PROGRAMA DE FORMACIÓN IBEROAMERICANO EN MATERIA DE AGUAS ÁREA TEMÁTICA 4.1. HIDROGEOLOGÍA IV Ciudad de la Habana, Cuba ARTURO JESÚS LORENZO FERRÁS A continuación se expone cronológicamente una breve historia de la evolución de los métodos geofísicos y algunos de los acontecimientos mas importantes relacionados con esta ciencia. AÑO 1300 1530 1589 1600 1621 1640 1655 1684 1750 EVENTO Se empieza a utilizar la brújula como instrumento de navegación. Aparece la brújula minera sueca, primer instrumento apto para la exploración. Descubrimientos de Galileo sobre la caída de los cuerpos William Gilbert publicó el primer tratado científico sobre el campo magnético de la tierra titulado De Magnete Ley de Snell. Esta importante ley, llamada así en honor del matemático holandés Willebrord van Roijen Snell, afirma que el producto del índice de refracción del primer medio y el seno del ángulo de incidencia de un rayo es igual al producto del índice de refracción del segundo medio y el seno del ángulo de refracción. Se usa por primera vez la brújula magnética para la búsqueda de Hierro. Christiaan Huygens introduce las leyes de reflexión y refracción según la teoría ondulatoria de la luz. El físico británico Isaac Newton enuncia la ley de la gravitación universal. El geólogo británico John Mitchell inventa una balanza para estudiar las fuerzas magnéticas. AÑO 1777 1785 1815 1819 1827 1830 EVENTO Charles Augustín de Coulomb inventa la balanza de torsión para medir la fuerza de atracción magnética y eléctrica, Charles Augustín de Coulomb demuestra que la fuerza de atracción o repulsión entre los cuerpos eléctricamente cargados y también entre los polos magnéticos obedecen una ley cuadratica inversa como la derivada por Newton para la gravedad. Robert Fox descubre que algunos minerales exhiben polarización espontánea. El físico danés Hans Christian Oersted llevó a cabo un importante descubrimiento al observar que una aguja magnética podía ser desviada por una corriente eléctrica. Este descubrimiento mostraba una conexión entre la electricidad y el magnetismo. Georg Simón Ohm descubre la Ley de Ohm. Robert Fox emplea el Método de Potenciales Espontáneos en Cornwall, Inglaterra, para encontrar extensiones de los depósitos conocidos de cobre en esa región. AÑO 1831 1843 1845 1847 1871 EVENTO El científico británico Michael Faraday descubrió que el movimiento de un imán en las proximidades de un cable induce en éste una corriente eléctrica; este efecto era inverso al hallado por Oersted. Así, Oersted demostró que una corriente eléctrica crea un campo magnético, mientras que Faraday demostró que puede emplearse un campo magnético para crear una corriente eléctrica. Von Werde localizó depósitos de menas trazando las variaciones en el campo magnético. Robert Mallet (Padre de la sismología experimental) dirige uno de los primeros experimentos sísmicos activos. Utilizo pequeños recipientes de mercurio a varias distancias de una fuente de explosión y midió el tiempo en que la superficie empezó a ondear luego de la explosión. Peter Barlow identifica las corrientes naturales existentes en la tierra y las denominó corrientes telúricas. George von Neumayer define la Geofísica como el conocimiento de las relaciones físicas de la Tierra. AÑO 1873 1879 1880 1885 1906 EVENTO El físico británico James Clerk Maxwell unifica plenamente las teorías de la electricidad y el magnetismo. Autor del libro Treatise on Electricity and Magnetism (Tratado sobre electricidad y magnetismo), en donde, por primera vez, publicó su conjunto de cuatro ecuaciones diferenciales en las que describe la naturaleza de los campos electromagnéticos en términos de espacio y tiempo. Thalen publicó el primer manuscrito geofísico titulado The Examination of Iron Ore Deposits by Magnetic Measurements. Karl J. Zöppriz define más concretamente la Geofísica como aquella parte de las ciencias de la Tierra que trata el estudio de la actividad de las fuerzas físicas responsables del origen, evolución y estructura de la Tierra. Carl Barus, un distinguido físico de la Brown University, llevo a cabo medidas de polarización en el filón Comstock, en Nevada. En Suecia se realizan los primeros trabajos cualitativos de localización de anomalías conductivas mediante la introducción de corriente por dos electrodos fijos y la medición de las diferencias de potenciales provocadas con dos electrodos de potenciales móviles (método de gradientes). AÑO 1909 EVENTO El sismólogo serbio A. MOHOROVIVIC descubre el límite entre la corteza y el manto, la llamativa discontinuidad de Mohorovicic o sólo Moho, que está caracterizada por un aumento apreciable en la velocidad de las ondas sísmicas P en una profundidad entre 5 (corteza oceánica) y 45 km (corteza continental). 1913 Conrad Schlumberger llevo a cabo con éxito medidas de polarización espontánea para localizar un yacimiento de sulfuros en Bor. 1913 GUTENBERG, nacido 1889 en Darmstadt/Alemania calcula el valor correcto de la profundidad del núcleo de la Tierra (2900km) con base en datos obtenidos por la sísmica de refracción. 1915-1920 Adold Schmidt, entre otros instrumentos para la prospección magnética, desarrolla el variómetro que lleva su nombre y que todavía está en uso. AÑO 1919 EVENTO Se crea la International Union of Geodesy and Geophysics (IUGG), con sede en Alemania. La IUGG está integrada por ocho Asociaciones Internacionales: ¾ International Association of Cryospheric Sciences (IACS) ¾ International Association of Geodesy (IAG) ¾ International Association of Geomagnetism and Aeronomy (IAGA) ¾ International Association of Hydrological Sciences (IAHS) ¾ International Association of Meteorology and Atmospheric Sciences (IAMAS) ¾ International Association for the Physical Sciences of the Oceans (IAPSO) ¾ International Association of Seismology and Physics of the Earth's Interior (IASPEI) ¾ International Association of Volcanology and Chemistry of the Earth's Interior (IAVCEI). Cada cuatro años se celebra conjuntamente una Asamblea General. En este periodo se comienza la conformación de una red mundial de observatorios geofísicos. AÑO 1920 1920 1920 1921 1923 1925 EVENTO El inglés Turner demostró que existen temblores de origen profundo, a centenas de kilómetros bajo la corteza. Primeros usos de las observaciones sísmicas para la exploración de petróleo y recursos minerales. Uso extensivo de la sísmica de refracción en Irán para delinear estructuras de que contienen petróleo Alfred Wegener postula que los continentes estaban a la deriva y que África y Sudamérica antes estaban unidos en un mismo bloque continental. Teoría de la Deriva Continental. Se emplea por primera vez el método de reflexión sísmica en Oklahoma, EEUU para fines petrolíferos. En 1971 se erigió en ese sitio una placa conmemorativa por la Sociedad de Exploración Geofísica. El método de refracción fue introducido en la exploración petrolífera en México. Gutenberg edita el "Handbuch der Geophysik", en que se define la geofísica como la rama de la física experimental que se ocupa de la Tierra: su interior, sus mares, su atmósfera, su campo magnético y gravitacional. La nueva ciencia se ha consolidado. AÑO 1927 1928 1920-1930 1920-1930 1920-1930 1939-1945 EVENTO Los métodos de reflexión se emplean rutinariamente desde 1927 en la exploración petrolífera (Maud field, Oklahoma) y ellos reemplazaron rápidamente los métodos de refracción en este campo. Se publica el que bien puede ser considerado el primer libro en el mundo sobre Geofísica Aplicada: “Los Métodos Geofísicos de Prospección y sus Aplicaciones a la Resolución de varios problemas geológico-tectónicos”, que fue libro de texto en la Escuela de Minas de Colorado (USA). Conrad Schlumberger comienza sus trabajos innovadores en la prospección eléctrica. Paralelamente Wenner desarrolló las mismas ideas en los EEUU. Surgen secciones de Geofísica en varios países, como la Sección de Geofísica del IGME (España, 1928). Hans Lundberg introduce y desarrolla los métodos Electromagnéticos (EM) para la exploración de depósitos de metales. Se introducen las técnicas de Well Logging. La segunda Guerra Mundial empuja el desarrollo de los magnetómetros aerotransportados para la detección de submarinos. AÑO 1947 1948 EVENTO Los métodos electromagnéticos son adaptados para ser usados en aviones Aparecen los métodos magneto telúricos y de la polarización inducida, además en este tiempo se registran grandes avances en los métodos de interpretación, en particular con respecto a los métodos magnéticos y electromagnéticos. 1955 Aparece el magnetómetro Nuclear. 1957-1958 Se celebra “El Año Geofísico Internacional” (AGI). Este fue un proyecto internacional para la exploración concentrada y coordinada de la Tierra y de su entorno cósmico, en el que participaron 66 países. El periodo escogido (de julio de 1957 a diciembre de 1958) tuvo una actividad solar intensa. Se obtuvieron importantes resultados en muchas áreas de la geofísica. Las principales actividades fueron el lanzamiento de satélites artificiales que permitió el descubrimiento de los cinturones de radiación de Van Allen, el sondeo del suelo oceánico que impulsó la teoría integrada de la tectónica de placas y las exploraciones científicas y sistemáticas en la Antártida. El Año Geofísico Internacional tuvo también como resultado el Tratado del Antártico que en 1959 reservó la Antártida para la investigación científica con fines pacíficos. Este acuerdo entró en vigor en 1961 y ha sido firmado por un total de 27 países. AÑO EVENTO 1961 Surge el Magnetómetro de absorción atómica con vapor de cesio y rubidio. 1960-1970 Surge el gradiometro magnético aeroportado. Se crea la especialidad de Ingenieria Geofísica en el ISPJAE, Ciudad de La Habana, Cuba. Durante más de 35 años se gradúan varios centenares de especialistas geofísicos cubanos y de otros países subdesarrollados. 1962 AÑO 1966 EVENTO Vine y Matthews publican una breve nota en que dan cuenta de que el fondo de los océanos se está desplazando horizontalmente a velocidades de hasta 5 cm/año. Este dato se apoya en una interpretación de las anomalías magnéticas registradas en el Atlántico central por diversos investigadores. A ambos lados de la cordillera atlántica central hay franjas magnetizadas que se atribuyen a cambios en la imantación de las rocas basálticas que allí forman la corteza terrestre. Tales cambios se deberían a fluctuaciones en el campo magnético terrestre en ciertas épocas geológicas, pero resulta que las franjas son simétricas respecto al eje de la cordillera submarina. Vine y Matthews sugieren que cada franja corresponde a un mismo material ígneo que salió de la grieta central y luego se fue extendiendo sobre el fondo en ambas direcciones. Así pudieron explicar satisfactoriamente la geometría de las anomalías magnéticas, que luego se observaron también en el océano Pacífico y en los demás océanos. Calculando la edad de los basaltos y su distancia a la grieta central se estima la velocidad con que se está desplazando el fondo marino. AÑO 1966 Cont. EVENTO Cuando la corteza oceánica choca contra el borde de un continente se hunde y penetra bajo éste produciéndose los temblores y otros efectos de actividad tectónica. Esto sucedería por ejemplo en torno al océano Pacífico. En cambio, si los continentes se desplazan junto con la corteza oceánica, como en el caso del océano Atlántico, se produce un alejamiento paulatino entre costas anteriormente unidas, como Europa y África por un lado y las Américas por el otro. Esto viene a confirmar las teorías de Wegener sobre la existencia de un gran continente primitivo llamado Godwana, que incluyó como mínimo África, Antártica e India durante la época precámbrica. Estos resultados recientes forman la base para una nueva Geofísica global, que abarca la teoría de la deriva continental, el desplazamiento del fondo submarino, y la distribución geográfica de temblores y volcanes. Surge así la Tectónica de Placas. AÑO EVENTO 1961-1974 Programa interdisciplinarios de investigaciones de la IUGG. ¾La Expedición Internacional en el Océano Índico (EIOI) fue uno de los diversos programas de geofísica oceanográfica. (1961-1966) ¾Años Internacionales del Sol sin Actividad para comparar intervalos de actividad solar máxima y mínima y sus efectos sobre los fenómenos terrestres.(1964-1965) ¾La Década Hidrológica Internacional (DHI) fue promovida por la Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura (UNESCO) para tratar diversos temas relacionados con el agua, de gran importancia práctica para la humanidad. (1965-1974). 1960-1970 Se produce un auge del empleo de técnicas geofísicas en el mundo, fundamentalmente de SEV y Sísmica. Se desarrollan las técnicas automatizadas de procesamiento de datos e interpretación. 1965-1995 Se realizan estudios geólogos-geofísicos regionales y detallados de todo el territorio de Cuba, con la colaboración de especialistas Rusos, Checos, Húngaros, Búlgaros y Alemanes. AÑO EVENTO 1970-1980 Se desarrollan las técnicas de Sísmicas de alta resolución en 2D como consecuencia del pequeño “boom” de la exploración del carbón para minería a cielo abierto a raíz de la crisis energética del ‘73. Los resultados cristalizaron en lo que se llamo sísmica 2.5-D y se abrió el camino a las técnicas 3D y 4D. Se desarrolla la Estratigrafía Sísmica y de ella surge la Estratigrafía secuencial. Esta última se considera la innovación más significativa en las ciencias de la tierra en los últimos 50 años, después de la tectónica de Placas (Neal,1993). Fines de Se desarrollan los Sondeos Electromagnéticos de Dominio de Tiempos 1970 y (SEDT), innovación muy relevante en el ámbito de la Geofísica principios Aplicada de 1980 Finales de Se desarrolla el método basado en la Resonancia Magnética Protónica la década (RMP) del '80 Principios Comienzan a surgir equipos geoelectricos multi electródicos capaces de de los 90' medir en 2D y 3D. Surgen programas de inversión rápidos y precisos (Loke, 1994) AÑO EVENTO Comentarios finales: Entre 1925 Surge una generación de geofísicos empapados en las enseñanzas de y 1965 Gutenberg y de su gran rival británico Sir Harold Jeffreys. A partir de Surge una nueva generación de geofísicos armados con computadoras y 1965 software, ansiosos de experimentar con nuevas ideas. Los avances en la microelectrónica y la computación elevan la calidad y los rangos de aplicación de los métodos geofísicos.