acontecimiento anterior

Fecha en el calendario

e) Hace alrededor de 500 Ma aparecieron los primeros vertebrados.

a) Inicio del tiempo geológico

1 de enero (00:00 h)

f) Hace unos 230 Ma aparecieron los dinosaurios y los mamíferos primitivos.

b) 900 Ma (73 días)

15 de marzo

c) 1500 Ma (122 días)

15 de julio

g) Aproximadamente hace 65 Ma se extinguieron los dinosaurios y comenzó la expansión de los mamíferos.

d) 1500 Ma (122 días)

14 de noviembre

h) Hace unos 5 Ma aparecen los primeros homínidos.

e) 100 Ma (8 días)

22 de noviembre

i) Hace apenas unos 120 000 años que apareció el Homo sapiens.

f) 270 Ma (22 días)

14 de diciembre

Solución

g) 165 Ma (13 días)

27 de diciembre

Para resolver el ejercicio se puede realizar un cálculo mediante regla de tres de cuánto tiempo en millones de años corresponde a cada día del hipotético calendario. Así pues: 365 días 4500 Ma 1 día x

h) 60 Ma (4 días)

31 de diciembre

a

1 día x 4500 Ma x = 365 días

i) 4,88 Ma (0,4 días)

31 de diciembre (23:47 h)

= 12,3 Ma b

f

c

d

h,i e

20 Unidad 1. Origen e historia de la Tierra

g

La escala geocronológica Dentro de la escala geocronológica podemos encontrar las siguientes subdivisiones: ** Eones: es la división de mayor rango. Dentro de la historia de la Tie-

rra se pueden considerar cuatro eones: Hádico:

engloba desde hace 4500 millones de años hasta hace 3800 millones de años. Significa “inframundo o infierno”, ya que durante esta etapa la Tierra permanecía aún incandescente y el calor era enorme.

Arcaico:

transcurre desde hace 3800 millones de años hasta hace 2500 millones de años. Significa “comienzo u origen” y en ella empiezan a surgir los primeros seres vivos.

Los fósiles guía sirven para definir algunas subdivisiones de la escala geocronológica.

Proterozoico:

desde hace 2500 millones de años hasta hace 540 millones de años. Significa “anterior a los animales” debido a que comienzan a aparecer los organismos pluricelulares.

Fanerozoico: abarca desde hace 540 millones de años hasta la actua-

lidad. Significa “animales visibles”, ya que es la etapa con mayor proliferación de seres vivos.

** Eras: se trata de unidades menores que los eones. Se definen gracias a

restos fósiles que muestran distintos ciclos geológicos e importantes cambios en los seres vivos. De esta manera, para dividir el eón Fanerozoico, se suele hablar de las siguientes eras: Paleozoico:

transcurre desde hace 540 millones de años hasta hace 250 millones de años, es decir pertenece al eón Fanerozoico. Significa “vida antigua” y en ella habitaron los animales más primitivos.

¿

Sabías que...?

En ocasiones podemos encontrar un término referido a la historia de la Tierra, el Precámbrico.

No representa en realidad ninguna de las divisiones que has estudiado. Abarca la etapa más larga de la historia de la Tierra, porque engloba todo lo anterior al Paleozoico, es decir, incluye a los eones Hádico, Arcaico y Proterozoico. Precámbrico significa “anterior al Cámbrico”.

Mesozoico:

incluye desde hace 250 millones de años hasta hace 65 millones de años, por lo que también pertenece al Fanerozoico. Significa “animales intermedios”. Toda esta era estuvo dominada por los dinosaurios.

Cenozoico:

comprende desde hace 65 millones de años hasta la actualidad, por lo que también pertenece al eón Fanerozoico. Significa “animales nuevos” y destaca la evolución de los mamíferos.

** Periodos: son unidades temporales en las que se dividen las eras. Sus

límites se han podido establecer gracias a los restos fósiles encontrados en las rocas. Cada periodo viene determinado por un evento biológico o geológico significativo. Por ejemplo, la Era Mesozoica está dividida en tres periodos, que son el Triásico, el Jurásico y el Cretácico, separados entre sí por acontecimientos como la ruptura de Pangea o la aparición o extinción de determinadas formas de seres vivos.

** Épocas: son las unidades en las que se subdividen los periodos. En

cada uno de los periodos podemos encontrar distintas épocas dependiendo de los fósiles guía que contengan los sedimentos. Podemos destacar, entre las épocas de la Era Cenozoica y, dentro de ella, del periodo cuaternario, la división en dos épocas, el Pleistoceno y el Holoceno, separadas por diferencias climáticas. Las épocas se subdividen a su vez en edades. La duración estimada de cada una de las épocas oscila entre los 13 y los 35 millones de años.

Actividades 20. ¿En qué eón surgieron las primeras células?

21. ¿A qué se llama era? ¿Cuántas eras se consideran en la historia de la Tierra?

22. ¿Cuántos años abarca el eón Fanerozoico? ¿Qué eras incluye?

23. ¿Cuál es la etapa más larga de la historia de la Tierra?

24. ¿Qué divisiones engloba?

25. ¿Cuáles son los grandes acontecimientos que separan unos eones de otros?

26. Busca información sobre las eras en las que se divide el eón Proterozoico y los principales acontecimientos que las caracterizan.

Unidad 1. Origen e historia de la Tierra

21

La escala del tiempo geológico

Cenozoico

Eón Era

Periodo

Antigüedad

Mesozoico

Procesos geológicos Desarrollo y diversificación de los mamíferos

Cuaternario 2,5 Ma Terciario 65 Ma Cretácico

Surgen las plantas con flores y frutos

Extinción de dinosaurios y ammonites

Jurásico

Triásico 250 Ma

Las plantas gimnospermas dominan la superficie

Movimiento de los continentes

Primeros dinosaurios

Pérmico 300 Ma

Grandes extensiones de helechos gigantes

Surgen los reptiles

Formación de los yacimientos de carbón

Carbonífero

Paleozoico

Primeros anfibios

Gran actividad tectónica

Devónico Diversificación de los peces

410 Ma Primeras plantas vasculares terrestres

Silúrico

Se inicia la fragmentación de Pangea Formación de Pangea

Los reptiles se diversifican

21 % de oxígeno en la atmósfera

430 Ma

Primeros vertebrados: peces sin mandíbulas

Largo periodo de glaciación

Abundan las algas marinas

Ordovícico 500 Ma

Invertebrados marinos con esqueleto externo

10 % de oxígeno en la atmósfera

Cámbrico 540 Ma

2500 Ma

Células eucariotas

Arcaico

Proterozoico

Comienza la orogenia alpina Formación del 60 % del petróleo conocido

Primeras aves

Los dinosaurios se diversifican. Reptiles voladores y nadadores

Primeros mamíferos

360 Ma

Rocas más antiguas conservadas La vida surge al final de este eón

4500 Ma

22 Unidad 1. Origen e historia de la Tierra

Formación de la capa de ozono.

Primeras glaciaciones

Primeros invertebrados marinos de cuerpo blando

Organismos procarióticos: arqueas y bacterias

3800 Ma

Hádico

Glaciaciones e interglaciaciones

150 Ma

205 Ma

Fanerozoico

Vida

Producción de oxígeno

Primeros continentes.

Inicio de la tectónica de placas Se forma la Tierra, la Luna, la atmósfera (sin O2) y los océanos

4.2. Precámbrico

Etapas del Precámbrico

De esta época son los materiales más antiguos que podemos hallar en la superficie terrestre. Las rocas mas antiguas encontradas datan de hace unos 4000 millones de años. En la etapa final de este periodo ya podíamos encontrar una vida bastante diversa, conocida como fauna de Ediacara. Estaba formada por un grupo peculiar de fósiles exclusivos del periodo Precámbrico. Esta fauna data de hace 670 Ma y se llama así porque los primeros restos se descubrieron en Ediacara (Australia). Tras su descubrimiento, estos fósiles han sido localizados en otros muchos lugares. Estos animales, que medían más o menos un metro, vivían en mares poco profundos y tenían un cuerpo blando.

Proterozoico Arcaico

Como ya sabemos, el Precámbrico representa en realidad una división un tanto artificial que incluye los eones Hádico, Arcaico y Proterozoico. Durante este enorme intervalo de tiempo, las rocas formadas han sufrido extraordinarias transformaciones, por lo que los fósiles conservados son escasos, sobre todo de las etapas más antiguas de este periodo.

Eón

Precámbrico

El Precámbrico (4500–540 Ma) constituye el 88 % de la historia terrestre. En este intervalo de tiempo tuvieron lugar algunos de los hechos más importantes de la historia de la Tierra, tales como su propia formación, la aparición de la vida o la formación de los primeros continentes.

Era

Periodo

Ediacárico Neoprotezoico Criogénico Tónico Esténico Mesoprotezoico Ectásico Calímico Estatérico Orosírico Paleoprotezoico Riácico Sidérico Neoarcaico Mesoarcaico Paleoarcaico Eoarcaico Hádico

Edad (Ma) 541.0±1.0

~635 ~720 1000 1200 1400 1600 1800 2050 2300 2500 2800 3200 3600 4000 ~4500

Acontecimientos más relevantes del Precámbrico Eón Hádico (4500–3800 Ma) • Formación de la Tierra.

• Gran bombardeo de meteoritos.

• Formación de la Luna.

• Formación de la primera atmósfera (sin oxígeno).

• Formación de la litosfera.

• Formación de las primeras rocas.

• Formación de océanos primitivos.

Eón Arcaico (3800–2500 Ma)

Eón Proterozoico (2500–540 Ma)

• Cese de meteoritos.

• Aparición de las primeras células anaerobias heterótrofas.

• Aparición de células anaerobias fotosintéticas (cianobacterias).

• Primeras estructuras de origen biológico (estromatolitos).

• Primeros continentes.

• Inicio de la tectónica de placas.

• Comienza a liberarse oxígeno hacia la atmósfera.

• Primeras células aerobias.

• Primeras células eucariotas.

• Comienza a formarse la capa de ozono.

• Surgen los primeros seres vivos pluricelulares (algas rojas y verdes).

• Primeras glaciaciones.

• Primeros animales (fauna de Ediacara).

• Primeros hongos.

a)

b) d) Recreación del aspecto de la Tierra durante el eón Hádico. Durante millones de años, la Tierra fue un planeta formado mayoritariamente por roca fundida y sometido a un incesante impacto de meteoritos.

Recreación del aspecto de la Tierra durante el eón Arcaico. Hace unos 3800 Ma el vapor de agua empezó a condensarse dando lugar a fuertes precipitaciones que originaron los primeros océanos

c)

Recreación del aspecto de la Tierra durante el eón Proterozoico. Fauna precámbrica de Ediacara: a) medusa, b) artrópodo, c) Parvancorina, d) Tribrachidium y e) celentéreo.

Unidad 1. Origen e historia de la Tierra

23

4.3. Las eras geológicas Paleozoico (540–250 Ma) Es la primera de las tres eras del eón Fanerozoico, y aunque solo supone el 6,5 % de la historia terrestre, durante esta era la vida del planeta se desarrolló de manera vertiginosa. El Paleozoico se caracteriza por las apariciones y extinciones masivas de seres vivos, lo que marca el cambio de un periodo a otro.

Teniendo en cuenta que la vida se inició en el agua, a comienzos del Paleozoico la tierra emergida era un auténtico desierto, ya que las formas de vida pluricelulares que habitaban la Tierra eran todas marinas.

Recreación de un momento del periodo devónico (410-360 Ma).

Sin embargo, a lo largo de este periodo esta situación cambió de una manera drástica. En algo menos de 300 millones de años la vida ocupó prácticamente todos los territorios emergidos, dando lugar a una enorme variedad de seres vivos. Durante este periodo aparecieron gran parte de los grupos de animales y plantas que habitan hoy día nuestro planeta, aunque también ocurrieron fenómenos de extinción que hicieron desaparecer a muchos otros que fueron dominantes en esta época.

Acontecimientos más relevantes del Paleozoico Periodo Cámbrico (540–500 Ma)

Periodo Ordovícico (500–430 Ma)

Periodo Silúrico (430–410 Ma)

Periodo Devónico (410–360 Ma)

Periodo Carbonífero (360–300 Ma)

Periodo Pérmico (300–250 Ma)

• Diversificación de los invertebrados marinos (abundancia de esponjas y cnidarios).

• Aparecen los primeros animales con concha.

• Surgen los crustáceos.

• Los animales más característicos son los artrópodos trilobites.

• La atmósfera alcanza el 10 % de oxígeno.

• Ocurre la primera extinción masiva.

• Continúa la diversificación de la fauna marina.

• Aparecen los primeros vertebrados, los peces sin mandíbulas.

• Entre ellos, son característicos los peces acorazados (con coraza ósea en su parte anterior).

• Las algas proliferan.

• Las plantas (musgos) comienzan a conquistar tierra firme.

• Una glaciación da lugar a la segunda extinción masiva.

• En los mares abundan los corales, cefalópodos y peces mandibulados.

• Primeras plantas terrestres con tejidos conductores (vasculares).

• La atmósfera alcanza el 21 % de oxígeno actual.

• Primeros invertebrados terrestres.

• Se da la tercera extinción masiva.

• Los océanos estaban poblados por grandes peces depredadores.

• Aparecen peces de agua dulce.

• Primeros peces resistentes fuera del agua (protoanfibios).

• Primeros anfibios.

• Primeros insectos.

• Primeras plantas con semillas.

• Presencia de exuberantes bosques de helechos.

• Formación de los actuales yacimientos de carbón.

• Aparición de los belemnites (cefalópodos).

• Los anfibios se extienden y dan lugar a los primeros reptiles.

• Aparecen insectos alados de tamaños gigantescos (libélulas).

• Las grandes masas continentales comienzan a reunificarse.

• Formación del supercontinente Pangea.

• El clima es cálido y de gran aridez.

• Se diversifican los reptiles.

• Se extienden las plantas semejantes a palmeras y coníferas (gimnospermas).

• Se da la cuarta extinción masiva y la mayor de toda la historia.

24 Unidad 1. Origen e historia de la Tierra

Recreación del aspecto de la Tierra durante el Paleozoico.

Unidad 1. Origen e historia de la Tierra

25

¿

Mesozoico (250-65 Ma)

Sabías que...?

Referirse al Mesozoico es, ineludiblemente, acercarnos a la época de la historia de la Tierra que fue dominada por los dinosaurios. En esta etapa estos espectaculares animales se diversificaron y habitaron los ecosistemas terrestres en múltiples variedades y tamaños.

Pero es importante destacar uno de los aspectos que hemos mencionado, como es el hecho de que los dinosaurios fueron animales terrestres.

Existieron otros grupos de reptiles que habitaron los mares o fueron capaces de adaptarse al vuelo, pero no son dinosaurios. Son los reptiles voladores, como el pterosaurio, o los reptiles acuáticos como el ictiosaurio.

Representa el 4 % de la historia terrestre y es la segunda de las tres eras en que se divide el eón Fanerozoico. Se caracteriza por ser un tiempo de grandes cambios geológicos, climáticos y evolutivos.

El clima de la primera parte del Mesozoico fue seco y los desiertos probablemente fueron abundantes. Sin embargo, los niveles del mar comenzaron a elevarse durante el Jurásico y provocaron un aumento de las temperaturas y de la humedad, lo que hizo que los desiertos retrocedieran. Al final del Mesozoico, la temperatura de la Tierra era muy constante, con pocas diferencias desde el ecuador hasta los polos.

La extinción de casi todas las especies animales al final del Paleozoico, durante la extinción Permo-Triásica, permitió la aparición de muchos nuevos tipos de formas de vida. Destacaron los grandes reptiles como los dinosaurios, los pterosaurios y los reptiles acuáticos. Los cambios climáticos dieron lugar a la enorme diversidad que alcanzaron estos reptiles, además de los mamíferos y las aves. En cualquier caso, el Mesozoico es la era de los dinosaurios debido al enorme desarrollo de este grupo de reptiles en aquel momento. En el mar fueron muy abundantes los ammonites y los belemnites, ambos cefalópodos.

Acontecimientos más relevantes del Mesozoico Periodo Triásico (250–205 Ma) • Fragmentación de Pangea en dos supercontinentes: al norte Laurasia y al Sur Gondwana.

• En el mar se desarrollan los ammonites.

• Los reptiles se diversifican; aparecen los reptiles con la cadera adaptada a la carrera, los reptiles voladores y los reptiles marinos.

• Surgen los dinosaurios y otros grandes reptiles.

• Aparecen los primeros animales de sangre caliente (mamíferos primitivos).

• Ocurre la quinta gran extinción.

26 Unidad 1. Origen e historia de la Tierra

Periodo Jurásico (205–150 Ma) • Comienza la fragmentación y la expansión de los continentes.

• Aparecen los primeros peces óseos (teleósteos).

• Grandes bosques de pinos se extienden en tierra firme.

• Los dinosaurios dominan la Tierra.

• Surgen las aves primitivas.

• Aparecen los primeros mamíferos con placenta.

Periodo Cretácico (150–65 Ma) • Periodo de máxima diversidad de dinosaurios.

• Apertura de los océanos y fragmentación final de Pangea.

• Laurasia da origen a Norteamérica y Eurasia.

• Gondwana se divide en Suramérica, África, Australia, la Antártida y el subcontinente de la India.

• Surgen las plantas con flores y frutos (angiospermas).

• Se genera el 60 % de todo el petróleo conocido.

• Al final del periodo aparecen los antecesores de los primates.

• El impacto de un meteorito provoca la sexta extinción masiva.

Recreación del aspecto de la Tierra durante el Mesozoico.

Unidad 1. Origen e historia de la Tierra

27

Cenozoico (65 Ma-actualidad) Constituye el 1,5 % de la historia terrestre. Es la tercera y última de las eras en que se divide el eón Fanerozoico. El Cenozoico es la era de la nueva vida, ya que los pocos tipos de mamíferos sobrevivientes del Mesozoico dieron lugar a la inmensa variedad de especies terrestres, marinas y voladoras que hoy nos resultan familiares.

Fragmentación de Pangea PA N

GE

A

PALEOZOICO LAURASIA

El comienzo de la era está marcado por un nuevo episodio de extinciones masivas, llamado límite K-T (Cretácico-Terciario), el sexto episodio de extinción masiva de la historia del planeta Desde el punto de vista geológico, en esta era los continentes alcanzaron sus posiciones actuales. La rotura de los grandes supercontinentes por los fenómenos asociados a la tectónica de placas provocó, debido al movimiento de dichas placas tectónicas, que las masas continentales en las que se dividieron Laurasia y Gondwana se separasen e interaccionasen unas con otras, hasta dar lugar a la configuración que ocupan en la actualidad. No obstante, las posiciones que ocupan actualmente no son estáticas, ya que los fenómenos que provocaron el desplazamiento de las placas tectónicas siguen vigentes en la actualidad.

Acontecimientos más relevantes del Cenozoico

GONDWANA

Periodo Terciario (65–2,5 Ma)

• Los continentes continúan desplazándose.

• Formación de los Pirineos, los Alpes y el Himalaya por la orogenia Alpina.

• Formación de los casquetes polares.

• Los fósiles característicos de este periodo son los nummulites.

• Se desarrollan las angiospermas.

• Las aves se diversifican y en el mar habitan tiburones gigantes.

• Gran expansión de los mamíferos: caballos, ballenas, elefantes, etc.

• Surgen los primates con visión estereoscópica y manos prensiles.

• Primeros homínidos.

• Aparición del género Homo.

Periodo Cuaternario (2,5 Ma–actualidad)

• Grandes glaciaciones cuaternarias.

• Diversificación del género Homo: H. erectus, H. antecessor, H. neanderthalensis.

• Los humanos modernos (Homo sapiens) surgen al final del Pleistoceno.

• El ser humano coloniza todos los continentes.

• Fin de la última glaciación hace unos 10 000 años.

MESOZOICO (Triásico) AMÉRICA DEL NORTE

EURASIA

ÁFRICA

AMÉRICA DEL SUR AUSTRALIA

ANTÁRTIDA

MESOZOICO (Cretácico) AMÉRICA DEL NORTE ÁFRICA EURASIA

AMÉRICA DEL SUR

CENOZOICO

OCEANÍA ANTÁRTIDA

Pangea fue un supercontinente que se formó al final del Paleozoico, hace unos 300 millones de años, debido a la unión en uno solo de la mayor parte de los continentes emergidos. Durante el Mesozoico, hace unos 200 millones de años, comenzó a fracturarse y a separarse en trozos, y durante el Cenozoico, estos fragmentos terminaron de alcanzar la posición actual de los continentes.

Este proceso de movimiento de los continentes aún continúa en la actualidad.

28 Unidad 1. Origen e historia de la Tierra

Actividades 27. ¿Qué antigüedad tienen los primeros animales?

28. ¿A qué se llama Pangea?

29. ¿De qué era son propios los trilobites? ¿Y los ammonites?

30. ¿En qué era dominaron los dinosaurios la Tierra? ¿Cuál fue el periodo de esta era en el que consiguieron su máxima diversidad?

31. ¿Qué consecuencias tuvo la sexta extinción masiva?

32. ¿Durante qué eras se movieron los continentes a su posición actual?

33. ¿Qué antigüedad tiene el ser humano moderno?

34. La naturalista y aventurera Daniela Jiménez, en su continua búsqueda de conocimiento, ha mezclado las notas que tiene para una conferencia que debe impartir sobre la historia de la Tierra. En sus notas hay acontecimientos que debe ordenar y asignar al periodo concreto de la misma al que pertenecen. Ayúdala a conseguirlo antes de que comience su exposición.

• Aparecen las primeras plantas terrestres con tejidos conductores.

• Surgen las aves primitivas.

• Surgen los humanos modernos.

• Se forma Pangea.

• Aparecen las primeras células.

• Aparecen los peces sin mandíbulas.

• Se desarrollan las plantas angiospermas.

• Máxima diversidad de dinosaurios.

• Aparecen las primeras células eucariotas.

• Aparecen los anfibios.

• Se forman los actuales yacimientos de carbón.

Recreación del aspecto de la Tierra durante el periodo Cenozoico.

• Se forma la Luna.

Unidad 1. Origen e historia de la Tierra

29

5. INTERPRETACIÓN DE MAPAS GEOLÓGICOS

Recuerda

Un mapa topográfico es la representación gráfica en un plano de una porción de terreno, donde se reflejan todos los elementos característicos del relieve de la zona representada.

Un perfil topográfico es la proyección de los puntos de la superficie terrestre sobre un plano vertical y según una dirección determinada.

Para levantar un perfil topográfico se parte de mapas topográficos con curvas de nivel. Lo primero que hay que hacer es trazar una línea entre los puntos A y B que constituyen el principio y el final, respectivamente, del relieve del trazado que queremos representar. Mediante una tira de papel se recogen las altitudes de los distintos puntos por los que discurre el trazado dibujado.

Esta tira de papel, que corresponde al eje X, se utiliza para proyectar las alturas sobre un eje vertical, o eje Y, construido a partir de las diferencias de cotas.

De manera genérica se recomienda utilizar una escala vertical 1:2000 cuando la equidistancia es de 20 metros. Una vez marcadas todas las alturas en el eje vertical, se unen los puntos mediante líneas curvas (suavizando de esta manera la representación).

Los mapas topográficos tienen infinidad de aplicaciones, no solo en el campo de la investigación científica, sino también en planificación territorial e ingeniería. A partir de este tipo de mapas se puede levantar el perfil topográfico de una región.

Un perfil topográfico es la proyección de los puntos de la superficie terrestre sobre un plano vertical y según una dirección determinada.

Los perfiles topográficos muchas veces revelan rasgos del relieve que no son fáciles de percibir a simple vista sobre los planos.

De otro lado, hay mapas en los que, además del relieve, se representan otros datos sobre la geología de una región, por lo que reciben el nombre de mapas geológicos.

1

2 500

500

600

700

600

500

2

0

A 3 700 700 500 Y 900

700 800 600 900

0

B

800

A 3700 700

700

500

900

800

500

70

700

700600 800 900

70

500 600

500

500 500

B

800

900

Y 500

600

0

0

70

B

2

500 700

600 500 700

900

X X 700 700 A

800

600

500

600

Y

700

500

900 800 700 700 700 B

500 600 X’ 900 800 700 700 700 B 900

Para construir un corte geológico se tienen en cuenta tanto las curvas de nivel como los contactos entre los diferentes estratos que afloran en la 800 4 línea de trazado.

700 Y 900

600 900

600 800

900

X’ 900 800 700 700 700 B

700Y 600 900 700 700

800

900

900 800 700 700 700 X

700 600

X’ 00 700 700 B

Y

700

8004

800

4

900 800 700 700 700 B 500 600

700 700

800

900

900 800 700 700 700 X

30 Unidad 1. Origen e historia de la Tierra

0 Un corte600geológico50es la representación de una sección del terreno, según una dirección determinada, levantada a partir de los datos obtenidos de un mapa geológico.

500

800

4

X X 700 700 A 900

X’ 700 700 700 B

A

700

800 700

2

70

700 800600 900

500

A

A

500

700

Si en la realización de unB perfil topográfico se tiene en cuenta la infor700 700 800 900 900 800 700 700 700 500 mación que aporta 50el0 mapa geológico, con el perfil se pueden represen600 500 700 500 los diferentes tar estratos (capas) de rocas presentes bajo la superficie, 800600 700 0 0 9 su disposición y sus deformaciones. De este modo se obtiene el corte 700 700 700 700 700 B 800 900 de900 geológico la800región.

0

B 500

800 900

70

0

70

700 800 900

1

A

Un mapa geológico es un mapa topográfico donde se representan los diferentes tipos de rocas de una determinada zona de la superficie terrestre, sus deformaciones (como los pliegues y las fallas que estudiaremos en la unidad 3), la presencia de fósiles, así como otros elementos del paisaje como ríos, valles etc. (elementos geomorfológicos). Para distinguir los tipos de rocas se utilizan diferentes colores 500 500 0 600 o tramas.

70

Los cortes geológicos son de suma utilidad a la hora de describir y ana700 700 X 900 900y800 lizar el800relieve la700geología de una región determinada. Por otra parte, a partir de un corte geológico se puede interpretar la historia geológica de una región.

700 700

X

800 900 900 800 700 700 700 La historia geológica consiste en la enumeración y ordenación cronológica de todos los acontecimientos geológicos que han tenido reflejo en los materiales que encontramos en la zona de estudio.

700 700

Al definir la historia geológica de una zona detallamos los acontecimientos, ambientes y fenómenos que han determinado la estructura geológica que la define y para ello analizamos los fósiles, rocas y fenómenos que se han sucedido a lo largo del tiempo.

Actividad resuelta 3. A partir del siguiente corte geológico, reconstruye la historia geológica de la zona. Para ello ordena los acontecimientos geológicos que se dieron e indica a qué era o periodo corresponde cada uno.

Asimismo, podemos saber la edad de las rocas gracias a los fósiles que se muestran (datación absoluta). El material A presenta trilobites, fósil guía del Paleozoico. El material B presenta belemnites, lo que sitúa su formación entre el Paleozoico y el Mesozoico. El material C presenta ammonites, propios del Mesozoico. El material D contiene nummulites, fósil guía del Cenozoico. El material E viene identificado como Terciario (Cenozoico).

Todos los fósiles anteriores son animales marinos, por lo que deducimos que los materiales anteriores se depositaron en una cuenca sedimentaria marina. Por otra parte, todos los materiales aparecen plegados, excepto el F, que fue depositado en discordancia con los anteriores. Además presenta fósiles de Homo neanderthalensis, por lo que se deduce que su depósito sucedió en el cuaternario, en tierra firme. Por último, la presencia de cantos rodados y la excavación en V del terreno, nos hace pensar en la presencia de un río.

Cantos rodados Conglomerado con fósiles de Hommo nearderthalensis

G. Cantos rodados F. Conglomerados con fósiles de Homo neanderthalensis

Margas del terciario Areniscas con nummulites

E. Margas del Terciario

Arcillas con ammonites

D. Areniscas con nummulites C. Arcillas con ammonites

Calizas con belemnites

B. Calizas con belemnites

Pizarras con trilobites

A. Pizarras con trilobites

Solución

Según lo anterior, la historia geológica de la región podría ser la siguiente:

Para reconstruir la historia geológica debes observar todos los datos que aporta el corte geológico, la disposición de los estratos, la presencia de fósiles, la existencia de elementos geológicos, etc. Deberás tener en cuenta los principios que has estudiado en la unidad acerca del método de datación relativa para conocer la secuencia de acontecimientos. Cuando interpretamos una historia geológica tenemos que responder a varias preguntas:

1. En una cuenca sedimentaria marina se depositan los siguientes materiales: – Depósito de material A durante el Paleozoico.

– Depósito de material B entre el Paleozoico y el Me sozoico.

– Depósito de material C durante el Mesozoico.

– Depósito de los materiales D y E durante el Terciario.

2. Posteriormente, plegamiento de la serie de estratos, que conlleva que emerjan del agua, quedando expuestos a la acción de los agentes geológicos externos.

• ¿Cuál es el orden en que se han depositado o formado cada uno de los estratos?

• ¿En qué época ha sucedido cada deposición, formación o fenómeno?

3. Erosión general de la zona.

4. Depósito del material F durante el Cuaternario.

• ¿En qué ambiente sucedió cada cosa?

5. Instalación de una cuenca fluvial que provoca el depósito del material G y el modelado del paisaje actual.

El orden en el que se depositaron los materiales viene dado por el principio de superposición de los estratos.

Cortes geológicos

0

500 400 300

0 30

20

Para realizar un corte geológico, puedes seguir los mismos pasos que para levantar el perfil topográfico, teniendo en cuenta que debes señalar en la tira de papel tanto las curvas de nivel (alturas) como los diferentes contactos entre los estratos de rocas que encuentres en el trazado. A continuación se levanta el perfil y se señalan en él los contactos entre rocas anotados en la tira de papel. Por 30 0 último se unen por debajo del 40 40 0 0 300 perfil los puntos que represenN 50 50 0 0 tan los mismos tipos de conA B 50 tactos. En este ejemplo sencillo 40 0 0 observamos estratos horizontales, ya que los contactos entre los estratos de rocas son Escala vertical y horizontal A Sección perfil A - B B Cotas 0 200 600 1000 Contactos paralelos a las curvas de nivel.

500 400 300

Actividades 35. ¿Qué es un mapa topográfico? ¿Qué utilidad tiene?

36. ¿Qué diferencia hay entre los mapas topográficos y los mapas geológicos?

37. ¿Qué objetivo perseguimos al confeccionar la historia geológica de una zona a partir del estudio del mapa geológico de la misma?

Unidad 1. Origen e historia de la Tierra

31

Actividades de consolidación 1. La Tierra es un planeta que ha ido cambiando a lo largo de su historia, y sigue haciéndolo en la actualidad. La primera de las etapas que podemos definir a lo largo de su historia, desde su formación, se denomina periodo pregeológico y duró unos 800 millones de años. ¿A qué se debe esta denominación? ¿Tenemos registros fósiles o rocas de este periodo?

2. En una muestra de roca existe un 50 % de isótopos de 238U y un 50 % de 206Pb. ¿Cuál es la antigüedad de la roca?

3. Copia la siguiente tabla en tu cuaderno y relaciona las definiciones con los principios de datación relativa correspondientes.

En tu cua dern o Los procesos que actúan ahora son los mismos que han actuado en tiempos pasados.

Principio de superposición de estratos

Un acontecimiento geológico siempre es posterior a los estratos y rocas afectados.

Principio de simultaneidad

Los fósiles de estratos inferiores son siempre más antiguos que los de estratos superiores.

Principio de superposición de sucesos

Los procesos geológicos son muy lentos y actúan durante mucho tiempo.

Principio de gradualismo

Los estratos más profundos son más antiguos que los estratos más superficiales.

Principio de superposición faunística

El depósito de materiales geológicos es simultáneo al depósito de organismos muertos.

Principio de actualismo

a) Depósito del material 2. b) Depósito del material 1. c) Erosión general de la zona. d) Depósito del material 4. e) Formación de una falla inversa. f) Depósito del material 3.

5. Los fósiles guía aportan información muy importante que nos permiten no solo datar las rocas donde aparecen, sino conocer también datos sobre el ambiente donde esa roca se originó. Indica a continuación, hasta donde sea posible, los datos que conozcas sobre las siguientes muestras de rocas:

Roca con fósiles de ammonites.

Roca con fósiles de nummulites.

Roca con fósiles de belemnites.

Roca con huesos fósiles de dinosaurios.

4. Observa el siguiente corte geológico e indica en tu cuaderno en qué orden se han producido los procesos indicados: 1 Roca con fósiles de estromatolitos. Roca con fósiles de trilobites.

2

3

4 Roca con fósiles de Homo erectus.

32 Unidad 1. Origen e historia de la Tierra

6. Repasa el recurso "La escala del tiempo geológico" y ordena en tu cuaderno de menor a mayor antigüedad las siguientes formas de vida.

B

A

10. Ordena cronológicamente los siguientes acontecimientos de la historia de la Tierra: • La atmósfera alcanza el 21 % de oxígeno actual.

• Primeros continentes.

C

• Aparecen insectos alados de tamaños gigantescos (libélulas).

• Primeros animales (fauna de Ediacara).

D

E

F

G

H

• Las plantas y los animales comienzan a conquistar tierra firme.

• Aparecen plantas semejantes a palmeras y coníferas (gimnospermas).

• Formación de la Luna.

• Ocurre la primera extinción masiva.

• Aparecen peces de agua dulce.

7. La naturalista y aventurera Daniela Jiménez, en su continua búsqueda de conocimiento, se ha citado con una antigua compañera de viajes para visitar una exposición de fósiles en su localidad. Al entrar en la exposición tropiezan con una estantería en la que hay cuatro muestras de material cuyos rótulos identificadores han caído al suelo.

Sabiendo que las letras están ordenadas por antigüedad, indica a qué muestra corresponde cada una de las letras que han caído al suelo.

Roca

Fósiles

A

Nummulites

B

Ammonites

C

Trilobites

D

Restos orgánicos sin fosilizar

8. Indica los periodos correspondientes a cada una de las siguientes eras: Paleozoico, Mesozoico y Cenozoico.

9. Ordena de forma cronológica la siguiente secuencia de los continentes durante la historia de la Tierra.

A

B

11. ¿A qué subdivisión de la escala geocronológica podría corresponder cada uno de los eventos descritos en la pregunta anterior?

12. Copia la siguiente tabla en tu cuaderno y relaciona cada uno de los tipos de vegetales con la era correspondiente: Gimnospermas Angiospermas

En tu cua dern o

Precámbrico Paleozoico

Helechos

Mesozoico

Algas rojas y verdes

Cenozoico

13. A lo largo de la historia de la Tierra se han sucedido grandes episodios de extinciones masivas. Indica en qué momento se produjo cada una de ellas.

14. Observa atentamente la siguiente ilustración y trata de responder a las siguientes cuestiones: a) ¿Durante cuánto tiempo estuvo vivo el organismo A? ¿Y el B? b) ¿Qué antigüedad tiene una roca donde se encuentren los dos fósiles juntos? c) ¿Qué principio de geología crees que se ha empleado para estimar la edad de las rocas?

0 Ma

5 Ma

A C

D

10 Ma

B 15 Ma

20 Ma

Unidad 1. Origen e historia de la Tierra

33

Esquema de la unidad Teoría nebular ORIGEN

Evolución pregeológica

Estructura en capas

ORIGEN E HISTORIA DE LA TIERRA

Formación de la Luna Datación absoluta

Método radiométrico

Principios geológicos

EDAD ■

■

Periodo de semidesintegración o vida media

■

Actualismo

■

Gradualismo

■

Superposición de estratos

■

Simultaneidad

■

Superposición de sucesos

■

Superposición faunística

Principio de sucesión de fósiles Corta distribución temporal Amplia distribución geográfica

Fósiles

■

Fósiles guía

Fácil fosilización Momificación

Conservación Datación relativa

■

Inclusión Carbonatación

Procesos Fosilización

Transformaciones químicas

Geocronológica

Escalas de tiempo

■

■

■

Divisiones ■

Eón Fanerozoico

HISTORIA GEOLÓGICA

■

■

Mapas geológicos 34 Unidad 1. Origen e historia de la Tierra

Cortes geológicos Historia geológica

Era Periodo Época

■

Precámbrico

Silificación Fosfatación

Eón ■

Carbonificación

Cronoestratigráfica

Eón Hádico (4500 - 3800 Ma)

Periodo Cámbrico

Eón Arcaico (3800 - 2500 Ma)

Periodo Ordovícico

Eón Proterozoico (2500 - 540 Ma)

Periodo Devónico

Periodo Silúrico Periodo Carbonífero

Era Paleozoica (540 - 250 Ma)

Periodo Pérmico

Era Mesozoica (250 - 65 Ma)

Periodo Jurásico

Era Cenozoica (65 Ma a la actualidad)

Periodo Terciario

Periodo Triásico Periodo Cretácico

Periodo Cuaternario

Competencias clave Los fósiles, testigos del pasado La palabra ’fósil‘ deriva del término en latín fossile, “aquello que es excavado”. En realidad, lo que es excavado es el terreno donde se depositan estos restos de organismos vivos o donde dejaron sus huellas. A veces es necesario mover muchas toneladas de tierra antes de encontrar algo parecido a un fósil. Además, la excavación suele ser muy lenta y metódica, lo que asegura una correcta extracción de las pistas del pasado. Los fósiles son indispensables para poder reconstruir lo que ocurría hace miles o millones de años. El proceso de formación de un fósil se denomina fosilización, y requiere decenas de miles de años. Hay dos formas de fosilización: a) compresión: cuando un organismo o parte de él queda atrapado entre los sedimentos sin descomponerse completamente; b) impresión: cuando los residuos orgánicos desaparecen completamente dejando una huella del organismo original al hacer presión sobre rocas blandas. Cuando la edad de un fósil es inferior a 50 000 años, se puede determinar mediante el análisis de su contenido en determinados átomos (14C), que se destruyen a una velocidad conocida. Se mide la cantidad de estos átomos especiales que quedan en las muestras y, en consecuencia, cuanto menor sea su cantidad, mayor será la edad del fósil.

Cuando el fósil tiene una edad superior a la que permite el método del 14C, se usa el método de datación relativa, que consiste en establecer si es más o menos antiguo que otro fósil o roca de edad conocida.

Aunque pueda parecer lo contrario, la fosilización es un proceso muy complejo y no siempre tiene éxito. Se necesitan unos requisitos muy estrictos: en primer lugar, el organismo, al morir, tiene que ser cubierto por sedimento; en segundo lugar, los restos tienen que conservarse, y no descomponerse sin dejar rastro; y en tercer lugar, tiene que ocurrir el proceso de convertirse en roca (litificación) sin que se destruya el fósil por presión. Por último, los fósiles tienen que quedar expuestos y deben ser encontrados por una persona que sepa darles el uso adecuado.

Cuando aparece algún fósil que pertenece a una especie que no está extinguida se dice que es un “fósil viviente”.

Cuestiones propuestas 1. ¿Qué es un fósil? ¿Qué evidencias fósiles podemos tener de un organismo del pasado?

7. ¿Qué es el método de datación relativa? Explica en qué consiste con un ejemplo.

2. ¿Por qué hay que excavar mucho terreno para encontrar fósiles? ¿Qué precauciones hay que tener durante las excavaciones? Razona tu respuesta.

8. Elabora un dibujo para cada una de las fases necesarias en la formación de un fósil. ¿Por qué no se encuentran con facilidad fósiles de todos los organismos?

3. ¿Qué utilidad tienen los fósiles? ¿Qué es un fósil guía?

9. ¿Estás de acuerdo con la idea de que los fósiles pueden ser muy valiosos? Imagina que encuentras un fósil, ¿qué harías con él? ¿Crees que los fósiles son propiedad particular?

4. Comenta las diferencias que hay entre las dos formas de fosilización.

5. Fíjate en las fotografías, ¿a qué tipo de fosilización corresponde cada una de ellas? Justifica adecuadamente tu respuesta.

6. ¿Qué es el método del 14C? ¿Qué utilidad tiene? ¿Por qué no sirve para todos los fósiles?

10. Las personas que se dedican a la paleontología dedican muchas horas de su vida a investigar lo que para muchas otras son simples piedras. ¿Qué valor tienen sus investigaciones? ¿Deberían estar mejor consideradas socialmente? Razona tu respuesta.

Unidad 1. Origen e historia de la Tierra

35

Competencias clave Columna estratigráfica Perfil 1

Perfil 2

Perfil 3

Perfil 4

Caliza Brecha Conglomerados Arenisca Pizarra

Caliza Brecha Conglomerados Arenisca Pizarra Granito

Granito 0

Pasos para levantar una columna estratigráfica: • Delimitar los espesores de cada capa sedimentaria a lo largo de un eje Y. • Establecer los tipos de roca de cada capa.

• Añadir los colores de cada capa donde afloran los sedimentos.

• Representación final de fósiles de la columna estratigráfica en cuestión.

Una columna estratigráfica es una representación gráfica vertical de los diversos materiales que podemos encon-

100

200

300 m

trar en una zona determinada en función de cómo se han sedimentado. En un mapa geológico se pueden poner diversas columnas, realizadas en lugares diferentes, con el fin de compararlas y visualizar cómo los sedimentos de una misma edad (color) cambian lateralmente de potencia (espesor) o de facies (tipo de sedimento).

La interpretación de las columnas estratigráficas y de los ambientes donde se producen es clave para determinar los distintos acontecimientos de la historia de la Tierra.

De forma general los ambientes sedimentarios son: continentales (ríos, lagos, volcanes, glaciares o albuferas), transicionales (deltas y estuarios) y marinos.

Cuestiones propuestas 1. ¿Qué son las columnas estratigráficas? ¿Qué utilidad tienen para la ciencia?

6. Según los fósiles representados, ¿qué edad (absoluta o relativa) puede tener cada una de las rocas de la zona?

2. ¿Por qué interesa levantar varias columnas estratigráficas de la misma área de estudio?

7. Elabora la historia geológica de la zona representada. Recuerda que debes tener en cuenta los principios que has estudiado en la unidad acerca del método de datación relativa para conocer la secuencia de los acontecimientos.

3. Según las ilustraciones, ¿cuántos tipos de roca en total se pueden distinguir en los distintos perfiles de la zona estudiada? Ordénalas de menor a mayor antigüedad.

4. Según la escala visual de la ilustración, indica los espesores máximos de cada capa. Expresa los resultados en metros y kilómetros.

5. Elabora una columna estratigráfica general de la zona estudiada que resuma los tipos de rocas, los tipos de fósiles y su espesor máximo.

36 Unidad 1. Origen e historia de la Tierra

8. En las rocas magmáticas no suelen aparecer fósiles. Intenta explicar por qué.

9. ¿A qué se llama facies? ¿Cuáles son los tres grandes ambientes de formación de facies?

10. ¿Crees que es importante respetar los fósiles que podamos encontrar en el campo? Razona adecuadamente tu respuesta.

La unidad en 10 1. Explica los acontecimientos más relevantes que tuvieron lugar durante el periodo de evolución pregeológica de la Tierra El protoplaneta original fue creciendo por el choque continuo con cuerpos rocosos que encontraba en su órbita, lo que provocó la fusión de sus materiales. Debido a la gravedad y la distinta densidad de los materiales se produjo una diferenciación geoquímica, adquiriendo una estructura en capas concéntricas. Al bajar la temperatura, debido a las erupciones volcánicas, se originaron la atmósfera primitiva y la hidrosfera.

2. ¿Qué diferencias existen entre los términos datación absoluta y datación relativa aplicados a la geología?

Con la datación absoluta podemos conocer la edad absoluta de un acontecimiento o estructura geológica, ya que nos proporciona la medida exacta del tiempo transcurrido.

Con la datación relativa nos limitamos a ordenar los acontecimientos, estableciendo cuáles ocurren antes o después.

3. ¿En qué se basan los métodos radiométricos de datación absoluta?

Se basan en la actividad radiactiva de determinados elementos químicos, que tienen la capacidad de liberar energía y desintegrarse en otros elementos más estables. La vida media, o periodo de semidesintegración se utiliza para determinar la edad de la misma.

4. Recuerda los principios en los que se basan los métodos de datación relativa.

Actualismo, gradualismo, superposición de estratos, simultaneidad, superposición de sucesos y superposición faunística.

5. Indica las características que debe tener un organismo para ser considerado un fósil guía.

Un organismo, para llegara ser un fósil guía, debe haber habitado un espacio limitado de tiempo en nuestro planeta, debe haber tenido una amplia distribución geográfica y estructuras de fácil fosilización.

6. Ordena, según su rango jerárquico, las siguientes unidades de escala de tiempo: época, era, periodo, eón. ¿A cuál de las escalas pertenecen estas unidades?

El orden, de mayor a menor rango, es: eón, era, periodo época. Todas ellas son unidades de la escala geocronológica.

7. ¿Qué es el Precámbrico? ¿Con qué unidad de la escala geocronológica se corresponde? ¿Cuáles son sus principales divisiones?

El Precámbrico es un intervalo de tiempo que recoge todos los acontecimientos que tuvieron lugar en la Tierra

preguntas antes del eón Fanerozoico. No se corresponde con ninguna unidad geocronológica, ya que engloba a los eones Hádico, Arcaico y Proterozoico, abarcando desde los 4500 a los 540 millones de años de la historia de la Tierra.

8. ¿A qué era o periodo corresponde cada uno de los siguientes fósiles guía?

A

B

C

D

a) Son trilobites, fósiles guía del Paleozoico. b) Son ammonites, fósiles guía del Mesozoico. c) Son nummulites, fósiles guía del Terciario. d) Hoja fósil de helecho del periodo Carbonífero, del Paleozoico.

9. Indica con qué periodo o era se corresponden los siguientes acontecimientos: a) Las plantas (musgos) comienzan a conquistar la tierra firme. b) Aparecen los primeros anfibios. c) Se produce la mayor extinción de seres vivos de la historia de la Tierra. a) Periodo Ordovícico, Paleozoico. b) Periodo Devónico, Paleozoico. c) Final del periodo Pérmico, entre el Paleozoico y el Mesozoico.

10. Señala las diferencias entre los términos mapa geológico, corte geológico e historia geológica.

Un mapa geológico es la representación, sobre un mapa topográfico, de las características geológicas de una zona (tipos de rocas, deformaciones, etc.). Un corte geológico es la representación de una sección del terreno según una dirección determinada, levantada a partir de los datos que podemos obtener de un mapa geológico. Y, por último, la historia geológica consiste en la enumeración y ordenación cronológica de todos los acontecimientos geológicos que han tenido reflejo en los materiales que encontramos en la zona de estudio, y que podemos extraer de la información que nos aporta el corte geológico.

Unidad 1. Origen e historia de la Tierra

37

La división en capas de la Tierra se ha estudiado a través de diversos métodos que conoceremos en esta unidad.

Unit

1

Origin and history of the Earth

1. ORIGIN OF THE EARTH

There are several scientific theories that have attempted to explain the origin of the Universe, the Solar System and the Earth.

The most accepted theory postulates that the Universe was formed by a big explosion known as the Big Bang that took place 13.8 billion years ago. All the mass in the Universe was concentrated into a single tiny point from which matter expanded in all directions. This expansion continues today.

The nebular or planetesimal theory explains the origin of our Solar System. 4.6 billion years ago, the explosion of a supernova created a nebula.

The rotation of the nebula led to a concentration of heavy particles in its centre, forming a protostar, while the lighter particles moved outwards and formed planetesimals and protoplanets. These were the origin of the planets.

The nebular theory

Pregeologic stages of the Earth’s formation The Moon is the fifth biggest satellite in our Solar System.

1.1. Pregeologic evolution of the Earth

The Earth grew out of material contained within the original nebula and from meteorites. As the planet rotated around the Sun, gravity cleared or “swept from their orbit” any remnants left over from the formation of the solar system. In the early stages of Earth’s formation, high temperatures led to the fusion of the materials that would form the protoplanet.

The most abundant elements on the forming protoplanet were iron (Fe), oxygen (O), silicon (Si) and magnesium (Mg).

In its early stages of formation, the elements underwent general differentiation (accretion) from each other according to their chemical affinity, the existing pressure and temperature conditions and the force of gravitational pull. This generated inside the planet a structure made of concentric layers, with the densest materials concentrating in the deepest areas and the lightest ones on the outer layers. The final stage gave rise to the atmosphere and the hydrosphere, formed originally out of gases produced by volcanic eruptions. This process is called geochemical differentiation. The saline content of the ocean’s waters supports the idea that most of the salt originated from the Earth’s interior.

The length of the Pregeologic period in the evolution of the Earth is estimated to be around 800 million years.

It is currently accepted that the Moon was formed as the result of the impact of a large celestial body with the Earth as the latter formed. This collision caused part of the Earth’s mass to be ejected and coalesce to form our satellite.

6

Unit 1. Origin and history of the Earth

Differenciation by layers Metal core

Most of the iron and nickel plunges toward the centre of the planet.

Silicate mantle

Part of the iron and almost all of the magnesium combines with oxygen and silicon giving rise to silicates.

Earth’s crust

The lightest elements of the mantle remain in the upper area, cool off and solidify, forming rocks.

Activities 1. Discuss some of the following questions with your partner. Use these expressions: The Universe was formed...; Planets are...; The Solar System comes from...; Everyone says that the Big Bang was...

6. In your notebook, do the crossword and then complete the sentences related to the origin of the Earth.

4

a) What is the Big Bang theory?

6

b) How was the Universe formed?

1

c) How was our Solar System formed?

8 7

d) How was our planet formed?

2. Complete the text in your notebook using these words: temperature, nebula, protoplanet, material, meteorites, fusion, orbit.

2

The Earth grew out of contained within the original and from . As the planet rotated around the Sun, gravity cleared or “swept from their ” any remnants left over from the formation of the Solar System. In the early stages of the Earth’s formation, high led to the of the material that would form the .

3. Look at the picture on the opposite page showing the origin of the Earth according to the nebular theory and, working in pairs, describe the processes that appear in it using these concepts: explosion of a supernova, protocol, planetesimal, planets, satellites.

4.

Listen to the audio recording and complete these sentences in your notebook.

When the started to , began to form the early atmosphere. Thus, as the decreased, originating from volcanic eruptions condensed to form the . The content of the current oceans’ waters supports the idea that most of the salt comes from the of the .

5. The nebular or planetesimal theory also explains the origin of the Earth. According to this model, our planet was formed in four steps. The initial cause of the collapse is unknown, perhaps a nearby supernova.

In your notebook, match the different steps with their definitions in order to explain this theory. a) Planetesimals

1. Formed by the collision and melting of large masses.

b) Protosun

2. Planetesimals spinning around the early Sun, crashing into each other and merging.

c) Planetary body

3. Accumulation of heavy particles moving into the centre of a nebula.

d) Nebula

4. Accumulation of particles formed after the collapse of a supernova.

5

3

• The (1) was formed by a big explosion known as the Big Bang.

• The explosion of a (7) nebular theory explains.

created a (6)

, as the

• The (2) , one of the (4) of the Solar System, was formed 4.6 billion years ago.

• Due to the (8) differentiation process the layers of the Earth were formed.

• The (3) System.

is the (5)

that contains our Solar

7. Work in pairs and discuss the origin of the Moon.

Answer the questions in your notebook and compare your answers with your partner. Then write a few lines on the origin of the Moon using the following words in your notebook: Moon, collision, ejected mass, satellite. a) What can you see in the picture on the opposite page? b) Which celestial body could have collided with the Earth? c) What facts explain the theory that the Moon is the Earth’s ‘daughter’? d) Could it be possible that the Moon and the Earth were created at the same time? e) Could the Moon be a celestial body captured by the Earth’s gravitation?

8. Astronomer Carl Sagan stated that “we living beings are made out of starstuff”. Do you think this is true?

Present and explain your answer to your classmates.

Writing activities should be completed in your notebook Unit 1. Origin and history of the Earth

7

2. THE AGE OF THE EARTH

We refer to the age of the Earth as the time elapsed from the moment at which our planet acquired mass and volume similar to current levels until the present day.

Geology studies this field. In geology, time is measured on two levels: **Absolute dating is the period of time between the origin of a geologic process and today. The most widely used method is based on the measurement of radioactive isotopes in rocks, although fossil content is also used.

It gives an absolute age of the rock formation. **Relative dating is the chronological ordering of geologic processes over time, without knowing the exact moment of their origin. It is based on the application of various geological principles.

INDEX FOSSIL CHARACTERISTICS

Wide geographical distribution Distributed over a short time span

Ease of fossilisation

They need to have inhabited wide areas of the planet in order to date and correlate strata that may be very far apart from each other.

Organisms that give rise to fossils must have inhabited the planet for a short period of time in order to determine exactly how old they are.

Creatures with rigid structures (shells, bones, etc.) fossilise more easily.

3. IMPORTANCE OF FOSSILS

Fossils are remains from the biological activity of living things that have been added to the lithosphere (they have been transformed into rock). They include moulds of soft parts, shells and skeletons, but also footprints (ichnites) and even faeces (coprolites).

The branch of science that studies and interprets the past of living beings through their fossils is called palaeontology.

Index fossils are fossils of organisms that lived for short periods of geologic time and across a wide geographical area. They allow the layers of rock in which they are found to be dated accurately.

Fossilisation refers to the processes that cause a living being, any of its parts or even the evidence of its biological activity to become part of a fossil record. Its timeline is measured in millions of years.

This process includes chemical transformations that replace organic compounds with inorganic minerals: carbonatation (shells and carapaces of many invertebrates), carbonification (plants and exoskeletons of arthropods), silicification (all sorts of molluscs) and phosphatation (bones and vertebrates’ teeth).

In order for fossilisation to take place, once an organism dies, it needs to be buried quickly in order to slow down the decomposition process caused by fungi and bacteria.

The soft parts generally disappear, which is why bones, teeth, shells and exoskeletons, given their higher inorganic mineral content, fossilise more frequently.

In addition to fossilisation, we can find organism remains thanks to the process of conservation: mummification or inclusion within other substances, such as tar (pitch), amber (fossilised plant resin) or deep and ancient ice (ice fossil).

8

Unit 1. Origin and history of the Earth

Charles Lyell (1797-1875) was an important 19th-century geologist who popularised the doctrine of uniformitarianism, which can be summarised as follows: the present is the key to the past. This means that ‘geological remains from the distant past can, and should, be explained by reference to geological processes now in operation and thus directly observable’.

Process of fossilisation Printing of soft tissue Original skeleton Dissolution Unpreserved Mineral skeleton filler

Sedimentary fill

Internal mould

Crystallisation Filled skeleton

Preserved skeleton

Total conservation

Skeleton print

External mould

Crystallisation

Activities 9. In your notebook, match the two ways of measuring geologic time with their definitions and write down some examples.

a) Absolute dating

1. The chronological ordering of geologic processes over time, without knowing the exact moment of their origin.

b) Relative dating

2. The time elapsed between the origin of a geologic process and today.

10. Indicate in your notebook whether or not the following statements correspond to absolute or relative dating:

14. In your notebook, unjumble the following words and match the fossils with their names.

1 a) m / o / n / e / s / m / i / t / a /

2 b) f / e / r / n / s

a) The Earth was formed around 4.6 billion years ago. b) The Moon came into existence after the Earth. c) Trilobites lived in the Palaeozoic Era. d) Humans came after dinosaurs.

3

11. Which of the following statements are true? Correct the false ones in your notebook. a) Fossils are animal remains incorporated into the lithosphere.

c) r / i / o / i / t / s / b / t / l / e

b) The footprint of a dinosaur preserved in rock is a fossil. c) An index fossil allows geologic dating to be done with accuracy. d) The processes of conservation and fossilisation are similar.

12. Choose the correct words and copy the final text in your notebook.

Coprolite / Index fossils are fossils of organisms that lived for short periods of geologic time across a wide geographical / climate area. Their presence in a layer of rock allows us to date the rock accurately / relatively. Sedimentation / Fossilisation occurs through the chemical transformation of organic compounds from living beings into minerals. The remains of these organisms can also be preserved when they are used / placed in certain substances (ice, tar, amber, etc.).

13. Discuss this question with your partner or in groups: How do fossils allow us to interpret what life was like on Earth in other eras? Use some of these expressions: • In my opinion...

• I think...

• I disagree because...

• I don’t think...

4 d) o / o / e / c / u / s / r / e / h / m / t

15.

Listen to the audio recording about the information that a fossil can provide. Then, answer the following questions in your notebook: a) What are fossil footprints called? b) Does the study of fossils allow us to know how extinct organisms lived, their weight, speed or how they moved? c) Animal excrement can also fossilise. What is the name for this sort of fossil? What kind of information can it provide?

16. Charles Lyell (1797-1875) summarised the principles of actualism and gradualism with the phrase: ‘the present is the key to the past’. What do you think this means?

How can the present help us to interpret our planet’s geological past?

Writing activities should be completed in your notebook Unit 1. Origin and history of the Earth

9

4. GEOLOGIC TIME

The unit of time used in geology is millions of years (Ma). It is difficult for us to comprehend the amount of time that passes between one geologic event and another.

PA N

GE

A

4.1. Geologic time scale The geologic time scale is divided into convenient units that divide the history of the Earth into parts. The history of the Earth is measured using two scales: **Geochronological scale: this measures the duration of events and processes in millions of years. **Chronostratigraphic scale: this is related to the order of events.

PALAEOZOIC LAURASIA

GONDWANA

Relationship of units between geochronological and chronostratigraphic scales Rank of hierarchy

Geochronological scale

Chronostratigraphic scale

First level

Eon

Eonothem

Second level

Era

Erathem

MESOZOIC (Triassic) NORTH AMERICA

EURASIA

SOUTH AMERICA AUSTRALIA

ANTARCTICA

Third level

Period

System

Fourth level

Epoch

Series

AFRICA

MESOZOIC (Cretaceous) NORTH AMERICA AFRICA EURASIA

4.2. Precambrian Era

The Precambrian (4.6 billion-540 million years ago) constitutes 88 % of the Earth’s history. During this era, the Earth was formed, life appeared and the first continents were formed.

4.3. Geologic eras **Palaeozoic (540-250 million years ago): this era comprises 6.5 % of

the Earth’s history. Life on Earth developed erratically. Living things appeared and became extinct massively. **Mesozoic (250-65 million years ago): this era comprises 4 % of the Earth’s history. It was a period of important geologic, climate and evolutionary changes. **Cenozoic (65 million years ago-present): this era comprises 1.5 % of the Earth’s history. It is the era of our own lives. The few species that survived from the Mesozoic era led to the terrestrial, marine and flying animals that live today.

SOUTH AMERICA

Pangea was a supercontinent that existed during the late Palaeozoic. It formed from earlier continents and included almost all land on Earth.

5. INTERPRETATION OF GEOLOGIC MAPS

A geologic map is a topographic map that shows different types of rocks and their deformations (folds and faults).

A geologic section is a representation of a section of land obtained from a geologic map. It is very useful to describe and analyse the relief and geology of a particular region. It allows us to trace the geologic history of the region.

10 Unit 1. Origin and history of the Earth

CENOZOIC

OCEANIA ANTARCTICA

A geologic section.

Activities 17. The following concepts are tools used in geology.

Some of them refer to geologic time (geochronological scale, chronostratigraphic scale), and others to the representation of lithology (geologic map, geologic section). Match them in your notebook.

1. Topographic map that shows different types of rocks and their deformations (folds and faults).

4. Related to the order of geological events.

a) Diversification of fish. b) Up to 21 % oxygen is accumulated in the atmosphere. c) Abundance of trilobites. d) Formation of the hydrosphere. e) The first mammals with a placenta appear.

a) Geologic time.

f) First marine invertebrates. g) The Homo genus appears.

2. It measures the duration of events and processes in millions of years.

3. Representation of a section of land obtained from a geologic map.

20. Write the following events in order in your notebook:

b) Representation of lithology.

21. Working in pairs, look at the images and answer the questions using these expressions: What’s that organism?; Why do you say that?; I don’t understand what you mean; I think that...; Can you see any index fossils? a) Do both images represent the same era? b) What do you base your response on? c) Which organisms are typical of each era?

18. Did dinosaurs lived alongside humans at some point in the history of the Earth? Provide reasons for your answer and share them orally with your classmates.

1

19. The geologic time scale divides the history of the Earth into parts. Working in pairs, search for information in order to answer these questions. Compare your answers with the rest of the class: a) In what period of the Cenozoic Era did glaciations occur?

1) Ordovician.

2

2) Quaternary.

3) Cambrian. b) In the Palaeozoic Era, there was tremendous tectonic activity in the: 1) Silurian period.

2) Carboniferous period.

3) Devonian period. c) The first fish without jaws appeared in the: 1) Triassic period.

2) Carboniferous period.

3) Ordovician period. d) Life originated at the end of the: 2) Archean eon.

3) Proterozoic eon. e) 60 % of known petroleum was formed during the: 2) Quaternary period.

3) Cretaceous period.

a) Because the Earth’s timeline is so long, geologists use the chronostratigraphic scale to show the Earth’s history. b) Scientists decided when units of geologic time begin and end based on major changes in weather at specific times.

1) Hadean eon.

1) Silurian period.

22. Are the following statements true or false? Correct the false ones in your notebook:

c) The long span of time at the beginning of geologic time is called Precambrian time. d) Geologists divided the time between the Cenozoic and the present into three large units of time called eras.

Writing activities should be completed in your notebook Unit 1. Origin and history of the Earth

11

Unidad 2

Estructura y dinámica de la Tierra 1 Métodos de estudio en geología

«Y esta era la explicación de aquellas nubes suspendidas sobre nuestras cabezas y de la producción de la electricidad que creaba tan violentas tempestades en el interior del macizo terrestre.

Esta explicación de los fenómenos que habíamos presenciado me parecía satisfactoria porque, por grandes que sean las maravillas de la naturaleza, hay siempre razones físicas que pueden explicarlas».

Viaje al centro de la Tierra. Julio Verne (1828-1905), escritor, poeta y dramaturgo francés.

2 Estructura de la Tierra 3 Interpretaciones históricas del

origen de las cordilleras

4 La teoría de la deriva continental 5 Modelo dinámico de la estructura

de la Tierra

¿Qué sabes hasta ahora?  ¿Qué estructura interna tiene la Tierra?  ¿Cómo varía la temperatura de la Tierra con la profundidad?  ¿En qué estado se encuentran las rocas del interior de la Tierra?  ¿Cómo se estudian las capas más profundas de la Tierra?  ¿Qué son las ondas sísmicas?  ¿Por qué coinciden las líneas de las costas de algunos continentes?  ¿Qué se conoce como Pangea?  ¿Por qué hay restos de depósitos glaciares en el continente africano?  ¿Cómo se origina una cordillera?  ¿Qué es la litosfera?

Al finalizar la unidad habrás aprendido  Cómo se estudia el interior terrestre.  A describir la estructura interna de la Tierra según el modelo geoquímico.  De qué manera explicaban las primeras teorías geológicas la formación de las cordilleras.  Qué pruebas confirman que los continentes estuvieron unidos en el pasado.  En qué se basa el modelo dinámico de la estructura interna de la Tierra Unidad 2. Estructura y dinámica de la Tierra

39

¿

1. MÉTODOS DE ESTUDIO EN GEOLOGÍA

Sabías que...?

En ocasiones, la investigación geológica, unida a la minería, pone de manifiesto maravillas ocultas de la naturaleza. Un ejemplo de ello lo tenemos en la localidad almeriense de Pulpí, donde en 1999 se descubrió una geoda de unos 8 metros de longitud por 2 metros de altura recubierta de enormes cristales de yeso, alguno de los cuales llega a medir casi 2 metros. Es considerada la geoda más grande de Europa y un fenómeno único a nivel mundial dadas sus dimensiones y la perfección, tamaño y transparencia de los cristales.

A lo largo de cursos anteriores hemos estudiado muchos aspectos acerca de la composición y estructura de nuestro planeta. Se conocen datos como la gravedad de la Tierra, su forma, cómo son las capas de su interior o qué materiales las componen. Pero, ¿cómo podemos saber con exactitud algunos de estos datos sin tener evidencias directas o muestras de cómo es o cuál es la composición interna de nuestro planeta?

Para poder conocer cómo es la estructura interna de la Tierra es posible utilizar dos tipos de métodos de estudio.

1.1. Métodos de estudio directos Están basados en la observación directa de los materiales y estructuras que forman parte de la Tierra. Se pueden realizar bien directamente sobre el terreno, bien en el laboratorio. ** Geología de campo: la geología estudia sobre el terreno las formas del

Recuerda La densidad es una magnitud que relaciona la cantidad de masa por unidad de volumen de una sustancia. La masa se puede escribir en función de la densidad y el volumen. m d= m=d•v v 26

56,8

Fe Hierro

28

58,7

Ni Níquel

Relacionando el número atómico con el volumen de los átomos, se deduce que por su densidad el hierro y el níquel pueden soportar grandes presiones.

¿

relieve, identifica estructuras geológicas y recoge muestras de minerales y rocas. Estos materiales pueden obtenerse directamente de las zonas más superficiales o de zonas más profundas mediante perforaciones subterráneas, minas a cielo abierto o sondeos. Sin embargo, este tipo de métodos tan solo nos aporta información de la zona más superficial de nuestro planeta, pues la máxima profundidad a la que ha llegado un sondeo ha sido 12 km.

En ocasiones se pueden estudiar también sobre el terreno las rocas y estructuras formadas a mayores profundidades, si estas han sido expuestas a la superficie por la erosión de los materiales que las cubrían en el pasado, o arrojadas al exterior mediante las erupciones volcánicas. ** Estudios de laboratorio: los materiales obtenidos en el campo se

someten en el laboratorio a análisis químicos y físicos, para conocer tanto su composición química como sus características físicas (dureza, densidad, etc.), así como a análisis de microscopía mediante el uso de un microscopio especial llamado microscopio petrográfico, que permite analizar la composición mineralógica de finos cortes de rocas.

Sabías que...?

La gravedad obedece a la ley de la gravitación universal, enunciada en 1687 por Isaac Newton, y depende de G (valor constante), R (radio de la Tierra) y M (masa de la Tierra).

M•m F=G R2 m3 donde G= 6,67 10-11 kg • s2 Observa que la gravedad en un determinado punto depende, entre otras cosas, de la distancia al centro de la Tierra en ese punto (radio).

40 Unidad 2. Estructura y dinámica de la Tierra

Corte de un basalto observado al microscopio petrográfico.

1.2. Métodos de estudio indirectos Los métodos indirectos se basan en el estudio de las propiedades físicas y químicas que posee la Tierra como planeta.

Estos métodos se basan en el análisis de los datos obtenidos mediante el uso de diferentes recursos y herramientas, que deben interpretarse para realizar hipótesis sobre la composición y estructura del interior de la Tierra. Existen varios tipos de métodos de estudio indirecto.

Los meteoritos, al caer sobre la superficie terrestre, producen cráteres por el impacto.

Método

Base teórica

Consecuencias

Estudio de meteoritos

Los meteoritos son cuerpos formados a partir de la misma nebulosa que el resto del sistema solar.

Su estudio aporta información acerca de la composición de nuestro planeta, ya que su origen es similar.

Estudio de la gravedad

El valor teórico de la gravedad se deduce de la fórmula de la ley de la gravitación universal. Sin embargo la gravedad varía en distintos puntos del planeta debido, por ejemplo, a la altura o la latitud en ese punto (radio). También puede influir la masa, que a su vez depende de la densidad de los materiales que haya en un determinado punto.

Midiendo la gravedad en distintos puntos se deduce que la corteza es una cubierta irregular, delgada bajo los océanos y más gruesa en los continentes. También se deduce que los materiales oceánicos son más densos que los continentales.

Del estudio de la temperatura se deduce que hay capas de la tierra fundidas o casi fundidas debido a las altas temperaturas.

TºC

NÚCLEO INTERNO

NÚCLEO EXTERNO

5000 4000 3000

ASTENOSFERA

La temperatura de la Tierra aumenta con la profundidad. El gradiente geotérmico expresa este aumento y equivale a 1 ºC cada 33 m. Esta progresión no es constante, sino que disminuye con la Estudio de profundidad. la temperatura El calor interno de la Tierra se debe a dos factores: la desintegración de elementos radiactivos (abundantes en las capas superiores, donde el gradiente geotérmico es mayor), y el calor residual de la Tierra desde su formación.

2000 1000

1000

2000

3000

4000

5000

6000 (Km) Profundidad

Estudio de la presión

La presión en el interior de la Tierra (presión litostática) aumenta con la profundidad debido al peso de las rocas. Relacionando el número atómico con el volumen de los átomos, se deduce que los átomos de menor volumen resisten mayores presiones. Por otra parte, a medida que aumenta la presión aumenta el punto de fusión de los materiales.

Se deduce que el hierro y el níquel pueden soportar grandes presiones y por tanto encontrase a grandes profundidades formando parte del núcleo de la Tierra. Además, del estudio de la presión también se deduce que muchos materiales del interior de la Tierra permanecen sólidos a pesar de las altas temperaturas.

Estudio de la densidad

Este método permite identificar los materiales situados en las La densidad media de la Tierra es aproximadamente 5,5 g/cm3. diferentes capas según la densidad estimada. Así se puede Sin embargo, las rocas de la corteza terrestre presentan densidaconcluir que existe un núcleo de una densidad de entre 10 y 3 des entre 2,6 (granito) y 3 (basalto) g/cm . Se deduce que más 12 g/cm3. En efecto, a la presión alcanzada en esa zona de la hacia el interior, la densidad de las rocas es mayor.

Tierra, el hierro puede presentar esa densidad.

Estudio del magnetismo

Esto se explica por la rotación diferencial del núcleo interno de hierro sólido, el manto sólido y el núcleo externo líquido.

La Tierra se comporta como un gran imán que genera a su alredeAdemás, el campo magnético sufre variaciones que pueden dor un campo magnético. rastrearse en algunas rocas ricas en hierro, lo que nos ofrece información sobre su formación.

Estudio de las Se basa en el estudio de la velocidad de propagación de las De su estudio se han podido sacar importantes conclusiones sobre la estructura interna de la Tierra. ondas sísmicas ondas sísmicas.

Unidad 2. Estructura y dinámica de la Tierra

41

Estudio de las ondas sísmicas

Experimentamos

Las ondas sísmicas, como cualquier tipo de onda, consisten en la propagación de una perturbación que implica un transporte de energía. En el caso de las ondas sísmicas, su origen se puede situar en el foco o hipocentro de un terremoto, aunque podemos producir ondas de este tipo por métodos artificiales como explosiones.

En consecuencia, llamamos ondas sísmicas a las vibraciones que se producen a partir de un foco y se transmiten a grandes velocidades en las rocas en todas direcciones.

Las principales ondas sísmicas que aportan información sobre el interior de la Tierra son las primarias (P) y las secundarias (S). No obstante, asociados a los fenómenos sísmicos, además de las ondas P y S, hay otro tipo de ondas sísmicas, las ondas superficiales. Sin embargo, estas no se transmiten en los materiales del interior de la Tierra, por lo que no se utilizan para su estudio. ** Las ondas P son las primeras en registrarse en los observatorios

Refracción La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro.

En la naturaleza podemos ver ejemplos continuamente, fundamentalmente asociados al cambio de la luz al pasar del aire al agua, provocando efectos como el arcoíris o la sensación de ruptura de líneas en elementos que atraviesan la superficie del agua.

Para comprobar la refracción de la luz, puedes introducir un lápiz en un vaso lleno de agua y observar cómo parece romperse. Si además viertes cuidadosamente un poco de aceite sobre el agua verás que el lápiz parece romperse varias veces, una por cada superficie de separación.

(son las más rápidas). Son longitudinales, es decir, las partículas del terreno vibran en la misma dirección de propagación de la onda. Se propagan en todos los medios, tanto sólidos como líquidos (aunque son más rápidas en los sólidos).

** Las ondas S se propagan a menor velocidad que las P, y por ello se

registran después. Son transversales, es decir hacen vibrar las partículas del terreno en una dirección perpendicular a la de propagación de la onda y solamente se propagan en medios sólidos.

Según el método sísmico, cuando se observa un cambio brusco en la velocidad y dirección de las ondas, se debe a que la onda está pasando por una zona donde hay un cambio en la naturaleza o el estado físico de los materiales. A esta alteración en el comportamiento de la onda se le denomina discontinuidad sísmica.

Para interpretar la información que puede aportar el estudio de las ondas sísmicas, podemos plantearnos un ejemplo en el que las ondas, al atravesar el límite entre dos materiales diferentes, sufran cambios bruscos en su velocidad, de manera que las ondas P la reducen bruscamente y las ondas S desaparecen. Podríamos concluir que en esta transición hemos pasado de materiales sólidos a materiales líquidos.

Si posteriormente las ondas P vuelven a atravesar materiales sólidos su velocidad aumentará, pero las ondas S no volverán a aparecer. En cada transición, debido a los cambios más o menos bruscos en la rigidez de los materiales, las ondas se refractan.

Vibración de las partículas del terreno con las ondas P y S Ondas P (primarias): de compresión o longitudinales

Dirección de propagación

Compresiones Expansiones

42 Unidad 2. Estructura y dinámica de la Tierra

Ondas S (secundarias): transversales

Dirección de propagación

El análisis de la transmisión de las ondas sísmicas en los materiales del interior terrestre nos ha permitido obtener información sobre la estructura interna de la Tierra. Estas conclusiones pueden ser consideradas atendiendo a dos características diferentes, como son la dirección y forma de propagación de las ondas, por un lado, y los cambios en su velocidad, por otro.

Con el método sísmico se pueden confirmar las hipótesis planteadas por otros métodos de estudio, conocer cómo están dispuestas las rocas en el interior de la Tierra, su composición y su estado físico.

Conclusiones del análisis de ondas sísmicas Análisis de los cambios de velocidad

Si nuestro planeta fuese homogéneo y todos los materiales se encontraran en las mismas condiciones físicas, las ondas viajarían en línea recta a través de él, por lo que podríamos registrar las ondas producidas por un seísmo en cualquier punto del planeta.

Sin embargo, la trayectoria de las ondas nos muestra que en nuestro planeta existen capas de materiales en diferentes estados que provocan efectos sobre la propagación de las ondas, como puede ser la refracción o incluso la desaparición de las mismas. Por ejemplo, del hecho de que las ondas S (azul) desaparezcan a una determinada profundidad, y las P (rojo) se refracten, se puede deducir que el núcleo externo de la Tierra está en estado líquido.

Como las ondas S (azul) no pueden propagarse en un medio líquido y las ondas P (rojo) sufren una desviación al llegar a la superficie de contacto líquido-sólido, el núcleo origina unas zonas de sombra (áreas a las que no llegan las ondas) en el hemisferio opuesto al del foco de un terremoto.

Foco Corteza

Al analizar los cambios en la velocidad de transmisión de las ondas en su recorrido por los materiales del interior de nuestro planeta, observamos que hay cambios bruscos en estas velocidades.

Estas variaciones se denominan discontinuidades de primer orden, que marcan los límites entre las capas del interior del planeta. Son dos: • Una más superficial, denominada discontinuidad de Mohorovicic, que supone un gran aumento en la velocidad de las ondas.

• Otra a los 2900 km, denominada discontinuidad de Gutenberg, caracterizada por la desaparición de las ondas S y el descenso de velocidad de las ondas P. Por otra parte, atendiendo a los cambios más suaves en la velocidad de las ondas sísmicas, se observan otras dos discontinuidades, llamadas discontinuidades de segundo orden, que separan subcapas: • Una situada hacia los 670 km, la discontinuidad de Repetti.

• Otra a los 5100 km, la discontinuidad de Lehmann-Wiechert.

ZON

S P A DE SOLO ONDAS ONDAS SOMBRA DE LAS

Corteza Manto

8 6

5100

2900

670 Ondas P

Lehman-Wiechert

10

Ondas S

4 2

1000

Núcleo interno

Núcleo externo

Gutenberg

12

Repetti

14

Mohorovicic

Zona de sombra de las ondas P

Zona de sombra de las ondas P

Velocidad de las ondas sísmicas (Km/s)

Análisis de la propagación de las ondas

2000

3000

4000

5000

6000

6370

Profundidad (Km)

Actividades 1. ¿En qué consisten los métodos de estudio directos? ¿Por qué no se puede estudiar la estructura interna de la Tierra con este tipo de métodos?

5. ¿Qué diferencias existen entre las ondas P y las ondas S? 6. ¿Qué es una discontinuidad sísmica? ¿Por qué se produce?

3. ¿Qué es el gradiente geotérmico? ¿A qué se debe?

7. Explica, de la forma más sencilla posible, por qué las ondas superficiales no aportan información sobre el estado físico, composición, disposición, etc., de los materiales del interior terrestre.

4. ¿A qué se llama presión litostática? ¿Cómo varía esta con la profundidad?

8. ¿Cómo muestra el análisis de la propagación de las ondas sísmicas que el núcleo externo es líquido?

2. ¿En qué consisten los métodos de estudio indirectos? Cítalos y explícalos razonadamente.

Unidad 2. Estructura y dinámica de la Tierra

43

Experimentamos

2. ESTRUCTURA DE LA TIERRA La Tierra tiene un radio medio de unos 6370 km, dividida en tres capas concéntricas. Pero estas capas no tienen el mismo grosor. De hecho, la corteza, la capa más externa, tiene un grosor mínimo en comparación con las otras dos capas del interior del planeta, el manto y el núcleo, ocupando apenas los primeros 70 km en los casos de mayor grosor. El núcleo es la capa más interna y el manto se sitúa sobre él, rodeándolo, ocupando entre ambas los más de 6000 km que restan hasta llegar al centro de la Tierra.

Las diferencias entre la corteza, el manto y el núcleo radican sobre todo en el tipo de roca que las constituyen, su composición química y su densidad. Por ello, el modelo que se basa en estas características para describir la estructura interna de la Tierra recibe el nombre de modelo geoquímico.

2.1. Corteza Densidades Cuando la Tierra era un planeta fundido, los materiales más densos se depositaron en las partes más profundas, y los menos densos flotaron en la superficie. El enfriamiento fue lento, desde fuera hacia dentro, creando un conjunto de capas concéntricas.

Para simular esta disposición en capas de materiales con distinta densidad, vierte despacio en una probeta glicerina, agua, aceite y alcohol. Para poder visualizarlo mejor, tiñe con distintos colorantes la glicerina, el agua y el alcohol. Déjalos reposar y observa.

Cada líquido forma una capa porque es menos denso que el líquido inferior y más que el superior.

Actividades 9. ¿Qué quiere decir que la corteza no tiene un grosor homogéneo?

10. ¿Qué naturaleza tienen las rocas de la corteza oceánica?

11. Según el comportamiento de las ondas sísmicas en su trayectoria a lo largo del manto, ¿qué se deduce de su composición?

44 Unidad 2. Estructura y dinámica de la Tierra

Su grosor no es homogéneo alrededor de toda la superficie de la Tierra; en las zonas más delgadas de los fondos oceánicos no llega a presentar más de 6 km mientras que en las zonas montañosas puede alcanzar los 70 km. Debes tener en cuenta que este espesor es tan inferior al radio de la Tierra que en la figura del modelo geoquímico que se recoge en la página siguiente resulta imposible representar a escala real una capa tan delgada.

En cuanto a su composición, las rocas que la forman contienen metales ligeros como el silicio y el aluminio, lo que hace que la corteza esté formada por rocas menos densas que el resto de las capas. Este hecho se explica por la teoría que indica que los materiales, en el momento de formación del planeta, se dispusieron en capas según su densidad, quedando los más densos en el interior y los menos densos en la superficie.

En la corteza se pueden distinguir dos unidades claramente diferenciadas: ** Corteza oceánica: forma la mayor parte de los fondos oceánicos y

cubre aproximadamente el 75 % de la superficie del planeta. Su espesor varía entre los 6 y los 12 km. Es más densa que la corteza continental. En ella se diferencian tres niveles, el más superficial, constituido por los sedimentos que se van depositando en el fondo de mares y océanos; bajo los sedimentos una capa de basalto (roca volcánica que se forma por solidificación rápida de la lava en contacto con el agua) y por debajo de esta una capa de gabro (roca plutónica de composición muy similar a la del basalto).

** Corteza continental: forma los continentes, y es más gruesa que la

oceánica, con un grosor que oscila entre los 25 y los 70 km. Presenta menor densidad que la corteza oceánica, ya que en su composición encontramos una gran diversidad de rocas de distinto origen (ígneas, metamórficas y sedimentarias), lo que confiere una naturaleza muy heterogénea, sin estratificación en niveles, como ocurre en la oceánica. Por su composición y abundancia, la roca que podría representar a la corteza continental es el granito.

2.2. Manto El manto de la Tierra es una capa de rocas de casi 2900 km de espesor, es decir, abarca casi la mitad del radio terrestre. El comportamiento de las ondas sísmicas a lo largo de todo su grosor determina que está constituido por un tipo de roca rígida y de densidad creciente, compuesta principalmente por silicatos de magnesio y hierro. Del comportamiento de las ondas también se deduce que el manto está dividido en dos partes: manto superior y manto inferior. ** Manto superior: abarca desde la corteza hasta una profundidad

aproximada de 670 km. A esta profundidad, las ondas P aumentan su velocidad. Esta discontinuidad, la de Repetti, no se debe a un cambio en la composición química de la roca que lo compone mayoritariamente, la peridotita, sino a un cambio de su estructura, debido a que a esta profundidad la presión es tan elevada que hace que sus átomos estén reordenados según una disposición de empaquetamiento más denso.

La estructura de la Tierra es parecida a una fruta cuyo volumen lo forman la pulpa y la semilla (como el manto y el núcleo), mientras que la cáscara apenas es comparable (como la corteza).

Modelo geoquímico Corteza continental (25-70 km)

Discontinuidad de Mohorovicic

** Manto inferior: abarca desde los 670 km hasta los 2900 km de pro-

fundidad. A lo largo de su recorrido por el manto inferior, la velocidad de las ondas sísmicas aumenta regularmente, lo que indica una composición uniforme, tradicionalmente asimilada a la de la perovskita, la roca que se forma por la compresión de la estructura de la peridotita.

2.3. Núcleo El núcleo es la capa de la Tierra que tiene un mayor grosor, abarcando desde los 2900 a los 6370 km de profundidad. En él distinguimos dos subacapas. ** Núcleo externo: entre el límite del manto inferior y el principio

del núcleo existe una discontinuidad sísmica (discontinuidad de Gutenberg) que pone de manifiesto que los materiales que componen el núcleo externo se encuentran en estado líquido debido a las altas temperaturas, cercanas a los 5000 ºC, que encontramos a esta profundidad, debido en gran parte aún al calor residual que guarda el interior del planeta desde su formación. Esta zona constituye las dos terceras partes del núcleo y abarca desde los 2900 hasta los 5100 km de profundidad. En cuanto a su composición, si nos basamos en los cálculos sobre la densidad de la Tierra (5,5 g/cm3), podemos suponer que el núcleo externo está compuesto básicamente por hierro altamente denso (alrededor de 12 g/cm3) aleado con níquel y una mínima proporción de otros elementos, fundamentalmente azufre.

** Núcleo interno: el análisis del comportamiento de las ondas sísmi-

cas muestra una nueva discontinuidad a una profundidad de 5100 km, de segundo orden en este caso, que nos separa las dos subcapas del núcleo (discontinuidad de Lehmann-Wiechert). El aumento en la velocidad de propagación de las ondas P (las ondas S desaparecieron en el núcleo externo) es indicativo de que la parte más interna del núcleo es sólida. En cuanto a su composición, el hierro se encuentra aleado con una pequeña porción de níquel (metal pesado).

Manto inferior

Manto superior

Núcleo interno Discontinuidad de Repetti Núcleo externo Corteza Discontinuidad de oceánica Lehman-Wiechert Discontinuidad de Gutenberg (5100 km) El modelo geoquímico divide el interior terrestre en zonas de diferente composición química y mineralógica o diferente estado físico de sus componentes.

Actividades 12. ¿En qué se diferencian el núcleo externo y el núcleo interno?

13. Cita las capas de la Tierra que describe el modelo geoquímico e indica las discontinuidades que las separan.

14. Elabora una tabla indicando la composición química o mineralógica de cada una de las capas de la Tierra, según el modelo geoquímico.

Unidad 2. Estructura y dinámica de la Tierra

45

3. INTERPRETACIONES HISTÓRICAS DEL ORIGEN DE LAS CORDILLERAS

La deshidratación de este tomate ha provocado el repliegue de su superficie.

¿

El principal problema que se plantearon las primeras investigaciones geológicas fue explicar los procesos que originan los sistemas montañosos. La formación de las montañas va acompañada de todos los procesos geológicos internos de la Tierra (vulcanismo, seísmos, deformaciones de las rocas, etc.), por lo que interpretar el origen de las cordilleras implica justificar la aparición de todos estos procesos.

Los primeros estudios basados en observaciones de la capa más externa del planeta se realizaron en el siglo XIX. A raíz de ellos surgieron una serie de teorías denominadas orogénicas, que se pueden agrupar básicamente en dos tipos: teorías fijistas y teorías movilistas.

Sabías que...?

Existen evidencias históricas que nos indican que la forma de nuestras costas, lo que podríamos interpretar como el nivel del mar a nivel local, cambia, aunque en términos geológicos esta explicación no es del todo exacta para explicar estos cambios.

En el año 2018, la tormenta tropical Emma afectó a la península ibérica, azotando sus costas con fuertes oleajes y potentes mareas que afectaron, entre otras, a la costa gaditana.

Como consecuencia de esta acción quedaron al descubierto en la playa de Cortadura los restos de una antigua calzada romana que, aunque conocida anteriormente, suele estar sepultada bajo la arena o incluso bajo el nivel del mar, y que comunicaba la antigua ciudad de Gades con el resto del imperio romano.

Lógicamente los romanos no construyeron esta antigua vía de comunicación bajo el mar, por lo que podemos deducir que la costa ha cambiado.

3.1. Teorías fijistas También se llaman verticalistas, ya que proponen que las cadenas montañosas se forman por movimientos en vertical de la superficie de la Tierra, es decir, por elevaciones del terreno.

Algunas de estas teorías explicaban estas elevaciones del terreno basándose en una hipotética variación del volumen de la Tierra. Algunos partidarios de esta idea pensaban que la Tierra, al ir enfriándose, se iba contrayendo, lo que produciría un arrugamiento de la superficie, del mismo modo que lo hace una fruta cuando se deshidrata. De esta forma, una disminución del volumen explicaba el origen de los plegamientos y las elevaciones montañosas.

Por otra parte, también había quien defendía la idea de que el volumen de la Tierra aumentaba al solidificarse los materiales del interior, lo que desprendería una gran cantidad de energía que originaba el plegamiento de los materiales de la superficie. Ambas teorías fueron rechazadas cuando pudo comprobarse que el volumen de la Tierra es constante.

Resumen de las teorías fijistas

Teoría

Postulados

Variación del volumen • La Tierra, al enfriarse, se contrae, con lo que su superfide la Tierra cie se arruga y forma las cordilleras.

• La Tierra aumenta su volumen al solidificarse los materiales del interior, provocando plegamientos.

Puntos débiles El volumen del planeta es constante.

Geosinclinal

El depósito de sedimentos provoca el hundimiento de los No explica cómo se forman los plegamientos de materiales y su fusión formando magmas que deformarían las rocas, formados por fuerzas horizontales. las capas superiores.

Undaciones

Propone geotumores, grandes masas de magma que for- La altura de los abombamientos debería ser marían abombamientos en la superficie y el deslizamiento enorme. de materiales formando pliegues.

Es poco probable que el ascenso de magma pudiese formar estas estructuras.

Oceanización

La intrusión de magma del manto en la corteza provocaría El magma resultante de la mezcla sería menos su hundimiento, levantando bloques contiguos y formando denso que el manto, por lo que no se hundiría. cordilleras.

46 Unidad 2. Estructura y dinámica de la Tierra

La teoría del geosinclinal (enunciada por el geólogo J. Hall en 1859) proponía que antes de que la orogenia se hubiera producido, se había depositado en ese lugar una capa de sedimentos de gran grosor. Debido al peso, estas rocas se irían hundiendo, de manera que las más profundas se fundirían parcialmente. Al fundirse, el magma subiría y deformaría las rocas superiores, formando la cordillera. Sin embargo, esta teoría no explicaba la formación de los plegamientos que presentan las rocas, donde se aprecia que el origen de los pliegues se debe a una fuerza horizontal.

Otra teoría fijista más reciente es la teoría de las undaciones. Proponía que una cadena montañosa se forma mediante lo que se denominaron geotumores. En primer lugar, una gran cantidad de magma procedente del manto ascendería produciendo un gran abombamiento en la superficie. Posteriormente, se originarían deslizamientos por gravedad de parte de los materiales del abombamiento. De esta forma se intentaba explicar la altura de las cordilleras y los plegamientos que en ellas se observan. Sin embargo, la altura que deberían alcanzar los abombamientos sería enorme para originar estos deslizamientos, y resulta poco probable que se consiguiera por el ascenso del magma.

Ya en 1967 se propuso la teoría de la oceanización. Esta teoría defendía que una intrusión de magma del manto (denso) en la corteza continental (menos densa), aumentaría la densidad de la corteza. Ello provocaría un hundimiento de esta, al tiempo que se produciría el levantamiento de los bloques contiguos. El punto débil de esta teoría era que en realidad la mezcla formada seguiría teniendo menor densidad que el manto, por lo que no se produciría el hundimiento.

Deriva continental LAURASIA Y GONDWANA AMÉRICA DEL NORTE

AMÉRICA DEL SUR

EURASIA

ÁFRICA INDIA

ANTÁRTIDA

AUSTRALIA

MUNDO ACTUAL AMÉRICA DEL NORTE AMÉRICA DEL SUR

EURASIA ÁFRICA

INDIA

ANTÁRTIDA La teoría de Wegener postulaba que los continentes se habían movido a lo largo de la historia de la Tierra.

3.2. Teorías movilistas También llamadas horizontalistas, ya que explican la formación de las cordilleras como consecuencia de movimientos horizontales en la corteza terrestre, es decir, por el desplazamiento de los continentes. El mayor problema para la aceptación de las primeras teorías movilistas fue que no podían explicar el mecanismo que genera el movimiento, que se suponía situado en el manto.

La primera teoría movilista importante fue la teoría de la deriva continental, propuesta por Alfred Wegener en 1915, en su obra El origen de los continentes y océanos, donde afirmaba que los continentes podían desplazarse y que todos ellos habían estado unidos hacía 200 millones de años.

Su teoría supuso una auténtica revolución científica en su época pero, como destacábamos anteriormente, fue descartada, entre otras cosas, por no poder explicar las causas del movimiento de las masas de tierra.

Actividades 15. ¿Qué otro nombre reciben las teorías fijistas?, ¿a qué crees que se debe este otro nombre?

16. Enumera las principales teorías fijistas y explica por qué fueron rechazadas cada una de ellas.

17. Termina la siguiente frase, según lo haría la teoría del geosinclinal, la de las undaciones y la de la oceanización: “El ascenso de una masa de magma profundo provocaría...”.

18. ¿En qué se basan las teorías horizontalistas?, ¿cuál era el principal problema para su aceptación?

Las fuerzas horizontales generan grandes estructuras plegadas.

19. ¿A qué tipo de teoría pertenece la deriva continental?, ¿qué afirmaba esta teoría?

Unidad 2. Estructura y dinámica de la Tierra

47

Florence Bascom Florence Bascom nació el 14 de julio de 1862 en Williamstown, Massachusetts (Estados Unidos). Fue una auténtica pionera, ya que se convirtió en la primera mujer doctora por la Universidad John Hopkins, la primera contratada por el Departamento de Estudios Geológicos de los Estados Unidos (USGS por sus siglas en inglés), la primera en presentar un artículo de investigación en la Sociedad Geológica de Washington, la segunda mujer miembro de la Sociedad Geológica de América (GSA) y la primera que formó parte su Consejo y fue directiva (vicepresidenta) de esa misma asociación.

Florence Bascom se convirtió en una experta en cristalografía, mineralogía y petrografía. Tal fue su fama que la primera edición del American Men of Science la nombró geóloga ‘Cuatro estrellas’ en su primera edición de 1906. Esto significaba que Florence estaba considerada por sus colegas como la cuarta mejor profesional de una lista de cien geólogos de Estados Unidos.

Murió el 18 de junio de 1945, a los 83 años de edad, en su ciudad natal.

Adaptado. https://mujeresconciencia.com/2016/11/28/ florence-bascom-la-geologa-pionera/

4. LA TEORÍA DE LA DERIVA CONTINENTAL La teoría de la deriva continental de Wegener se basaba en una serie de postulados que se apoyaban en pruebas bien definidas y muy sólidas.

Estas evidencias le sirvieron para demostrar su hipótesis de que los continentes habían estado unidos en el pasado. Él determinó que estos se encontrarían formando un gran supercontinente, Pangea, que comenzaría a fragmentarse, primero en dos, Laurasia al norte y Gondwana al sur, y posteriormente en otros continentes de menor tamaño. Estas masas continentales se desplazarían flotando sobre las rocas más densas del fondo oceánico, uniéndose o separándose unas con respecto a otras.

Las pruebas que Wegener utilizó para apoyar su teoría fueron las siguientes: ** Pruebas geográficas: a la vista de un mapamundi, lo primero que

llamó la atención de Wegener fue que las costas de continentes muy alejados en la actualidad parecen encajar como las piezas de un gigantesco puzle.

** Pruebas geológicas: basadas en la continuidad que presentan algunas

estructuras geológicas a uno y otro lado de los océanos. Así, existen cordilleras con la misma edad y misma clase de rocas en distintos continentes separados hoy en día. Por ejemplo, de la cadena caledoniana (originada hace aproximadamente 400 millones de años) proceden los Montes Apalaches (situados al noreste de Norteamérica, en Canadá y Estados Unidos), que se continúan con los Montes Grampianos y los Montes Escandinavos (al norte de Europa, en el Reino Unido y la península escandinava). Así mismo, el cinturón de plegamientos de Sudáfrica (200 millones de años) parece continuar en el sistema montañoso de Buenos Aires, en Argentina. Para Wegener, la coincidencia de las líneas de costa y la continuidad de las cordilleras en diferentes continentes era una prueba evidente de su unión en el pasado.

Pruebas geográficas, geológicas y paleoclimáticas

En esta imagen puedes apreciar no solamente cómo encajan las líneas de costa de los continentes, sino también cómo coinciden granitos de la misma antigüedad en África y Brasil (color rojo) y cadenas montañosas de la misma antigüedad (colores verde, amarillo claro, violeta y blanco). Asimismo se aprecia la extensión de un casquete glaciar de 300 a 250 millones de años (azul) en continentes que hoy gozan de climas muy diferentes. Las flechas indican el sentido del flujo del hielo.

48 Unidad 2. Estructura y dinámica de la Tierra

** Pruebas paleoclimáticas: estas pruebas se basan en la evidencia de

que distintas zonas de la Tierra presentaban en la antigüedad un clima muy diferente al actual. Así, se han encontrado depósitos glaciares de la misma edad (de 300 a 250 millones de años) en la Antártida, Sudamérica, África, Australia y la India, lo que llevó a Wegener a deducir que todos estos continentes en aquella época estuvieron unidos y cerca del Polo Sur. Del mismo modo, se han encontrado depósitos propios de climas áridos en regiones que actualmente son muy frías, como por ejemplo al norte de Canadá, prueba evidente de que esta región se encontró alguna vez situada cerca del ecuador

** Pruebas paleontológicas: se basan en el hecho de que hoy día pode-

mos encontrar fósiles de seres vivos parecidos en lugares muy distanciados, cuya distribución solo puede ser explicada si asumimos que estos lugares han estado unidos en el pasado. Por ejemplo, los restos fósiles de Glossopteris, una especie de helecho, están ampliamente distribuidas en rocas de África, Sudamérica, India y Australia, y los de Mesosaurus, un pequeño reptil de agua dulce, se han encontrado en rocas datadas en el Pérmico al este de Sudamérica y en el sur de África, pero en ninguna otra parte del mundo. Ello llevó a Wegener a concluir que estos continentes se encontraban unidos, ya que si estos seres hubieran sido capaces de viajar a través del océano Atlántico, sus restos deberían tener una distribución más amplia, y no es posible que la misma especie pudiese originarse a la vez en lugares diferentes.

Distribución geográfica de Glossopteris y de Mesosaurus

Pangea, el gran supercontinente que existió al final de la era Paleozoica y comienzos de la Mesozoica.

PRUEBAS DE LA DERIVA CONTINENTAL

Geográficas

Geológicas

Encaje de costas

Continuidad de estructuras geológicas

Paleoclimáticas

Paleontológicas

Restos de climas antiguos

Distribución de fósiles

Actividades 20. ¿Qué se conoce con el nombre de Pangea?

Glossopteris Mesosaurus

Con la teoría de la deriva continental Wegener consiguió demostrar que los continentes se encontraban unidos en el pasado y que se habían ido separando con el paso del tiempo, lo que además explicaba el origen de las cordilleras, que según él se formarían a modo de arrugas en los frentes de avance de las masas de tierra.

Sin embargo, Wegener no supo dar una explicación acertada acerca de las causas que originaron este movimiento. La explicación que proponía era muy débil, achacando las causas del mismo a la fuerza originada por la rotación terrestre y a la acción de las mareas, que resultaban claramente insuficientes para explicar los movimientos que habían realizado las masas continentales hasta ocupar su posición actual.

Debido a ello, y unido al enorme rozamiento que produciría el desplazamiento de los bloques continentales sobre las rocas del fondo oceánico, esta teoría fue rechazada por la comunidad científica de su época, teniendo que pasar muchos años tras su muerte hasta que los modernos métodos de estudio permitieron explicar el origen del movimiento de los continentes.

21. Enuncia las pruebas que dio Wegener para apoyar la teoría de la deriva continental.

22. ¿Qué se puede deducir tras encontrar depósitos glaciares de la misma edad en continentes que actualmente son cálidos y se encuentran distanciados?

23. ¿Cómo puede conocerse si en el pasado vivieron los mismos seres vivos en continentes como Sudamérica, África o Australia? ¿Qué puede deducirse de ello?

24. ¿Cómo explicaba Wegener la formación de las cordilleras? ¿Por qué su teoría fue rechazada por la comunidad científica de su época?

25. ¿Por qué es tan importante la teoría de la deriva continental en la historia de la ciencia?

Unidad 2. Estructura y dinámica de la Tierra

49

5. MODELO DINÁMICO DE LA ESTRUCTURA DE LA TIERRA Como ya hemos estudiado, las tres capas que forman la estructura interna del planeta tienen distinta composición química, lo que nos sirve para definir cada una de ellas. Sin embargo, no es esta la única característica que sirve a la geología para describir el interior de nuestro planeta.

El vidrio a alta temperatura es flexible y moldeable, pero cuando está frío es rígido y frágil.

Experimentamos

Se pueden definir distintas capas en función del estado físico en el que se encuentran los materiales y su comportamiento frente a los esfuerzos, ya que un mismo tipo de roca se puede comportar de diferente forma en función de la temperatura y la presión a la que se encuentre.

Para ilustrar el comportamiento de las rocas, principalmente ante la temperatura, podemos pensar en una barra de hierro, resistente y dura cuando está fría, pero blanda y moldeable cuando se calienta, o en una figura de cristal, rígida y frágil cuando está fría, pero moldeable cuando el vidrio está caliente. Del mismo modo, las rocas se pueden comportar como duras y quebradizas cuando se encuentran a bajas temperaturas, o blandas y plásticas cuando la temperatura es elevada. Teniendo en cuenta estas características de las rocas, se pueden explicar los movimientos que ocurren en nuestro planeta, y que conllevan el desplazamiento de los continentes y las formaciones de las estructuras geológicas que estudiaremos en la siguiente unidad.

Desde este punto de vista, en nuestro planeta se pueden distinguir cuatro capas: ** Litosfera: es la capa más externa, compuesta de roca dura y rígida,

Materiales que cambian su comportamiento En nuestra vida cotidiana es frecuente encontrar materiales que cambian su comportamiento en función de las condiciones en las que se encuentran o los procesos a los que son sometidos. Como ejemplo, podemos usar una pieza de pan. Si cortamos una rebanada fina y aplastamos la miga con las manos vemos que se comporta de manera plástica, e incluso la podemos moldear para darle la forma que queramos. Sin embargo, si tostamos una rebanada similar a la anterior, podemos ver cómo al deshidratarla por efecto del calor, el comportamiento del pan cambia. Decimos que está crujiente, lo que implica que si tratamos de aplastarla y moldearla como antes, su comportamiento cambia y en esta ocasión tiende a romperse, actuando así de forma rígida ante el esfuerzo.

que se comporta como quebradiza ante determinados esfuerzos. Si la comparamos con el modelo geoquímico, la litosfera incluye toda la corteza y los primeros kilómetros del manto superior. Del mismo modo que la corteza presenta un grosor variable, el de la litosfera oscila entre los 50 y los 100 km de espesor. Asimismo, se puede hablar de litosfera oceánica (bajo los océanos, más delgada) y litosfera continental (formando los continentes, más gruesa).

Las rocas pueden responder a los esfuerzos de forma plástica (pliegues) o rígida (fallas).

50 Unidad 2. Estructura y dinámica de la Tierra

** Astenosfera: la astenosfera es una capa controvertida para la geo-

logía. Actualmente algunos miembros de la comunidad científica ponen en duda la existencia de la astenosfera como un nivel universal, debido a que los estudios de tomografía sísmica y otras pruebas muestran que bajo algunas zonas de los continentes no se detecta una capa de roca con las características propias de esta, pasándose casi directamente de la litosfera a la mesosfera.

Para otros muestra unas características bien definidas. Situada bajo la litosfera, la astenosfera es una capa de roca blanda debido a que se encuentra alrededor de los 1400 oC, temperatura muy cercana a su punto de fusión. Como ya hemos estudiado, el gradiente geotérmico aumenta paulatinamente con la profundidad, por lo que el límite entre litosfera y astenosfera no es brusco, sino gradual, y viene determinado por un cambio en las propiedades físicas de los materiales. Las rocas que componen la astenosfera se comportan como un sólido elástico y plástico al mismo tiempo, es decir, puede transmitir ondas sísmicas P y S, pero también puede fluir como si fuera un material muy viscoso. La astenosfera se extiende hasta una profundidad aproximada de 300 km; a partir de este punto, la resistencia de la roca comienza a aumentar de nuevo.

** Mesosfera: se define como toda la porción de manto que se encuen-

tra bajo la astenosfera, abarcando desde los 300 hasta los 2900 km de profundidad. Está constituida por roca rígida, pero de comportamiento plástico, lo que permite que, como estudiarás más adelante, en su interior se den enormes corrientes de convección.

** Endosfera: la endosfera del modelo dinámico se corresponde total-

mente con el núcleo del modelo geoquímico.

Comparación de los modelos geoquímico y dinámico del interior terrestre MODELO GEOQUÍMICO Corteza Manto Núcleo

ENDOSFERA MODELO DINÁMICO Litosfera Astenosfera Mesosfera Núcleo externo Núcleo interno

Experimentamos

Fluidos no newtonianos El comportamiento de las rocas del manto terrestre suele asimilarse con el de este tipo de fluidos, ya que se comportan de forma rígida ante los esfuerzos puntuales, pero como un fluido denso ante esfuerzos constantes.

Para comprobar su comportamiento podemos realizar un experimento. Ponemos harina de maíz en un bol y añadimos agua poco a poco, removiendo la mezcla, hasta que adquiera una consistencia pastosa.

Una vez conseguida la mezcla, se pueden realizar diferentes acciones para analizar su respuesta a distintos tipos de esfuerzo. Colocar la mano en la superficie y apoyarla suavemente, golpear fuerte con los nudillos, dejar que la mano se hunda y quitarla de golpe y coger un poco de mezcla y comprobar sus propiedades manipulándola.

Actividades 26. Nombra las capas de la Tierra que describe el modelo dinámico e indica hasta qué profundidad llega cada una de ellas.

27. ¿Qué es la litosfera? Comparada con el modelo geoquímico, ¿a qué capas corresponde?

28. ¿Son las rocas que constituyen la astenosfera sólidas y rígidas?, ¿a qué se debe el estado físico en el que se encuentran estas rocas?

29. Según el modelo dinámico, ¿cuál es la capa más voluminosa de la Tierra?, ¿qué grosor presenta esta capa?

30. ¿Es adecuado referirnos a las discontinuidades sísmicas cuando analizamos el interior de la Tierra según el modelo dinámico?

Unidad 2. Estructura y dinámica de la Tierra

51

Actividades de consolidación 1. Indica si las siguientes actividades corresponden a métodos de estudio directos o indirectos y especifica a cuál.

Profundidad (km)

Presión (millones de atmósferas)

0

1 · 10-6

1000

0,4

2000

1

c) Extraer información de un gráfico de ondas sísmicas.

3000

1,7

d) Analizar la composición química de una roca en el laboratorio.

4000

2,6

5000

3,2

e) Determinar el valor de la gravedad en un área.

6000

3,6

a) Analizar la composición de un meteorito. b) Estudiar un afloramiento rocoso de un área concreta.

f) Observar al microscopio petrográfico una muestra de roca. g) Estimar la densidad de algunos materiales en el interior de la Tierra.

2. Observa la fórmula de la ley de la gravitación universal y responde: si utilizamos un gravímetro a nivel del mar y en la cima de una montaña, ¿dónde obtendremos un valor mayor de la gravedad? Con este dato, ¿qué conclusiones podemos sacar acerca de los grosores de las cortezas continental y oceánica?

7. En los siguientes esquemas se representan dos zonas diferentes de la corteza terrestre. Basándote en la observación de la tabla de densidades, indica razonadamente en qué punto, A o B, será mayor el valor de la gravedad.

A Morrenas

Areniscas Pórfidos

4. Teniendo en cuenta que el radio terrestre es de unos 6370 km, calcula el valor que alcanzaría la temperatura en el centro de la Tierra si el gradiente geotérmico se mantuviera a lo largo de todo el radio. ¿Podría mantenerse el gradiente de esta forma en un planeta como el nuestro?

Razona tu respuesta.

5000

Temperatura (ºC)

A

B C

Profundidad (km)

6300

6. En la siguiente tabla se muestran los valores de la presión a medida que se profundiza hacia el interior de nuestro planeta. Representa gráficamente la variación de estos valores. ¿Qué puedes deducir acerca de la variación de la presión con la profundidad?

52 Unidad 2. Estructura y dinámica de la Tierra

Yesos

Calizas

3. ¿Qué es el gradiente geotérmico? ¿A qué se debe?

5. En la siguiente gráfica, identifica cuál de las curvas representa mejor la variación de la temperatura con la profundidad, explicando brevemente por qué varía así y a qué se debe la temperatura alcanzada en cada zona.

B

Pizarras

Pizarras

Mármol

Calizas

Granito

Margas

Rocas

Densidad media (g/cm3)

Margas

1,90

Calizas

2,40

Pizarras

2,85

Yesos

2,30

Areniscas

2,85

Pórfidos

2,80

Mármol

2,60

Granito

3,00

Morrenas

2,30

8. En un determinado planeta se ha obtenido la siguiente gráfica de ondas sísmicas. Divide el planeta en distintas capas, teniendo en cuenta sus discontinuidades. Indica el estado físico en que se encuentra cada capa, razonando tu respuesta.

11. La naturalista y aventurera Daniela Jiménez, en su continua búsqueda de conocimiento, ha descubierto un mapamundi como el que se observa en esta imagen. No obstante, al analizarlo, observa que algo no concuerda con el actual mapamundi de nuestro planeta, aunque encuentra algo familiar en él. ¿Puedes ayudarla a descubrir la diferencia?

Velocidad (m/s)

P

S

500

1000

Profundidad (Km)

9. Tras observar la siguiente figura, indica en tu cuaderno qué tipo de ondas sísmicas se recibirán en los observatorios sismológicos A (40º), B (60º), C (130º), D (145º) y E (180º), suponiendo el hipocentro del terremoto en el punto señalado. ¿A qué se debe el hecho de que la zona situada entre los 103º y los 140º se señale como zona de sombra? foco 20º

20º

13. Comenta por qué el descubrimiento de fósiles de Mesosaurus solamente en Sudamérica y África respaldaba la hipótesis de la deriva continental.

40º A

40º B 60º

12. Explica qué diferencia hay entre las pruebas geográficas y las pruebas geológicas aportadas para explicar la teoría de la deriva continental.

60º

80º

14. La siguiente ilustración representa los modelos geoquímico y dinámico de la estructura interna de la Tierra.

Identifica en tu cuaderno los nombres de las capas y las discontinuidades que se señalan con letras.

103º

103º

Modelo geoquímico

Modelo dinámico

(composición química)

(comportamiento dinámico)

A

B

K

C Zona de sombra

140º

D E

140º

Zona de sombra

C

E

10. La siguiente imagen se corresponde con la división de la Tierra en capas según el modelo geoquímico, pero, al parecer, la persona encargada de dibujarla ha cometido algunos errores. Identifica esos errores nombrando las capas que se observan.

L

D

F

M

G H N I J

6370 km

Unidad 2. Estructura y dinámica de la Tierra

53

■

Estudio de meteoritos

■

Estudio de la gravedad

■

Estudio de la temperatura

■

Estudio de la presión

■

Estudio de la densidad

■

Estudio del magnetismo

■

Estudio de las ondas sísmicas

Corteza Manto

Modelo geoquímico Núcleo

■

Continental

■

Oceánica

■

Superior

■

Inferior

■

Externo

■

Interno

Teorías fijistas

Ondas P Ondas S

Conclusiones

Ondas superficiales Separan subcapas Separan capas

Estudios de laboratorio

Primer orden

■

Segundo orden

Geología de campo

Tipo de ondas

■

Discontinuidades

ESTRUCTURA

Indirectos

ESTRUCTURA Y DINÁMICA DE LA TIERRA

Métodos de estudio

Directos

Esquema de la unidad

Mohorovic separa corteza y manto Gutemberg separa manto y núcleo Repetti Lehmann-Wiechert

■

Variación del volumen de la Tierra

■

Teoría del geosinclinal

■

Teoría de las undaciones

■

Teoría de la oceanización

Geográficas Pruebas

Origen de las cordilleras

Geológicas Paleoclimáticas Paleontológicas

Teorías movilistas

DINÁMICA

■

Teoría de la deriva continental

Pangea

Rechazada por Litosfera Astenosfera

Modelo dinámico

Mesosfera Endosfera

54 Unidad 2. Estructura y dinámica de la Tierra

■

Oceánica

■

Continental

Forma de movimiento Causas del movimiento

Competencias clave Rompecabezas Un rompecabezas es un juego que consiste en combinar correctamente las piezas de una figura. Fue inventado en 1762 por John Splisbury, y al principio eran demasiados caros ya que eran exclusivos. Alrededor de 1900 nacieron los rompecabezas artísticos. Aquellos rompecabezas en madera, cortados a mano, no se ensamblaban entre sí como los puzles comerciales de hoy en día. Además, los rompecabezas artísticos, a diferencia de los infantiles, no incluían una imagen que sirviera de guía al montador, que debía contentarse con la sugerente referencia del título antes de sentarse a resolver el enigma tras el cual el artesano cortador había escondido el cuadro.

En 1915 Wegener quedó asombrado con el hecho de que los contornos de América del Sur y África parecieran encajar como un rompecabezas. Wegener no era el primero en apreciar esta circunstancia (Magallanes y otros exploradores también lo hicieron), pero sí fue uno de los primeros en percatarse de que la superficie de la Tierra había cambiado con el tiempo, y que los continentes que ahora se separan, se pudieron haber ensamblado juntos en el pasado. En palabras del propio Wegener: “Es como si debiéramos recomponer los fragmentos rotos de un periódico, comparando primero la coincidencia de los bordes y luego las de las líneas de texto impreso. Si coinciden, solo podemos concluir que los trozos estaban originariamente en esa posición. Si solo dispusiéramos de una línea escrita, aún tendríamos una importante probabilidad de que el ajuste fuera exacto, pero si tenemos n líneas, entonces esa probabilidad se elevará a la enésima potencia”.

La teoría fue recibida con hostilidad, y en ocasiones, incluso violentamente. Sin embargo, a partir de 1950, una vez reformulada la teoría de la deriva continental, se encuentra totalmente consolidada.

Adaptado. http://cursodematerialdidactico.blogspot.com.es

Cuestiones propuestas 1. ¿A qué llamamos rompecabezas? ¿En qué siglo se inventaron? ¿Qué diferencias tenían los antiguos rompecabezas con respecto a los actuales?

2. Busca en el Diccionario de la Real Academia de la Lengua (DRAE) la definición de ‘puzle’ y trata de explicar por qué la posición de los continentes constituía para Wegener, en dos sentidos, un auténtico rompecabezas.

3. ¿Cuánto tiempo transcurrió entre el descubrimiento del puzle y la teoría de Wegener? Expresa el resultado en décadas y lustros.

4. ¿Qué similitudes encuentras entre la forma de resolver los rompecabezas artísticos y el rompecabezas al que se enfrentaba Wegener?

6. Según tu respuesta anterior, ¿por qué tiene entonces tanto mérito la teoría de Wegener?

7. Según el ejemplo propuesto por Wegener, ¿cuáles serían las “líneas” que coinciden a un lado y otro de los bordes de los fragmentos rotos del “periódico”?

8. Busca información acerca de la expresión coloquial “zapatero a tus zapatos” y explica su significado.

9. Investiga la biografía de Alfred Wegener y comenta por qué la comunidad científica de su época atacaba su hipótesis con la despectiva frase de la pregunta anterior.

10. ¿Estaba Wegener en lo cierto? ¿Por qué no consiguió que fuera aceptada su teoría antes de su muerte?

5. ¿Fue Wegener el primero en darse cuenta de la similitud en los contornos de los continentes? Justifica tu respuesta.

Unidad 2. Estructura y dinámica de la Tierra

55

Competencias clave Nuestro planeta por dentro

Discontinuidad de Mohorovicic Discontinuidad de Repetti Discontinuidad

Velocidad (km/s)

Los métodos de estudio indirecto nos aportan las pruebas necesarias para conocer nuestro planeta por dentro. Existen varios de Gutenberg tipos de métodos de estudio indirecto, y toDiscontinuidad de WieZona de baja velocidad dos ellos aportan diferentes datos que se chert-Lehman confirman entre sí y que permiten deducir cómo es la estructura interna de la Tierra.

Por ejemplo, del estudio de la densidad se deduce que los materiales del interior son Corteza Manto Manto Núcleo Núcleo más densos que los de la superficie. Esta susuperior inferior externo interno posición se confirma por los datos sismoló0 670 2900 5100 6370 gicos, ya que la velocidad de propagación de las ondas aumenta de manera directa14 mente proporcional a la densidad de los 12 Ondas P materiales que atraviesa. Ello se aprecia en 10 el aumento de la velocidad de las ondas P y 8 S a lo largo de todo el manto. Sin embargo, 6 Ondas S 4 y aunque los cálculos de densidad indican Profundidad 2 que la composición del núcleo es de hie3000 5000 (km) 0 rro y níquel, es decir, materiales más den300 670 1000 2000 2900 5100 6000 6370 sos que los del manto, al llegar a él, las ondas disminuyen drásticamente su velocidad. El estudio del calor interno del planeta confirma que a esa profundidad, la temperatura llega a alcanzar cerca de los 5000 ºC. A esa temperatura los materiales no aguantan en estado sólido, por lo que se encuentran fundidos. ¿Y qué pasa a 5100 km de profundidad? El aumento de la velocidad de las ondas P no se debe a que el núcleo interno esté más frío que el externo; los estudios sobre la presión indican que, a esa profundidad, la presión es tan grande que hace que el núcleo interno de la Tierra se encuentre en estado sólido. De esta manera, el núcleo externo, líquido, se encuentra rotando alrededor del interno, sólido, lo que genera el campo magnético terrestre que hace que la Tierra actúe como un gran imán.

Cuestiones propuestas 1. Indica la profundidad de las discontinuidades que puedes apreciar en la gráfica y las capas que delimitan.

6. ¿Qué forma tiene la Tierra? Suponiendo que fuera una esfera perfecta con un radio de 6370 km, calcula su volumen.

2. Explica las diferencias que aprecies entre la curva de las ondas P y la de las ondas S.

7. Basándote en la ley de gravitación universal, calcula la masa de la Tierra.

3. ¿A qué profundidad es máxima la velocidad de las ondas sísmicas? ¿Por qué se alcanza dicha velocidad exactamente en ese punto?

8. Con los datos de las actividades 6 y 7, calcula la densidad de la Tierra. Comparando esta con las densidades de algunas rocas abundantes en la corteza, como el granito (2,6 g/cm3) o el basalto (3 g/cm3), ¿qué puedes deducir?

4. ¿Cuántos métodos de estudio indirecto se citan en el texto? ¿Conoces algún otro método al que no se haga referencia en este fragmento?

5. ¿Crees que el método sísmico aporta información acerca del grosor de la corteza de la Tierra? Razona tu respuesta con argumentos científicos.

56 Unidad 2. Estructura y dinámica de la Tierra

9. ¿Qué significa el término geoquímico? ¿Por qué crees que este modelo de estructura interna recibe este nombre?

10. Para realizar una maqueta del modelo geoquímico de la Tierra a escala real, tu profesor o profesora te pide que utilices una escala 1:1·107. ¿Cuántos km representarías con 1 mm? ¿Cuánto mediría el radio de tu maqueta?

La unidad en 10 1. ¿En qué se basan los métodos de estudio indirectos? ¿Cuáles son las grandes diferencias con la información que podemos obtener de los métodos de estudio directos?

Los métodos de estudio indirectos se basan en el estudio de las propiedades físicas y químicas que posee la Tierra como planeta a través del análisis de los datos obtenidos por distintos medios. Los métodos directos, en cambio, se basan en la observación directa de materiales y estructuras, ya sea directamente o en el laboratorio, por lo que afectan solo a las capas más superficiales del planeta.

2. ¿Cuáles son las ondas sísmicas que utilizamos para obtener información sobre el interior de la Tierra?

Las ondas sísmicas que utilizamos son aquellas que se transmiten por las rocas que forman el interior del planeta, es decir, las ondas P y las ondas S. Las ondas P son ondas longitudinales, se transmiten a una velocidad mayor y son capaces de atravesar medios sólidos y líquidos. Las ondas S son ondas transversales, con una velocidad de propagación menor y que solo se pueden propagar en medios sólidos.

preguntas 6. ¿Cuáles son las diferencias entre la corteza oceánica y la continental?

La corteza oceánica es más delgada que la continental; más densa; tiene una estructura muy homogénea, constituida por tres capas (sedimentos, nivel de basalto y nivel de gabro), mientras que la continental es muy heterogénea en estructura y composición. La roca característica de la corteza oceánica es el basalto y la de la corteza continental es el granito.

7. Indica a qué teoría fijista se podría asignar la siguiente afirmación: “Las cadenas montañosas se forman cuando grandes cantidades de magma, procedentes del manto, ascienden formando grandes abombamientos en la superficie. Como consecuencia, los materiales se deslizarían por gravedad formando los plegamientos característicos de las cordilleras”.

Esta afirmación se puede asimilar a la teoría de las undaciones, que plantea la formación de grandes geotumores que originan las cordilleras.

3. Explica de forma razonada cuál es el motivo por el que sabemos que el núcleo externo es líquido.

8. Indica cuáles eran los principales postulados de la teoría de la deriva continental de Wegener.

Las evidencias parten de la existencia del campo magnético y, fundamentalmente, del análisis de la propagación de las ondas sísmicas. Cuando las ondas S llegan al límite entre el manto y el núcleo desaparecen, y estas ondas no se pueden propagar en medios líquidos, lo que apoya firmemente esta idea.

Wegener postuló que todos los continentes habían estado unidos formando un gran supercontinente llamado Pangea, que este supercontinente se fragmentó en trozos de distinto tamaño y que estos se desplazaron sobre las rocas del fondo oceánico, uniéndose o separándose unos de otros, gracias a las fuerzas de marea y de rotación de la Tierra.

4. ¿Qué son las discontinuidades sísmicas? ¿Por qué podemos distinguir discontinuidades de primer orden y de segundo orden?

Las discontinuidades sísmicas son variaciones en la velocidad de propagación de las ondas sísmicas al atravesar medios diferentes. Estas discontinuidades pueden ser de primer orden, cuando estos cambios en la velocidad son bruscos y nos sirven para separar capas de la Tierra, o de segundo orden, cuando el cambio ocurre de forma más gradual y suave y separan subcapas.

9. ¿Con cuál de las pruebas de Wegener estaría relacionada la siguiente imagen?

Pruebas paleontológicas, que se basan en el análisis de restos fósiles.

5. Recopila las discontinuidades sísmicas que podemos encontrar en el interior de nuestro planeta, indicando sus características.

Mohorovicic Repetti Gutenberg LehmannWiechert

Primer orden. Entre 12 y 70 km Separa la corteza del manto.

Segundo orden. A 670 km de profundidad.

Separa el manto superior del inferior.

Primer orden. A 2900 km de profundidad.

Separa el manto del núcleo.

Segundo orden. A 5100 km de profundidad Separa el núcleo externo del interno.

10. Compara las capas de la Tierra según los modelos geoquímico y geodinámico.

El geoquímico diferencia entre corteza (oceánica y continental), manto (superior e inferior) y núcleo (externo e interno). El geodinámico distingue entre litosfera (oceánica y continental, astenosfera, mesosfera y endosfera).

Unidad 2. Estructura y dinámica de la Tierra

57

La mayor parte de las estructuras geológicas que podemos observar son explicables gracias a la teoría de la tectónica de placas. Falla inversa en el Parque Natural de Cabo de Gata (Almería).

Unit

2

Structure and dynamics of the Earth

1. METHODS OF STUDY IN GEOLOGY

The Earth is studied by direct observation or by indirect methods.

Direct study methods are based on the observation of Earth’s materials and structures. Thanks to the study of rock types and structures and the relationship between them, we learn about the origin and evolution of large areas of the Earth.

Indirect methods are based on the study of the physical and chemical properties of the Earth. The study of gravity, temperature, pressure, density and magnetism in different parts of the Earth and of how these factors may vary allow us to determine the composition and state of the Earth’s interior.

2. STRUCTURE OF THE EARTH

The Earth has an average radius of 6,370 km. There are two models that explain our planet’s internal structure: **The geodynamic model is based on the behaviour of rocks when they are subjected to stress. **The geochemical model is based on the chemical composition of the Earth, that is, the type of rock. This model divides the Earth’s interior into the core, the mantle and the crust.

2.1. Crust This has a variable thickness (6-70 km), depending on its location on the Earth. Its composition is rich in silica and aluminium. There are two types: **The oceanic crust is thinner and denser than the continental crust. It is located at the bottom of the oceans. **The continental crust is thicker, less dense and it makes up the continents.

The Mohorovicic discontinuity is the boundary between the crust and the mantle. It marks a change in the composition of the rocks.

Geochemical model Continental crust (25-70 km)

Mohorovicic discontinuity

Lower mantle

Upper mantle

Repetti discontinuity

Inner core Outer core

Oceanic crust

Lehman-Wiechert discontinuity (5,100 km)

Gutenberg discontinuity

The geochemical model divides the Earth’s interior into areas according to different chemical and mineral compositions or to different physical states of its component parts.

2.2. Mantle This has a thickness of 2,900 km. It consists of denser rocks composed of silica, magnesium and iron. It is divided into two parts: **The upper mantle extends to a depth of 670 km. It is separated from the lower mantle by the Repetti discontinuity. **The lower mantle extends to a depth of 2,900 km and has a uniform composition. It is separated from the core by the Gutenberg discontinuity.

2.3. Core The core is divided into the inner core and the outer core. Their composition and state are different. They are separated by the Wiechert discontinuity.

The outer core is made up of molten rocks rich in iron, and it has a high density. It extends to a depth of 5,100 km and reaches a temperature of 5,000 ºC. The inner core is solid and rich in iron and nickel.

12 Unit 2. Structure and dynamics of the Earth

In Pulpi (Almería), the largest geode in Europe was discovered in 1999. It is over two metres high and it is covered with huge gypsum crystals.

Activities 1. Discuss some of the following questions with your partner. Use these expressions: Expressions: • The crust is composed of...

• The layers of the Earth are...

• Meteorites come from...

6. Working in pairs, answer the following questions about the geochemical model. Write down your answers in your notebook. a) How many layers can be distinguished in the Earth’s interior based on their composition? b) Does the continental crust have the same thickness in all parts of the Earth?

• The oceanic crust is...

c) What’s the name for the surface that separates the mantle from the outer core?

Questions: a) What is the crust? b) What is the origin of meteorites?

d) Could the Earth’s magnetism be related to the composition of the core?

c) What is the composition of the outer core?

e) From a composition standpoint, is the core uniform?

d) What minerals does the core contain?

f) Do you think that the minerals that form the core may be denser than the ones that make up the crust?

2. Complete the following text in your notebook using these words: layers, Earth, thickness, core, mantle, crust.

The has an average radius of around 6,370 km, divided into three concentric . But these layers don’t all have the same . In fact, the , which is the outermost layer, is the least thick in comparison to the other two layers from the planet’s interior, the and the , and barely reaches the first 70 km at its thickest points.

3. Look at the geochemical model on the opposite page and describe it to your partner using these concepts and expressions: • Oceanic crust.

• Upper mantle.

• Mohorovicic discontinuity.

• Thicker, thinner.

• Between.

• At the top.

4.

Listen to the audio recording and complete the text in your workbook. studies the different types of , identifies geologic and gathers samples of and . These materials can be obtained directly from the areas closest to the surface or from areas using underground , strip mining or .

However, this sort of method only provides us with on the area closest to the surface of our , since the deepest a survey has gone was km.

5. Research whether or not the following statement is true and write down a few lines explaining your answer in your notebook: The heat from inside the Earth is due to two factors: the decay of radioactive elements (abundant on the upper layers, where the geothermal gradient is greater), and the accumulated residual heat since the time Earth’s formation.

7. Complete this diagram in your notebook and write the names of the different layers of the Earth. a) b)

c)

d)

e)

8. Copy and match the elements of the two columns in your notebook. a) Outer mantle

1. This has a variable thickness and its outermost layer consists mainly of volcanic rocks.

b) Continental crust

2. This is composed of silica, magnesium and iron.

c) Inner core

3. This is made up of molten rocks rich in iron.

d) Inner mantle

4. This is limited by the Repetti and Gutenberg discontinuities.

e) Oceanic crust

5. This is the solid layer at the centre of the Earth, rich in iron and nickel.

f) Outer core

6. This has a variable thickness; the outermost layer is part of the continents.

Writing activities should be completed in your notebook Unit 2. Structure and dynamics of the Earth

13

3. HISTORICAL INTERPRETATIONS OF THE ORIGIN OF

MOUNTAIN RANGES Early studies of the origin of mountain systems were done in the 19th century. Several theories originated from these. These theories can be grouped into two types: fixist and mobilist.

Continental drift LAURASIA AND GONDWANA

3.1. Fixist theories

These propose that mountain ranges are created as a result of vertical movements within the Earth’s crust. Some of these theories state that mountain ranges are caused by the contraction of the Earth’s surface as it cools down. Others, such as the geosyncline theory, argue that mountain ranges are caused by the collapse of an area due to the weight of sediments.

Magma rises and deforms the upper layers. These theories don’t correctly explain the observed facts.

3.2. Mobilist theories

These explain the formation of mountains as a result of horizontal movements within the crust produced by the displacement of continents.

The first major mobilist theory was Alfred Wegener’s theory of continental drift.

EURASIA

NORTH AMERICA

AFRICA SOUTH AMERICA

INDIA

ANTARCTICA

AUSTRALIA TODAY

NORTH AMERICA SOUTH AMERICA

4. CONTINENTAL DRIFT

EURASIA AFRICA

ANTARCTICA

INDIA

Alfred Wegener proposed his theory of continental drift in 1912. He Wegener theory postulated that continents moved along the history of the Earth. based it on the hypothesis that the continents had been united in the past, forming a large supercontinent called Pangea, that would eventually break apart. These continental masses, which were merging together and separating from one another, moved by floating above the denser rock of the ocean floor.

Historical evidence exists that indicates that the shape Wegener supported his theory with geographical evidence (the way of our coastlines changes. In the year 2018, tropical the coasts of America and Africa fit together), geologic evidence storm Emma affected the Iberian Peninsula, pounding (the continuity of geologic structures on both sides of the Atlantic), its coasts with powerful waves and strong tides. As a paleoclimatic evidence (the existence of glacial deposits in different result, the storm revealed the ruins of an ancient Roman parts of the world) and paleontological evidence (the presence of road that connected the city of Gades with the rest of the similar fossils across different continents).

Roman Empire. Naturally, the Romans hadn’t built this ancient transportation route under the sea, therefore Wegener’s theory explains the origin of many terrestrial structures we can deduce that the coastline has changed. such as mountain ranges, the geographical similarity between coasts, etc. However, it didn’t explain the movement of Geological and paleoclimatic evidence the continents, and it hasn’t yet been accepted by scientists. In fact, his theory was rejected by the scientific community of his time. Nevertheless, Wegener did give a correct explanation for the causes that produced this movement.

This theory is a precursor of the theory of plate tectonics, which was proposed 50 years later and explains how the lithosphere moves and evolves.

¿

In the picture you can see not only how the coastlines of the continents fit together, but also how granites of the same age in Africa and Brazil (red) and mountain ranges of the same age (green, light yellow, violet and white) match. Similarly, we can appreciate the extension of an ice cap that is 300 to 250 million years old (blue) across continents that have very different climates today.

14 Unit 2. Structure and dynamics of the Earth

Activities 9. Are the following statements true or false? Correct the false sentences in your notebook and then compare your answers with your classmates using these expressions: In my opinion, this is true / false because...; I agree / I do not agree because...; But look in the text where it says.... a) Mountains were formed because the surface of the Earth dried. b) Continents float over the mantle. c) Wegener proposed the theory of continental drift in 1912. d) The theory of continental drift explains the similarity of the coasts of South America and Africa.

10. Choose the right word in each case and write it down in your notebook.

The mobilist / fixist theories are also known as verticalist / horizontalist theories since they explain the formation of mountain ranges as a result of horizontal shifts in the Earth’s crust / mantle.

The main reason why the early mobilist theories were not accepted was because they were unable to explain the device / mechanism that causes sinking / movement, which was assumed to be in the mantle. The first important mobilist theory was called the theory of flooding / continental drift, proposed by Alfred Wegener, who stated that continents were able to / were not able to move and that they had all been united around 3,800 / 200 million years ago.

11. Look at this picture of a tomato. What do the tomato and the Earth have in common? Apply to the tomato how certain fixist theories attempted to explain the formation of mountains and write your answer in your notebook.

12. The distribution of Mesosaurus, a reptile from the Permian period, was one the elements on which Wegener based his theory of continental drift. What type of evidence would you apply to reach this observation? Write down your reasoning in your notebook.

13. Read the following sentence and work in pairs to find the information and explain what direct methods are and how they can be applied.

Direct study methods provide very little information about the internal structure of the Earth.

14. Find in this word search words related to this unit and write them in your notebook. When you have finished, ask your partner the meaning of the words you don’t know using expressions such as: Have you found…?; Can you help me with...? I can’t find it; Do you know the meaning of...?; Let’s ask the teacher.

G

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B

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E

E

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N

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W

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L

E

2

15. Copy and match the elements of the two columns in your notebook.

1. Fixist theories.

a) Mountain ranges are formed by vertical movements of the crust.

2. Continental drift.

b) According to Wegener, this makes up the Earth’s crust.

3. Geosyncline theory.

c) The continents were not separated and formed a single large supercontinent.

4. Aluminium silicate.

d) The weight of sediments caused their collapse and fusion.

16.

Listen to the audio recording and complete the text in your notebook.

The theory of continental drift proposed by was supported by well-defined, very solid . He used this evidence to demonstrate his that the had been united in the past. He determined that the latter had previously formed a large supercontinent called , that would eventually break apart, first into two parts called and , and later into other smaller continents. Wegener based his theory on geographic, , paleontological and evidence.

Writing activities should be completed in your notebook Unit 2. Structure and dynamics of the Earth

15

5. THE DYNAMIC MODEL OF THE EARTH’S STRUCTURE

The crust, the mantle and the core are three layers that have different chemical compositions and whose rocks are in different states. However, we can distinguish other layers depending on the behaviour of rocks under stress. This is because the same rock can behave in different ways depending on the temperature: it can be hard and brittle at low temperatures, or soft and plastic at high temperatures.

From this perspective, four layers can be distinguished: the lithosphere, the asthenosphere, the mesosphere and the core. **The lithosphere is the layer made up of tectonic plates. It consists of rigid rocks that fracture due to stress. Its thickness ranges between 50 and 100 km. It is composed of the crust and the upper part of the mantle.

If the crust is continental, the lithosphere is called the continental lithosphere; if it is oceanic, it is called the oceanic lithosphere. **The asthenosphere is located below the lithosphere. It extends to a depth of approximately 300 km. Due to the temperature at this depth (approximately 1,400 ºC), its rock is soft and elastic (it deforms when subjected to stress and recovers its shape when the stress ceases) and plastic (it deforms when it is subject to stress but does not recover its original shape when the stress ceases). In some areas of the Earth, the transition from the lithosphere to the mesosphere occurs directly, without passing through the asthenosphere, which has made some doubt the very existence of the latter. **The mesosphere is the portion of the mantle beneath the asthenosphere, which extends to a depth of 2,900 km. It is composed of rigid rocks, although due to the conditions of pressure and temperature, these rocks allow the movement of convection currents inside them. **The core corresponds to the centre of the static or geochemical model. It extends to a depth of 6,370 km. It is also called the endosphere.

Glass at high temperatures is flexible and pliable, but under cold temperatures, it is cold, and becomes rigid and brittle.

Comparison of the static and dynamic models of the Earth’s interior

GEOCHEMICAL MODEL Crust

DYNAMIC MODEL

Mantle Core

Lithosphere

ENDOSPHERE

Asthenosphere Mesosphere Outer core Inner core

16 Unit 2. Structure and dynamics of the Earth

Activities 17. Solve this crossword puzzle in your notebook.

4

5

6

1

20. Can the same rock behave as a substance that is both hard and brittle or soft and plastic? Explain your answer in your notebook.

21. Materials have different behaviours depending on their composition and the temperature and pressure in their environment. Copy and match the items in this table in your notebook.

2

1. Made up of rigid materials, although convection currents do occur in it.

2. An abundant element in the core.

3. Layer composed by the crust and the upper mantle.

4. Discontinuity that separates the crust from the mantle.

5. Discontinuity that separates the upper mantle from the lower mantle.

6. The core in the geodynamic model.

18. In your notebook, match the layers in the dynamic model with their characteristics.

1. This is located below the lithosphere. a) Lithosphere 2. This is located below the asthenosphere.

3. This corresponds to the core of the geochemical model.

4. This consists of rigid rock and convection currents occur inside it. c) Mesosphere

1. The material deforms when it is subjected to stress, and regains its shape when the stress ceases.

2. The material deforms when it is subjected to b) Elastic stress, and doesn’t regain its original shape when the stress ceases.

3

b) Asthenosphere

a) Plastic

c) Rigid

3. The material breaks when it is subjected to stress.

22. Answer the following test-type questions in your notebook: a) A material that breaks when it is subjected to stress is: 1. Plastic.

2. Fragile.

3. Ductile. b) The rigid surface layer is the: 1. Mantle. 2. Asthenosphere

3. Lithosphere

c) A material that deforms when it is subjected to stress and regains its shape afterwards is: 1. Volatile.

2. Fragile.

3. Elastic. d) The mesosphere is rich in: 1. Iron.

2. Copper.

3. Aluminium

e) The thickest layer of the Earth’s interior is the: 1. Core.

2. Mantle.

3. Crust.

23. The following image shows two rocks that were deformed through different behaviours. Complete the following activities in your notebook.

1

2

5. The rocks in this layer are elastic and plastic.

6. This is the most voluminous layer.

d) Endosphere 7. This can be oceanic or continental.

19.

Listen to the audio recording and take notes.

What is the text about? Write down the main ideas and then discuss them with your partner using these expressions: Why do you say so?; I don’t understand what you mean; I think that…; Do you know the meaning of the word…

a) What type of behaviour do the rocks on the right and the left appear to have experienced? b) Discuss your reasoning with your classmates, using some of these expressions: Have you found…?; Can you help me with...?; I can’t find it; Do you know the meaning of...?; Let’s ask the teacher. c) What do you base your statement on? Write down your reasons.

Writing activities should be completed in your notebook Unit 2. Structure and dynamics of the Earth

17