DOSSIER DE GEOLOGIA CFA MESTRE ESTEVE Ges 2 Curs 2018-2019
UNITAT 1: LA DINÀMICA SUPERFICIAL DEL PLANETA 1. Els processos geològics 2. Els processos geològics externs a. La meteorització b. L'erosió i el transport c. La sedimentació d. La diagènesi. 3. Els processos geològics interns a. La teoria de la tectònica de plaques b. Les deformacions de les roques c. Els plecs d. Les fractures 4. Conseqüències de la tectònica de plaques Aquesta unitat està extreta d’una unitat interactiva creada pels professors Joan Llop Arola i Lola López Manzano que podeu trobar a l’adreça: http://www.edu365.cat/eso/muds/ciencies/ud/planeta/index.htm
1. ELS PROCESSOS GEOLÒGICS El nostre planeta no és estàtic, malgrat que ho pugui semblar. El que passa és que la durada dels processos geològics és molt gran comparada amb la de les activitats humanes. Només uns pocs processos geològics s'ajusten a les mesures de temps que fem servir per als esdeveniments humans. Mireu com a exemple les dades següents: Procés
Durada
Terratrèmol
Segons o minuts
Erupció d'un volcà
Mesos o anys
Tempesta
Minuts o hores
Procés Formació de grans serralades Separació de continents Erosió de les grans serralades
Durada
Milions d'anys
Els processos geològics poden ser interns o externs.
CFA MESTRE ESTEVE
1
CURS 2018-2019
Es desenvolupen com a conseqüència de dues fonts energètiques bàsiques: • L'energia del sol. • La força de la gravetat. Amb aquesta energia es destrueixen els relleus superficials i finalment es formen les roques sedimentàries. Tots els processos que hi participen constitueixen els anomenats processos geològics externs i formen el cicle geodinàmic extern.
2. ELS PROCESSOS GEOLÒGICS EXTERNS Els processos geològics externs són: • la meteorització • l'erosió • el transport • la sedimentació • la diagènesi.
a. LA METEORITZACIÓ Consisteix en la disgregació i/o alteració dels materials de la superfície com a conseqüència de l'acció estàtica de l'atmosfera. Es produeix pel simple contacte de les roques superficials amb l'atmosfera. La meteorització és física o mecànica quan provoca la fragmentació de les roques sense que en canviï la composició química. La meteorització és química quan les roques s'alteren químicament a causa de l'atac de diverses substàncies d'origen atmosfèric (aigua, oxigen, diòxid de carboni, etc.). Totes aquestes accions no mouen els materials del lloc on es trobaven. Només en alguns casos l'acció de la gravetat produirà el desplaçament dels fragment fins a una posició estable on quedaran acumulats.
CFA MESTRE ESTEVE
2
CURS 2018-2019
b. L'EROSIÓ I EL TRANSPORT L'erosió és l'efecte de desgast que experimenten les roques superficials i implica la pèrdua de materials sòlids o substàncies en dissolució que són arrencats dels seus llocs d'origen. Aquest procés, el realitzen els agents geològics externs i implica l'inici del transport. Els materials dissolts són transportats en dissolució (transport químic), mentre que les partícules sòlides són transportades en forma sòlida (transport físic). En aquest cas les partícules poden ser transportades de diverses maneres: en suspensió, per flotació, per saltació, per rodolament o per arrossegament o reptació. c. LA SEDIMENTACIÓ Quan s'acaba el transport es produeix la sedimentació. Els materials transportats es dipositen per acumulació de les partícules sòlides o per precipitació dels materials dissolts. Aquests materials són els sediments. La precipitació dels materials dissolts es produeix com a conseqüència de variacions físiques o químiques del medi aquós (canvis de temperatura, de pressió, etc.). En moltes ocasions, els éssers vius afavoreixen aquests canvis. Aleshores es parla de precipitació bioquímica.
Els llocs on es dóna la sedimentació s'anomenen conques sedimentàries. En són exemples els fons marins, les platges, els llacs, les planes d'inundació dels rius, etc. d. LA DIAGÈNESI Els sediments dipositats poden sofrir processos, més o menys intensos, que els transformaran en roques dures i coherents. El conjunt d'aquests processos s'anomena diagènesi, i el resultat final serà la formació d'una roca sedimentària. ACTIVITAT 1 http://www.edu365.cat/eso/muds/ciencies/ud/planeta/activitats/exercici.htm
CFA MESTRE ESTEVE
3
CURS 2018-2019
3. ELS PROCESSOS GEOLÒGICS INTERNS
Es desenvolupen com a conseqüència d'una font energètica bàsica: La calor interna del planeta. Amb aquesta energia es construeixen nous relleus i es modifica la distribució de continents i oceans, i a través d'aquests processos, es formen les roques ígnies i/o metamòfiques. Tots els processos que hi participen constitueixen els anomenats processos geològics externs i formen el cicle geodinàmic extern.
a. LA TEORIA DE LA TECTÒNICA DE PLAQUES
Durant molt de temps es va pensar que les característiques del nostre planeta s'havien mantingut constants des del seus inicis. A partir del segle XVII, van començar a sortir científics que postulaven un planeta canviant, on els continents i els oceans variaven de posició i dimensions . No va ser, però, fins a principis del segle XX que un científic alemany, Alfred Lotthar Wegener, va presentar una teoria raonada, i basada en proves, sobre la mobilitat dels continents: la teoria de la deriva continental. A partir d'aquesta teoria, altres investigadors hi han anat treballant i, finalment, s'ha perfilat una teoria que permet relacionar tots el processos geològics. Es tracta de la teoria de la tectònica de plaques o teoria de la tectònica global. La tectònica de plaques, conjuntament amb els processos de formació de les roques ígnies i metamòrfiques, forma part dels processos geològics interns i és la responsable de la formació dels relleus de la superfície del nostre planeta.
Alfred Lothar Wegener (1880 - 1930)
CFA MESTRE ESTEVE
4
CURS 2018-2019
CFA MESTRE ESTEVE
5
CURS 2018-2019
Disposició actual de les plaques litosfèriques. En vermell es veuen els límits de separació i en negre els de col·lisió. Les fletxes indiquen el moviment de les plaques
La unitat dinàmica més superficial del nostre planeta és la litosfera. Aquesta constitueix una unitat rígida que es troba dividida en trossos anomenats plaques litosfèriques, que suren i es mouen al damunt de la unitat immediatament inferior, l'astenosfera. Les plaques litosfèriques es desplacen a una velocitat d'uns pocs centímetres anuals, com a conseqüència dels corrents de convecció que afecten els materials de l'astenosfera. Els materials de la part més profunda de l'astenosfera pugen, ja que el material de la part inferior és més calent i, per tant, menys dens que el de la part superior. En topar amb la litosfera, els materials flueixen horitzontalment, van perdent calor i augmenten la densitat. Quan ja són prou freds i densos, baixen i a la part inferior de l'astenosfera tornen a desplaçar-se horitzontalment. El contacte amb les zones més profundes fa que els material s'escalfin novament i tornin a pujar, tancant així el que s'anomena cel·la de convecció. Així doncs, l'astenosfera és en continu moviment seguint cel·les de convecció de mides diverses, que són el motor de moviment de les plaques litosfèriques.
Les zones de separació Als indrets on les cel·les de convecció es mouen en sentit divergent, les plaques se separen i es forma contínuament una nova litosfera oceànica. Aquest fenomen de separació s'anomena expansió. En aquests llocs es formen unes estructures anomenades dorsals o crestes oceàniques. La separació fa que la pressió baixi i això permet que les roques subjacents de l'astenosfera CFA MESTRE ESTEVE
6
CURS 2018-2019
fonguin i originin magmes que pujen cap a l'exterior i, en refredar-se, formen les roques que constitueixen la nova litosfera oceànica.
Una part dels magmes formats es refreda en profunditat i lentament originant les roques de la part més baixa de la litosfera oceànica. La resta ascendeix per esquerdes fins a la superfície on origina constants erupcions volcàniques submarines. Aquestes emissions comporten la formació de les roques que caracteritzen la part superior de la litosfera oceànica. Les zones de separació es troben situades als fons oceànics, de manera que una bona part dels grans oceans presenta un relleu o serralada allargada que marca la zona de separació de dues plaques. Les zones de col·lisió Als indrets on les cel·les de convecció es mouen en sentit convergent les plaques xoquen. En aquests llocs, per compensar la formació contínua de litosfera oceànica a les zones de separació, una de les plaques, anomenada activa o subduent, s'enfonsa per sota de l'altra, anomenada passiva. Aquest fenomen s'anomena subducció. D'aquesta manera el material de la placa activa és arrossegat cap a zones més profundes i passa a formar part de l'astenosfera.
La placa subduent a mesura que descendeix es va escalfant i es comença a fondre parcialment. El fregament entre les dues plaques impedeix que el desplaçament sigui suau. Abans de cada moviment s'acumula molta energia que s'allibera de cop produint terratrèmols al llarg de tot el recorregut de la placa subduent; finalment és assimilada por l'astenosfera. Aquestes zones es troben sempre situades als fons oceànics on produeixen unes estructures estretes, allargades i de gran profunditat que s'anomenen fosses oceàniques. El fregament entre les dues plaques és molt intens i, per tant, a sota de la placa passiva es produeixen grans increments de temperatura que fonen les roques CFA MESTRE ESTEVE
7
CURS 2018-2019
generant magmes. Quan la placa passiva està formada per litosfera oceànica, aquests magmes provoquen erupcions volcàniques que formen conjunts d'illes que s'anomenen arcs insulars. Aquest tipus de contacte és freqüent a la zona oest del Pacífic on arxipèlags com el Japó i les Filipines s'han format així.
Col·lisió entre dues litosferes oceàniques
Quan la placa passiva està formada per litosfera continental, molt més gruixuda que la oceànica, es forma a la seva vora una gran serralada anomenada orogen, que es disposa a sobre del continent, paral·lelament a la zona de col·lisió. Com abans, hi haurà activitat volcànica i sísmica. Un bon exemple d'aquest contacte, el trobem a la costa pacífica de Sudamèrica, on els Andes representen l'orogen format per la col·lisió.
orogènia dels Andes
CFA MESTRE ESTEVE
8
CURS 2018-2019
Col·lisió entre litosfera continental i oceànica
En alguns casos, es produeix la col·lisió de dos sectors formats per litosfera continental. El gruix d'aquests impedeix que es doni la subducció, però en el lloc de contacte es forma un orogen de grans dimensions que queda situat a sobre del continent. Aquesta situació és la que ha originat serralades com els Alps o l'Himàlaia. Aquesta darrera, per exemple, s'ha format en xocar el continent asiàtic i l'Índia.
Col·lisió entre dues litosferes continentals
A més de les zones de separació i col·lisió entre plaques, hi ha alguns sectors on les plaques llisquen lateralment, sense que hi hagi ni creació ni destrucció de litosfera. En aquests llocs el fregament entre les plaques provoca nombrosos terratrèmols. La falla de Sant Andreu, als Estats Units, és un exemple d'aquest tipus de contacte.
CFA MESTRE ESTEVE
9
CURS 2018-2019
b. LES DEFORMACIONS DE LES ROQUES Els moviments de les plaques litosfèriques afecten les roques que les componen, sobretot les que es troben a les seves vores. Aquestes roques es veuen sotmeses a forces que en funció de la seva intensitat els produiran deformacions. Bàsicament hi ha tres tipus de forces: forces de compressió, forces de tensió o distensió i forces de cisalla.
Les forces de compressió són perpendiculars a la superfície de les roques que afecten i actuen empenyent la superfície sobre la qual s'apliquen.
Les forces de tensió o distensió són perpendiculars a la superfície de les roques que afecten, però actuen tibant la superfície sobre la qual s'apliquen.
Les forces de cisalla es produeixen quan la direcció de la força es pral·lela a la superfície on actuen.
Variacions de la forma d'un cub quan s'hi apliquen diferents tipus de forces.
TIPUS DE DEFORMACIÓ DE LES ROQUES Les roques i en general tots els materials responen a les forces que actuen sobre elles deformant-se. Deformació elàstica Davant l'actuació d'una força, les roques pateixen en primer lloc una deformació elàstica, que es caracteritza perquè, en desaparèixer la força, la roca afectada recupera la seva forma original. Quan la roca es deforma així es diu que té un comportament elàstic. Això només passa quan les forces que les afecten són petites. Comportament fràgil Algunes roques responen elàsticament a les forces fins a arribar a un punt en què la deformació es fa discontínua i permanent, i es trenquen. Es diu que tenen un comportament fràgil. Les roques que es troben a la superfície tendeixen a presentar un comportament fràgil.
CFA MESTRE ESTEVE
10
CURS 2018-2019
Comportament plàstic o dúctil Altres roques, després de deformar-se elàsticament, pateixen un segon tipus de deformació, en aquest cas contínua, en què, en cessar l'esforç, la roca només recupera parcialment la seva forma original. La deformació que es produeix és permanent i s'anomena deformació plàstica, i es diu que presenta comportament plàstic o dúctil. En qualsevol cas, la ductilitat té un límit i quan la força arriba a una magnitud determinada la roca es trenca. Cal destacar que amb l'augment de la profunditat les roques tenen un comportament més plàstic. De totes maneres, el comportament de les roques no és sempre el mateix. Hi ha un seguit de factors que influeixen en el seu comportament, com la temperatura, la pressió de confinament, la presència de fluids i la durada de l'esforç. Com més elevats són aquests factors, més dúctil és el comportament de la roca. D'una manera general, les deformacions que pateixen les roques s'anomenen estructures tectòniques. ACTIVITAT 2 http://www.edu365.cat/eso/muds/ciencies/ud/planeta/activitats/exercici2.htm
c. ELS PLECS Les estructures tectòniques més freqüents que es donen com a conseqüència d'una deformació contínua plàstica són els plecs. Els plecs suposen una disposició ondulada dels materials rocosos i apareixen com a resposta a la seva deformació plàstica. Aquestes estructures són el resultat de l'acció de les forces de compressió horitzontals. Els elements comuns a tots els plecs i que serveixen per descriure'ls i classificar-los són: la xarnera, els flancs, la superfície o pla axial i el nucli.
La xarnera es la línia que uneix els punts de màxima curvatura d'una capa del plec. A cada capa se'n pot definir una de diferent. La superfície axial és aquella que uneix les xarneres de les diferents capes del plec. Quan és plana rep el nom de pla axial. Els flancs són les dues parts laterals del plec, situades a banda i banda de la superfície axial. El nucli és la zona més interna del plec.
CFA MESTRE ESTEVE
11
CURS 2018-2019
Classificació dels plecs Els plecs es poden classificar seguint diversos criteris que no sempre són excloents. Tot seguit presentem la classificació que es pot fer atenent tres criteris diferents: la forma general del plec, l'antiguitat dels materials del nucli i la inclinació de la superfície axial. • Segons la seva forma general, els plecs poden ser antiformes, quan tenen forma de cúpula, i sinformes, quan tenen forma de "V". • Segons l'antiguitat dels materials que ocupen el nucli, poden ser anticlinals, quan al nucli hi ha els materials més antics, i sinclinals, quan al nucli hi ha els materials més moderns. Generalment, els anticlinals són alhora antiformes i els sinclinals sinformes. • Segons la inclinació de la superfície axial, poden ser rectes, quan la superfície axial és vertical o quasi, inclinats, quan la superfície axial és inclinada, i ajaguts quan la superfície axial es horitzontal o quasi.
d. LES FRACTURES Les fractures són els trencaments que presenten les roques, n'hi ha de dos tipus: diàclasis i falles. • Les diàclasis són estructures tectòniques que es produeixen com a conseqüència d'una deformació discontínua fràgil. Són trencaments sense desplaçament dels blocs resultants de la fractura.
Diversos tipus de diàclasis
CFA MESTRE ESTEVE
12
CURS 2018-2019
• Les falles són estructures tectòniques que es produeixen com a conseqüència de deformacions discontínues fràgils. A diferència del cas anterior, a les falles els blocs resultants de la fractura es desplacen l'un respecte de l'altre. El valor del desplaçament s'anomena salt de falla. Aquestes estructures poden ser produïdes per forces de tensió o de compressió. Parts de les falles
La superfície de la falla és la superfícies a partir de la qual es produeix el desplaçament relatiu dels blocs. Els blocs o llavis de falla són els dos blocs resultants del trencament. Quan els blocs queden a diferents nivells d'alçada se'ls anomena enlairat, al més elevat, i enfonsat, al que queda més baix.
Tipus de falles El criteri més estès per classificar les falles es basa en els moviments relatius produïts entre els blocs de la falla. Segons aquest criteri es distingeixen: les falles directes o normals, les falles inverses i les falles de direcció.
Les falles directes o normals es produeixen per l'acció d'esforços tensionals que provoquen un moviment de separació. El seu desplaçament presenta una component vertical que fa que un dels blocs s'enfonsi respecte de l'altre.
falla directa.
CFA MESTRE ESTEVE
13
CURS 2018-2019
Les falles inverses es produeixen per l'acció d'esforços compressius que provoquen un moviment d'apropament. El seu desplaçament presenta una component vertical que fa que un dels blocs s'enlairi respecte de l'altre. falla inversa
Les falles de direcció només presenten desplaçament horitzontal, per tant, no hi ha bloc enlairat ni enfonsat. En aquest cas, els blocs pateixen un desplaçament lateral oposat. No hi ha, doncs ni separació ni apropament.
falla de direcció
Sistemes de falles Les falles poden aparèixer soles o associades formant un sistema de falles. Certs sistemes de falles formen unes estructures tectòniques anomenades horsts i grabens. El horst és un sistema de falles en què els blocs queden esglaonats deixant la part central enlairada. Aquesta estructura també rep el nom de pilar tectònic. El graben és també un sistema esglaonat de falles en què, al contrari de l'anterior, la zona central queda enfonsada. Aquesta estructura també s'anomena fossa o depressió tectònica.
CFA MESTRE ESTEVE
14
CURS 2018-2019
ACTIVITAT 3 http://www.edu365.cat/eso/muds/ciencies/ud/planeta/activitats/exercicis3.htm
4. CONSEQÜÈNCIES DE LA TECTÒNICA DE PLAQUES: VOLCANS, SISMES I OROGÈNIA a) Els volcans Quan el magma calent i en estat fluid troba alguna esquerda a la litosfera, puja cap a la superfície i arrossega tots els materials que troba al seu pas. L'esquerda per on puja el magma és un volcà i la sortida de materials a l'exterior rep el nom de erupció. Hi ha moltes menes de volcans i es classifiquen segons les seves erupcions.
ACTIVITAT 4 En grups, feu un web amb imatges de volcans; procureu que siguin diferents i poseu-hi un petit comentari: nom, on es troba, activitat... Penseu que hi ha volcans actius a la Mediterrània i que les illes Canàries són d'origen volcànic. Podeu consultar l'adreça següent: http://volcano.oregonstate.edu/_images/sorted_by_volcano.html
b) Els sismes Les tensions que creen els corrents de convecció sobre les roques de la litosfera poden arribar a trencar-les. La fractura produeix una vibració del terreny, o sigui un terratrèmol o sisme. Es produeixen contínuament, tot i que la majoria amb prou feines es noten. Però a vegades el moviment és tan violent que fa malbé edificis, ponts..., i s'obren grans esquerdes en el terreny. Els terratrèmols es classifiquen segons l'energia que alliberen o segons les destrosses que causen. ACTIVITAT 5 Busqueu informació sobre les escales que es fan servir per classificar sismes i sobre els últims terratrèmols a la península Ibèrica i al món. Podeu utilitzar l'adreça següent: http://www.ign.es/web/ign/portal/sis-area-sismicidad
CFA MESTRE ESTEVE
15
CURS 2018-2019
El punt de l'interior de la Terra on s'origina el terratrèmol s'anomena focus o hipocentre. El punt de la superfície terrestre situat directament al damunt s'anomena epicentre. ACTIVITAT 6 Si us heu preguntat alguna vegada com es poden localitzar aquests punts, podeu provar de trobar la resposta a: http://www.sciencecourseware.com/VirtualEarthquake/VQuakeExecute.html ACTIVITAT 7 - Com es distribueixen els sismes? -Segueixen alguna regularitat? En l'adreça següent hi ha un mapa amb els epicentres dels últims terratrèmols que us ajudarà a contestar aquestes qüestions. http://ds.iris.edu/seismon/ C. La orogènia:la formació de muntanyes Les serralades amb muntanyes més altes són els Andes i l'Himàlaia.
ACTIVITAT 8 Amb l'ajuda d'un atles mireu de localitzar-les. Quins són els pics més alts? Quin nom tenen i quina altura? - Quina explicació donaríeu al fet que dalt d'aquestes muntanyes es trobin sediments marins que contenen closques de mol·luscs? ACTIVITAT 9: JOCS http://www.edu365.cat/eso/muds/ciencies/ud/planeta/activitats/juga.htm
CFA MESTRE ESTEVE
16
CURS 2018-2019
ACTIVITATS ACTIVITAT 1 1- Els processos geològics externs... construeixen el relleu formen roques magmàtiques destrueixen el relleu 2- Els processos geològics interns es produeixen per... l'energia del sol la calor interna del planeta la força de l'aigua 3- Les roques sedimentàries es formen... pels processos geològics interns pel clicle geodinàmic intern pels processos geològics externs
4- Quin nom reben les capes que formen les roques sedimentàries com les de la fotografia? Freàtiques Estrats Laminacions
Imatge de roques sedimentàries que vorejen el Pantà de Sau
5- Indica quin és l'ordre correcte dels processos geològics externs. Erosió, diagènesi, transport, meteorització i sedimentació. Meteorització, erosió, transport, sedimentació i diagènesi. Sedimentació, transport, diagènesi, meteorització i erosió.
CFA MESTRE ESTEVE
17
CURS 2018-2019
6- El procés que transforma els sediments en roques sedimentàries dures i coherents s'anomena: Diagènesi Sedimentació Meteorització 7- Indica el nom del transport que correspon a cada número del dibuix.
1
2
3
4
5
Saltació
Suspensió
Flotació
Rodolament
Reptació
Flotació
Reptació
Saltació
Suspensió
Saltació
Suspensió
Flotació
Rodolament
Reptació
Rodolament
ACTIVITAT 2
1- El científic que va postular la teoria de la deriva continental, precursora de la teoria de la tectònica de plaques, s'anomena: Alfred L. Wegener Charles Darwin James Wiechert Plaques litosfèriques actuals. En vermell les zones de separació. En negre les zones de col·lisió.
CFA MESTRE ESTEVE
18
CURS 2018-2019
2- Els materials de la superfície del planeta formen una unitat rígida fragmentada en elements mòbils anomenats: Plafons astenosfèrics Plaques litosfèriques Sectors litosfèrics 3 - Els materials de l'astenosfera es mouen formant: Cél·lules d'inducció Cel·les de convecció Cel·les de translació 4 - Quan dues plaques litosfèriques se separen s'origina un relleu anomenat: Muntanya submarina Serralada oceànica Dorsal oceànica
5 - A la vora dels arcs insulars es presenten, al fons oceànic, uns solcs allargats i molt profunds que s'anomenen: Dorsals oceàniques Fosses oceàniques Planes abissals 6 - Quan dues plaques xoquen, el fenomen d'enfonsament d'una placa per sota de l'altra s'anomena: Subducció Obducció Abducció 7 - Quan una roca en sofrir l'efecte d'unes forces es deforma de manera permanent sense trencar-se, es diu que té: Comportament elàstic Comportament fràgil Comportament plàstic
CFA MESTRE ESTEVE
19
CURS 2018-2019
ACTIVITAT 3 1 - Els plecs es produeixen com a coseqüència de l'actuació de forces de: Distensió Tensió Compressió 2 - La part més interna d'un plec s'anomena: Centre Nucli Estructura axial 3 - El plec del costat és: Antiforme, sinclinal, ajagut Antiforme, anticlinal, recte Sinforme, anticlinal, inclinat
4 - El plec del costat és: Antiforme, sinclinal, inclinat Antiforme, sinclinal, recte Sinforme, sinclinal, recte
5 - El plec del costat és: Sinforme, sinclinal, inclinat Antiforme, anticlinal, inclinat Sinforme, anticlinal, recte 6 - El plec del costat és: Antiforme, anticlinal, ajagut Sinforme, anticlinal, inclinat Sinforme, anticlinal, ajagut
7 - Les falles directes es produeixen com a conseqüència de forces de: CFA MESTRE ESTEVE
20
CURS 2018-2019
Compressió Tensió Rotació 8 - Les fractures en què les roques no sofreixen desplaçament es diuen: Dialisis Falles Diàclasis 9 - Classifica les següents estructures tectòniques:
Falla inversa
Falla indirecta
Falla directa
Falla indirecta
Falla de direcció
CFA MESTRE ESTEVE
Falla inversa
Falla inversa
21
Horst
Falla directa
Congost
Falla indirecta
Graben
CURS 2018-2019