Geología: La Ciencia de la Tierra

La geología es la ciencia que concierne a la Tierra y las rocas de las que está constituida, los procesos que las forman durante el tiempo geológico y el modelo de su superficie en el pasado y en el presente.

La Dinámica de la Tierra

La Tierra no es un cuerpo estático. La erosión es un proceso dominante que destruye los acantilados costeros y reduce la altura de los continentes por medio de la depositación. Los cambios interiores causan movimientos de continentes, erupciones y terremotos.

La Superficie Terrestre

El radio ecuatorial de la Tierra es de 6370 km y el radio polar es 6348 km. Su superficie es de 510 x 10⁶ km², de los cuales un 29% corresponden a los continentes. Sumando los mares someros, el área terrestre representa un 35% del total de la superficie; dos terceras partes de la superficie están cubiertas por el océano profundo. Con un máximo de 8.9 km en la cima del Everest (montañas-superficie). La altura promedio de la tierra sobre el nivel del mar es de 0.86 km, la profundidad media del piso del océano es de unos 3.8 km.

El Interior de la Tierra

La temperatura aumenta con la profundidad a un ritmo promedio de 30 °C por kilómetro. Este ritmo se eleva cerca de la fuente de calor, que puede ser un centro volcánico. También se ve afectada por la conductividad térmica de las rocas en una localidad en particular. A 30 km las rocas se funden.

Litosfera: Capa externa y rígida de la Tierra, de profundidad variable entre los 10 y los 50 km, constituida básicamente por silicatos e integrada por la corteza y parte del manto.

La densidad media de la tierra, que se estima de la masa y volumen calculado, es de 5.2527 g/cm³. El promedio de la densidad de las rocas sedimentarias es de 2.3 y las abundantes rocas graníticas tienen una densidad promedio de 2.7. Nuestro planeta tiene un núcleo de material pesado con una densidad cercana a 8. El núcleo está compuesto en su mayor parte de hierro. El espesor promedio de la corteza es de unos 30 km y en el océano es de 10 km.

Origen y Formación de los Suelos

Los suelos se forman por la acción de tres tipos de procesos:

• Físicos: Debido a los cambios térmicos y a la acción del agua, tienden a romper la roca inicial, creando las partículas que van a formar el suelo.
• Químicos: Originada por fenómenos de hidratación, disolución, oxidación y cementación. Por lo tanto, tiende tanto a disgregar como a cementar, dando unión química a las partículas pequeñas o destruyendo la unión.
• Biológicos: Producido por actividad bacteriana, induciendo putrefacciones de materiales orgánicos y mezclando el producto con otras partículas de origen físico-químico, actuando de elemento catalizador, etc.

Cuando el suelo permanece sin ser transportado, se le conoce como suelo residual, y cuando ha sufrido transporte, formando depósitos coluviales, aluviales, etc., se denomina suelos transportados.

Suelos Residuales

Los suelos residuales se originan cuando los productos de la meteorización no son transportados como sedimentos, sino que se acumulan en el sitio en que se van formando.

• Características del Suelo Residual:
  • Suelo heterogéneo.
  • Tienen asentamiento.

Entre los factores que influyen en la velocidad de alteración de la naturaleza de los productos de la meteorización están el clima (temperatura y lluvia), la naturaleza de la roca original, el drenaje y la actividad bacteriana. El perfil de un suelo residual puede dividirse en tres zonas:

1. La zona superior, en la que existe un elevado grado de meteorización, pero también cierto arrastre de materiales.
2. La zona intermedia en cuya parte superior existe una cierta meteorización, pero también cierto grado de deposición hacia la parte inferior de la misma.
3. La zona parcialmente meteorizada que sirve de transición del suelo residual a la roca original inalterada.

Los suelos residuales se desarrollan principalmente en condiciones tropicales húmedas, de meteorización química intensa.

Suelos Transportados

• Características de los suelos transportados: Han sufrido un proceso de formación tal como los suelos residuales y luego han sido trasladados y depositados en el lugar donde actualmente se encuentran.

Tipos de Depósitos según el Agente de Transporte

• Agua:
  • Depósitos aluviales: Se encuentran en los lechos de los ríos y están constituidos por suelos gruesos generalmente. En las zonas aledañas, en ocasiones inundadas por desbordamiento de río, se encuentra gran variedad de suelos arcillosos y limosos.
  • Depósitos lacustres: Se presentan en los lagos donde desembocan corrientes de agua. En las entradas se depositan las partículas gruesas que arrastra el agua durante la época de creciente y las partículas finas se asientan en aguas más profundas formando estratos horizontales alternados cuya estructura depende de la composición electroquímica del agua.
  • Depósitos marinos: Son diferentes ya sean de playa o altamar. En la playa predominan partículas granulares mientras que en altamar predominan las de tamaño coloidal, depósitos especialmente por floculación debido a la salinidad del agua.
• Viento:
  • Dunas: Son depósitos de arena fina y limos que han sido transportados por el viento arrastrándolas o levantándolas ligeramente habiendo sido transportados, por tanto, sometidas a un desgaste muy intenso.
  • Loess: Son depósitos de arenas finas y limos que han sido transportados por el viento grandes distancias. En general son depósitos de mucha dureza por la cimentación de carbonatos y óxidos de hierro.

Eras Geológicas

Estas son las eras de la tierra:

• Arcaica: Es la más primitiva.
• Primaria: Aparece la vida, aunque en especial muy sencillas.
• Secundaria: Caracterizada por la aparición de los reptiles.
• Terciaria: Aparecen los mamíferos.
• Cuaternaria: Actual, durante el cual el hombre aparece sobre la tierra.

Capas de la Tierra

El globo terrestre está constituido por varias capas:

• La endosfera: Es el núcleo interior de la tierra formada por materiales muy pesados.
• La litosfera: Es la corteza terrestre con un espesor de 60 a 120 kilómetros.
• La hidrosfera: Formada por aguas de los océanos y mares con una profundidad media de 4,700 metros.
• La atmósfera: Es la capa gaseosa que envuelve la tierra. Su espesor es de unos 700 kilómetros.

Minerales Constitutivos de los Suelos

Minerales en Suelos Gruesos

Un mineral es una sustancia inorgánica y natural, que tiene una estructura interna determinada por un cierto arreglo específico de sus átomos e iones. Su composición química y sus propiedades físicas o son fijas o varían dentro de límites definidos. Sus propiedades físicas más interesantes, desde el punto de vista de identificación son: el color, el lustre, la tonalidad de sus raspaduras, la forma de cristalización, la dureza, la forma de su fractura y disposición de sus planos cruceros, la tenacidad, la capacidad para permitir el paso de ondas y radiaciones (o luz) y la densidad relativa.

Los minerales predominantes son:

• Silicatos: Principalmente feldespatos (de potasio, sodio y calcio), micas, olivino, serpentinas, etc.
• Óxidos: Cuyos principales exponentes son el cuarzo (SiO₂), la limonita, la magnetita y el corindón.
• Carbonatos: Entre los que destacan la calcita, la dolomita y sulfatos, cuyos principales representantes son la anhidrita y el yeso.

En los suelos gruesos el comportamiento mecánico e hidráulico está principalmente condicionado por su compacidad y por la orientación de sus partículas, por lo que la constitución mineralógica es, hasta cierto punto, secundaria. Ello no debe interpretarse como un motivo para que el ingeniero no lo tome en cuenta.

Minerales en Suelos Finos: Las Arcillas

Las arcillas están constituidas básicamente por silicatos hidratados, presentando además, en algunas ocasiones, silicatos de magnesio, hierro u otros metales, también hidratados. Estos minerales tienen casi siempre, una estructura cristalina definida, cuyos átomos se disponen en láminas. Existen dos variedades de tales láminas: la silícica y lumínica.

En general las arcillas, ya sea caoliníticas, montmoriloníticas o ilíticas, son plásticas, se contraen al secarse, presentan marcada cohesión, según su humedad, son compresibles y al aplicársele una carga en su superficie se comprimen lentamente.

• Caolinitas: Procede de la carbonatación de la ortoclasa (feldespato potásico). Las arcillas caolinitas están formadas por una lámina silícica y otra alumínica, que se superponen indefinidamente. La unión entre todas las retículas es lo suficientemente firme para no permitir la penetración de moléculas de agua entre ellas (absorción), pues produce una capa electrónicamente neutral. En consecuencia, las arcillas caoliníticas serán relativamente estables en presencia de agua.
• Montmorilonitas: Están formadas por una lámina alumínica entre dos silícicas, superponiéndose indefinidamente. En este caso la unión entre las retículas del mineral es débil, por lo que las moléculas de agua pueden introducirse en la estructura con relativa facilidad, a causa de las fuerzas eléctricas generadas por su naturaleza dipolar. Las bentonitas son arcillas del grupo montmoriloníticas, originadas por la descomposición química de las cenizas volcánicas y presentan la expansividad típicas del grupo en forma particularmente aguda, lo que las hace sumamente críticas en su comportamiento mecánico.
• Ilitas: Su constitución interna manifiesta tendencia a formar grumos de material, por la presencia de iones de potasio, que reduce el área expuesta al agua por unidad de volumen; por lo que son menos expansivas.

Además de estos suelos indicados, se encuentran en la naturaleza ciertos suelos especiales.