EL TIEMPO EN GEOLOGÍA La geología necesita averiguar la edad de las rocas para poder explicar su historia, describir los acontecimientos geológicos que llevaron a su formación y predecir lo que pueda ocurrir en el futuro En el siglo XVIII aún era generalizada la creencia de que la Tierra tenía una edad de unos nueve mil años, y de que había sido creada con el mismo aspecto que tiene en la actualidad; pero a lo largo del siglo XIX las observaciones del geólogo James Hutton sobre la formación de las cordilleras y las del biólogo Charles Darwin sobre la evolución de los seres vivos fueron introduciendo la idea de que la edad de la Tierra debía medirse en millones de años. ¿Pero cuántos millones de años? ¿Y cómo medirlos?. El descubrimiento de la radiactividad a principios del siglo XX por los físicos Marie y Pierre Curie y Henry Becquerel, permitió medir la edad de las rocas y comprobar que la edad de la Tierra era de miles de millones de años. El tiempo geológico parecía un abismo insondable. Resulta difícil hacerse una idea de la inmensidad del tiempo geológico, debido a lo breve que es el periodo que el ser humano lleva existiendo como especie. Si comprobamos los 4500 millones de años de la edad de la Tierra con un periodo de un año, algunos de los acontecimientos más significativos La tierra como planeta, se formó hace 4500 millones de años. Las primeras formas de vida aparecieron hace 3800 millones de años y se han encontrado fósiles parecidos a los actuales, de los últimos 550 millones de años. Este intervalo de tiempo, desde hace 550 millones de años hasta nuestra era, recibe el nombre de Fanerozoico (eón), que significa “fauna visible”, mientras que los 3950 millones de años anteriores se engloban dentro del nombre genérico de Precámbrico. En el precámbrico nos encontramos con tres eones. Hádico, Arqueozoico y Proterozoico ACONTECIMIENTOS DEL PRECÁMBRICO Hace 4500 M. a Formación del planeta por acreción, pérdida de atmósfera de H y He, diferenciación en capas y origen del campo magnético. Hace 4400 M. a Se enfría la superficie y aparece la corteza, la hidrosfera y atmósfera de CO2 y vapor de agua. Hace 3800 M. a Aparece la vida como bacterias quimiosintéticas en afloramientos hidrotermales en dorsales oceánicas. Hace 2500 M. a La actividad fotosintética de las cianobacterias volvió oxidantes los océanos u aparecieron grandes depósitos de óxidos de hierro. Finalmente la atmósfera se volvió oxidante. Hace 1000 M. a Aparecen evidencias de seres vivos pluricelulares. Las placas litosféricas quedan unidas en un supercontinente llamado Rodinia. Hace 800 M. a Rodinia se fragmentó. Se produce una glaciación generalizada durante los últimos 60 millones de años del Precámbrico. Dentro del Fanerozoico dividimos el tiempo en eras: Paleozoico, mesozoico y Cenozoico. El paleozoico se divide en seis periodos: Cámbrico, Ordovícico, Silúrico, Devónico, Carbonífero y Pérmico. El paleozoico comienza hace 550 millones de años cuando la glaciación generalizada retrocede, los océanos alcanzan de nuevo una temperatura cálida y tienen oxígeno disuelto. Estos cambios produjeron consecuencias espectaculares en la biosfera como: a) Explosión biológica del cámbrico y biodiversidad del Ordovícico. Primeros invertebrados en los mares, muchos con exoesqueleto mineralizado, artrópodos como los trilobites, moluscos (ortocerátidos), cordados y también organismos sin representación actual como los graptolitos. En el ordovícico todos estos grupos se diversifican enormemente. Los cordados dieron lugar a los agnatos y estos a los peces, con esqueleto interno y con dientes. Biosfera con aspecto comparable al actual. agnatos Ortoceratidos ortoceratidos trilobites b) Conquista de la Tierra firme en el Silúrico y Devónico En el Silúrico colonizan el ambiente terrestre muchos invertebrados, artrópodos. Los primeros vegetales con tejidos conductores colonizan la tierra firme (pteridofitas) muy semejantes a los helechos actuales y forman grandes bosques en el Devónico y aparecen las primeras plantas con semillas desnudas (Coníferas). Los vertebrados colonizan el medio terrestre y surgen los anfibios a partir de un grupo de peces de agua dulce. c) Carbón y orogenia Hercínica en el Carbonífero Los continentes que se habían excindido de Rodinia colisionan entre si produciendo levantamientos de montañas que reciben el nombre de Orogenia Hercínica en el Carbonífero. Esta orogenia en la Península Ibérica produjo el metamorfismo de los materiales del paleozoico inicial y formación de grandes volúmenes de granito (Sistema Central y Galicia). En esta época este territorio estaba cerca del Ecuador y tenía clima tropical con grandes helechos que después produjeron restos vegetales y depósitos de carbón (Cuenca minera de Asturias, León y Ciudad Real) d) Reptiles, Pangea y Desertización en el Pérmico. Aparecen los reptiles descendientes de anfibios independientes del medio acuático en la reproducción. Los continentes continúan colisionando juntándose nuevamente todos formando la masa continental Pangea. El clima es cálido y hay grandes extensiones de bosques tropicales en zonas costeras y zonas áridas en el interior y grandes zonas desérticas con erosión intensa. e) Gran extinción biológica en el final del Pérmico Desaparecen más del 95% de las especies, sobre todo las marinas. Las gimnospermas no se ven tan afectadas. Probablemente debido al impacto de un cometa. ACONTECIMIENTOS DEL MESOZOICO El mesozoico comenzó hace 245 millones de años. Pangea se estaba fragmentando con rapidez. El clima cada vez era más cálido y húmedo y permitió a los ecosistemas recuperar su diversidad después del desastre del Pérmico. a) Rotura de Pangea y vulcanismo del Triásico. Pangea se separa inicialmente en Laurasia al norte y Gondwana al sur. Esta tectónica distensiva se mantuvo durante todo el mesozoico y fue acompañada de vulcanismo. La ruptura en muchas placas permitió que se formasen corrientes oceánicas que repartieron el calor del planeta e hicieron desaparecer los casquetes polares, estableciendo un clima cálido en todo el planeta. Los relieves de la orogenia Hercínica se ven sometidos a gran erosión hasta llegar a ser al final del triásico extensas penillanuras en todo del planeta. b) Diversificación y evolución de los reptiles en el Jurásico. Continua la tectónica y al separarse Gondwana se completa durante el cretácico la formación de Sudamérica, África, la India, Australia y la Antártida. Se acelera el funcionamiento de los ecosistemas y se produce una gran biodiversidad. En mares se acumula materia orgánica en sedimentos arcillosos que posteriormente dará petróleo. Los bosques del paleozoico han sido sustituidos por gimnospermas y la acumulación de estas dará nuevos yacimientos de carbón. Los reptiles se diversifican y aparecen las tortugas, lagartos, serpientes, cocodrilos, dinosaurios, reptiles marinos y voladores. Aparecen las aves a partir de un grupo de dinosaurios carnívoros con plumas y voladores. Los mamíferos aparecen a partir de los terápsidos (reptiles del final del Paleozoico). c) Nuevos invertebrados y plantas en el Cretácico como insectos sociales y angiospermas. En las calizas de esa época se depositan muchos fósiles de la época. d) Subidas del nivel del mar y vulcanismo del Cretácico. Se dan repetidas entradas del mar a los continentes (transgresiones), seguidas de la retirada de las aguas (regresiones). En estos mares abundan los ammonites (moluscos cefalópodos con concha enrollada en espiral). En esta época la Península Ibérica se convirtió en un archipiélago de islas. Se producen grandes erupciones que vertieron lava basáltica. Este aporte de cenizas y sustancias tóxicas llevó a un descenso de la biodiversidad. e) Extinción en masa al final de Mesozoico. Al final de Cretácico se extinguen casi el 70% de las especies. De los reptiles se extinguen los pterosaurios, los reptiles marinos y los dinosaurios. De los invertebrados desaparecen los ammonites, muchos gasterópodos y bivalvos. Se cree que la desaparición en masa fue debida a un asteroide de unos 10 km de diámetro en la actual Península de Yucatán (México). El impacto causó incendios y vertido de cenizas a la atmósfera, lo que produjo la oscuridad total durante meses o años. Se dio por tanto un larguísimo invierno con temperaturas muy bajas, seguido de un calor sofocante por el efecto invernadero causado por el vertido de dióxido de carbono en la atmósfera. También se da una contaminación de mares y océanos debido a la lluvia ácida y a las sustancias tóxicas producidas por el impacto. ACONTECIMIENTOS PRODUCIDOS EN EL CENOZOICO En él nos aparecen los periodos Terciario y Cuaternario. En esta Era, se atenuó la actividad volcánica; la colisión de varias placas, en la zona del mar de Thetis, dio lugar a la orogenia Alpina; Comenzó una glaciación que llega hasta nuestros días y , en la biosfera, se produjo la diversificación de las aves y los mamíferos, entre los que aparece el ser humano. a) Orogenia Alpina En el terciario colisión África y Eurasia. La India que se había separado de África en el Cretácico, derivó en dirección norte y colisionó contra el sur de Asia, levantando el relieve del Himalaya; La placa Ibérica realizó un giro abriendo el mar Cantábrico y se incrustó contra el sur de Europa, levantando los Pirineos y la Cordillera Cantábrica. La pequeña placa de Alborán colisionó contra el sureste de la península Ibérica y levató las Cordilleras Béticas, produciendo también el levantamiento del Sistema Central y la Cordillera Ibérica. La península de Arabia se separó también de África abriendo el Mar Rojo y se desplazó hacia el norte, colisionando contra Asia y levantando los montes Zagros y el Cáucaso. Como resultado de todas estas colisiones el mar de Thetis se cerró por el este y quedó convertido en el actual Mediterráneo. b) Glaciación cenozoica. Hace unos 35 millones de años la Antártida se separó de Australia y derivó hasta ocupar el Polo Sur. Comenzó entonces una glaciación en el hemisferio Sur. En el Norte, el clima continuó siendo cálido hasta hace unos tres millones de años, en que también se formó un casquete de hielo en el Polo Norte. Hace unos dos millones de años, el hielo había recubierto gran parte de Europa, Asia y Norteamérica. El comienzo del periodo Cuaternario, hace 1,6 millones de años, coincidió con la llegada de la glaciación a las latitudes templadas de Europa y Norteamérica. La glaciación ha tenido muchos máximos glaciares, en los que los hielos han avanzado, intercalados con periodos interglaciares, en los que las temperaturas han sido más suaves y los glaciares han retrocedido. Actualmente estamos en un periodo interglaciar, que comenzó hace unos 8000 años. Sin embargo, la glaciación continúa, y los geólogos que estudian el registro paleoclimático coinciden en que dentro de unos 60.000 años habrá otro máximo glaciar, y el hielo volverá a extenderse sobre gran parte del hemisferio norte. c) Biosfera cenozoica: aves y mamíferos Durante el Cenozoico los mamíferos y las aves se han diversificado mucho ocupando todos los nichos ecológicos marinos y terrestres. También se han expandido los árboles de hoja caduca y las gramíneas. Estas últimas son la base de la alimentación humana. Desde la revolución agrícola del Paleolítico: arroz, trigo, avena, maíz, etc. LA EVOLUCIÓN DE NUESTRA ESPECIE Los primates, el grupo de mamíferos al que pertenece el género humano, se originó en el Cretácico y sobrevivió al violento final del Mesozoico. Durante el Cenozoico, el grupo originó diferentes especies que ocuparon las extensas selvas que cubrían el continente africano, especializándose en el modo de vida arborícola. Hace tres millones de años, el clima en el norte de África se hizo más seco y las selvas empezaron a retroceder, dando paso a la Sabana. Ahí vivía el Australopithecus, un género de primates que caminaban erguidos, aunque probablemente trepaban a los árboles con facilidad. Este género es el que dio lugar al género Homo. El homínido Homo hábilis era capaz de fabricar herramientas. Su descendiente Homo ergaster, perfeccionó la fabricación de utensilios y probablemente fue el primero en aprovechar el fuego natural, aunque no era capaz de controlarlo. Hay dos especies descendientes del Homo ergaster, Homo erectus, que salió de África y colonizó Asia, donde se extinguió hace apenas 200.000 años, y Homo antecesor, que colonizó Europa. Este último dio lugar a dos nuevas especies: Homo heidelbergensis y Homo Neanderthalensis, el llamado “Hombre de Neandertal”. Tanto H. antecesor como y H. neanderthalensis dejaron huellas de su actividad en Europa, y en la Península Ibérica en concreto. Pero aquellos primeros europeos no son nuestros antepasados. En África habían quedado poblaciones de H. antecesor y de ellas surgió Homo rodhesiensis, quien, a su vez dio lugar en el mismo continente africano a la especie Homo sapiens, el ser humano. H. sapiens abandonó África hace menos de 200.000 años y colonizó Asia y Europa, conviviendo con los neandertales, quienes se extinguieron hace apenas 25.000 años, quedando únicamente nuestra especie. H. Australopithecus incorpora el bipedismo H. hábilis las herramientas H. erectus el fuego H. heidelbergensis y neanderthalensis las prácticas funerarias H. sapiens la tecnología hace 100.000 años extendiendo herramientas y técnicas de caza y recolección. DATACIONES ABSOLUTAS Consiste en averiguar la edad concreta de un resto o de una roca, que normalmente se mide en millones de años. Principalmente las dataciones radiométricas aunque también existen otros métodos. Datación por carbono 14 Aproximadamente uno de cada billón de átomos de carbono que un animal ingiere con los alimentos, y que pasan a formar parte de sus tejidos, es un isótopo pesado denominado carbono 14. El carbono 12 tiene 6 protones y 6 neutrones en su núcleo, mientras el isótopo pesado 14C tienen 6 protones y 8 neutrones. Los átomos de carbono 14 son inestables y se desintegran radiactivamente. Uno de los neutrones de su núcleo emite un electrón y se transforma en un protón proceso que recibe el nombre de desintegración beta. El átomo de carbono 14 se transforma entonces en un átomo estable de nitrógeno 14 que tiene 7 protones y 7 neutrones en su núcleo. En los tejidos, los átomos de carbono 14 se van desintegrando, pero otros nuevos van siendo incorporados, por lo que la proporción carbono14/carbono 12 permanece constante en los tejidos vivos. Sin embargo, cuando el tejido muere y deja de incorporar nuevos átomos de carbono 14, su cantidad disminuye a medida que se va desintegrando y convirtiendo en nitrógeno. Las desintegraciones radiactivas se producen a un ritmo constante. Se llama vida media del elemento o periodo de semidesintegración, al tiempo que tarda en reducirse a la mitad el número de átomos radiactivos que hay en la muestra. Para el carbono 14 este tiempo es de 5570 años. Es decir, transcurridos 5570 años desde la muerte de un ser vivo, el número de átomos de carbono 14 se habrá reducido a la mitad, y pasados otros 5570 la cantidad será de una cuarta parte. Cuando han transcurrido diez veces o más el periodo de semidesintegración de un elemento resulta muy difícil apreciar la diferencia entre la proporción inicial y la que queda por lo que, cuando la muestra tiene más de 60.000 años, el método del carbono 14 pierde eficacia. Este método del carbono 14 es similar al usado con otros isótopos para averiguar la edad de formación de minerales y rocas. Estos últimos son los más usados en geología. En las rocas volcánicas, como el basalto, suelen aparecer cristales del mineral biotita, que a su vez contiene átomos de potasio 40 (40K), con los que es posible realizar una datación absoluta de la formación de ese cristal y, por tanto, del basalto. Lo mismo puede hacerse con rocas graníticas que suelen contener cristales de Circon. Sin embargo si un granito es meteorizado y el circón pasa a formar parte de un sedimento arenoso que finalmente se transforma en roca arenisca, cuando apliquemos la técnica de datación radiométrica al circón contenido en ella, estaremos averiguando la edad del granito del que procede realmente el circón y no la edad de la arenisca. Por ello los métodos de datación radiométrica no pueden aplicarse en rocas sedimentarias. Otros métodos de datación absoluta además de las dataciones radiométricas son las Varvas glaciares. Se forman en lagos cubiertos por una capa de hielo en invierno que en verano se funde. Cada año se depositan dos capas de sedimentos, una clara y una oscura. La clara son los sedimentos de verano más gruesos (primeros en depositarse). Los finos aparecen en suspensión y se depositan en invierno cuando el hielo superficial deja las aguas en calma. Su color oscuro es debido a la materia orgánica no oxidada. Anillos de crecimiento de los corales. Algunos corales crean una capa de carbonato cálcico que presenta una pequeña estrangulación para separa el crecimiento de un año y el siguiente. Dendrocronología Basada en los anillos de crecimiento de los árboles. DATACIONES RELATIVAS Las dataciones relativas nos proporcionan el orden de antigüedad de los materiales o de los procesos geológicos que han actuado sobre ellos. Es decir, ordena cronológicamente dos o más materiales o sucesos geológicos, averiguando cuál es más antiguo y cuál es más moderno. Para realizar esta ordenación cronológica los geólogos se basan en varios principios metodológicos esenciales en la estratigrafía, como por ejemplo: El principio del uniformismo (James Hutton 1795) Las leyes físicas, químicas y biológicas que rigen los procesos geológicos han permanecido constantes a lo largo de la historia, actúan en cada momento como lo han hecho en el pasado. (Lyell en 1830) Se le da gran divulgación a esta idea tras la edición del los principios de Geología. En la actualidad hay pruebas suficientes para demostrar que la uniformidad de ritmo y condiciones no se ha dado siempre, pero la esencia del uniformismo no se discute. Muy unido a este se encuentra el siguiente principio. Principio del actualismo Afirma que los procesos geológicos siempre han sido los mismos y siempre han actuado de la misma manera, por lo que los procesos que podemos estudiar hoy en día han sucedido igual en el pasado. La superposición normal de los estratos. (Nicolás Steno 1669) Las rocas sedimentarias se disponen en capas o estratos, que se superponen unos sobre otros de forma que los que están encima son más modernos que los que quedan debajo. La disposición es horizontal. Si no es así, concluiremos que después de su formación han sido sometidos a algún tipo de esfuerzo. Principio de continuidad lateral de los estratos Originalmente los estratos se extienden lateralmente y terminan adelgazándose en sus bordes. La edad es la misma en toda la superficie del estrato. La superposición de procesos geológicos Cada proceso geológico, como un plegamiento o una fractura de las rocas, la intrusión de una masa de roca fundida o la erosión de rocas superficiales, es más moderno que los materiales a los que afecta, y es anterior a los materiales que lo recubren o que les afectan. La correlación entre materiales con el mismo contenido fósil. Cuando dos rocas sedimentarias presentan el mismo contenido fósil, y este es característico de un determinado periodo geológico, ambas rocas tienen la misma edad. Para representar por orden cronológico los materiales se utiliza la columna estratigráfica. En ella se representan horizontalmente los materiales, abajo los más antiguos, arriba los más modernos y, además de los tipos de rocas, se indica la presencia de fósiles y otras características. Se denomina ESTRATO a cada una de las capas en las que aparecen dispuestas las rocas sedimentarias. Cada estrato está limitado y separado de los estratos contiguos por dos superficies. Las superficies que limitan un estrato reciben nombre. Llamamos techo a la parte más alta y más moderna de un estrato. La base de un estrato será el muro o base. El grosor que presenta un estrato es su potencia. Se dice que dos materiales son CONCORDANTES si la superficie que los separa es paralela a los planos de estratificación de ambos y se depositaron sin interrupción en la sedimentación, en caso contrario serán DISCORDANTES. La discordancia implica que entre el depósito de un material y el siguiente ha ocurrido algún proceso. Si lo que ha sucedido es una erosión se habla de discordancia erosiva. Si ha habido plegamiento, será una discordancia angular, y si se han producido un plegamiento y una erosión la discordancia angular y erosiva. Disconformidad. En ella los estratos antiguos y nuevos mantienen un paralelismo, y la superficie de separación es una superficie de erosión. La disconformidad lleva consigo una interrupción de la sedimentación y un proceso erosivo, sin que por ello la zona haya sufrido ningún movimiento que altere la inclinación original de los estratos anteriores a la disconformidad. Paraconformidad En ella se mantiene el paralelismo entre los estratos inferiores y superiores, y la superficie de separación no presenta señales de erosión, sino que es como un plano de estratificación. Se interpreta como una interrupción de la sedimentación durante un tiempo más o menos largo. Inconformidad los estratos se disponen sobre una base ígnea erosionada. Para ordenar cronológicamente los sucesos geológicos se utiliza también el principio de relaciones cruzadas. Todo proceso geológico es posterior a los materiales y las estructuras a las que afecta. También se conoce como principio de sucesión de acontecimientos. Es importante conocer también algunas de las deformaciones que se pueden dar en el terreno como fallas o pliegues para una buena interpretación de los sucesos que se producen. Añadir fotocopias de tipos de falla y pliegues proporcionados por la profesora en fotocopias FOSILIZACIÓN Un fósil es el resto de un organismo del pasado o de su actividad que se han conservado de manera permanente. Nos permiten conocer las edades de los materiales que los contienen puesto que pueden datarse. El proceso de fosilización consiste en que un organismo que muere y queda enterrado por sedimentos sufre primero un proceso de putrefacción de sus partes blandas, mientras que las partes duras permanecen lo suficiente como para dejar impresa su huella en la superficie externa del sedimento. En otras ocasiones el sedimento que cubrió se introduce en el interior de las partes duras, originando un molde interno. Puede suceder que la concha o la parte dura se disuelve y el hueco dejado es rellenado por minerales aportados por las aguas circulantes. Se forma así el molde externo del organismo. A veces, fosiliza por pequeñas transformaciones mineralógicas; como por ejemplo, el aragonito de la concha pasa a calcita. Otros procesos de fosilización son la conservación en ámbar, conservación en asfalto o la conservación en hielo Fósiles guía. También llamados fósiles estratigráficos o fósiles característicos. Son aquellos correspondientes a especies que tuvieron una gran dispersión y un existencia corta en la escala del tiempo geológico. Son usados para establecer correlaciones estratigráficas, es decir, para comparar la edad de terrenos alejas entre sí o en distintos continentes Observar dibujos de fósiles en documento adjunto. (fósiles imágenes)