Introducción a la Geología: El Estudio de Nuestro Planeta

La geología es la ciencia que estudia la Tierra: cómo nació, cómo ha evolucionado, cómo funciona y cómo podemos ayudar a preservar sus hábitats para la vida. Los geólogos estiman que la Tierra tiene 4.5 mil millones de años.

El Origen del Universo y la Formación de la Tierra

La teoría del “Big Bang” o gran explosión sostiene que el universo comenzó aproximadamente hace 13 a 14 mil millones de años. Hace más de 3 mil millones de años, las células vivas se desarrollaron en la Tierra, pero el origen como humanos data de apenas unos pocos millones de años.

Los Planetas Interiores

Los cuatro planetas interiores en orden de cercanía al Sol son: Mercurio, Venus, Tierra y Marte. Son menores y están hechos de rocas y metales. Los cálculos teóricos indican que pueden haber crecido hasta su tamaño planetario en un tiempo notablemente corto de menos de 100 millones de años.

Los Gigantescos Planetas Externos

La mayoría de los materiales volátiles fueron barridos de la región de los planetas interiores hacia los confines externos y más fríos del sistema solar para formar los gigantescos planetas externos, hechos de gases y hielos: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, y sus satélites. Aunque tienen núcleos de roca, están compuestos fundamentalmente de hidrógeno y helio.

La Diferenciación de la Tierra

El cuerpo formado por la acreción de fragmentos de materia primordial se transformó en un cuerpo cuyo interior se dividió en capas concéntricas que difieren entre sí tanto física como químicamente. Este fenómeno se debió a un proceso conocido como diferenciación y ocurrió en la historia de la Tierra cuando el planeta estuvo lo suficientemente caliente como para provocar la fusión.

Para entender la presente estructura en capas de la Tierra, debemos regresar al tiempo cuando la Tierra estaba todavía sujeta a violentos impactos de partículas planetesimales y cuerpos mayores. Cuando estos cuerpos impactaron con la Tierra, mucha de esta energía cinética se transformó en calor. Muchos científicos piensan que tales cataclismos ocurrieron durante las etapas media y tardía de la acreción de la Tierra. En ese tiempo, un gigantesco impacto creó la dispersión de partículas tanto de la Tierra como del cuerpo impactante y los expulsó hacia el espacio. La Luna se formó por la acreción de tales detritos. La Tierra se habría convertido en gran parte en un cuerpo fundido. Este impacto aumentó la velocidad de rotación de la Tierra, así como cambió su eje de rotación, desplazándolo de la vertical con respecto al plano orbital de la Tierra hasta su presente valor de 23° de inclinación. Todo esto ocurrió aproximadamente hace 4.5 mil millones de años.

Capas de la Tierra

Núcleo Terrestre

El hierro y otros elementos pesados, como el níquel, se hundieron para formar un núcleo central. Los científicos han encontrado que el núcleo, que comienza a una profundidad aproximada de 2900 km, está fundido en su parte externa, pero es sólido en la región llamada “núcleo interno”, que se extiende desde una profundidad aproximada de 5200 km hasta el centro de la Tierra a aproximadamente 6400 km.

Corteza de la Tierra

Otros materiales fundidos fueron menos densos que las sustancias originales de las cuales se separaron, así que flotaron hacia la superficie de un océano de magma. Posteriormente, se enfriaron para formar la corteza sólida de la Tierra, una delgada capa de aproximadamente 40 km de espesor. La corteza contiene materiales relativamente ligeros con temperaturas de fusión bajas. La mayoría de esos materiales son componentes fáciles de fusionar de los elementos sílice, aluminio, hierro, calcio, magnesio, sodio y potasio, combinados con oxígeno.

Manto Terrestre

Entre el núcleo y la corteza se encuentra el manto, una región que forma el grueso de la parte sólida de la Tierra. El manto es el material que quedó en la zona intermedia después de que la mayoría de la materia pesada se hundió y la materia ligera se elevó hacia la superficie. El manto se encuentra a profundidades que varían de 40 a 2900 km. Consiste en rocas de densidad intermedia, fundamentalmente compuestos de oxígeno con magnesio, hierro y sílice. La parte superior (de 40 a 200 km de profundidad) tiene un comportamiento plástico y se le conoce como astenosfera.

Composición Elemental de la Tierra

La Tierra está formada por más de 100 elementos, pero los análisis de rocas indican que solo 8 constituyen el 99% de la masa de la Tierra. De hecho, cerca del 90% de la Tierra consiste en 4 elementos: hierro, oxígeno, silicio y magnesio. Si se compara la relativa abundancia de elementos en la corteza con su abundancia en todo el planeta, resulta que el hierro alcanza el 35% de la masa de la Tierra. Sin embargo, debido al proceso de diferenciación, en la corteza el hierro es menos abundante y predominan los elementos ligeros o menos densos.

El Sistema de Tectónica de Placas

Algunos de los eventos más dramáticos de la Tierra, como las erupciones volcánicas y los sismos, son producidos por el calor interno de la Tierra, el cual escapa a través de la circulación de material en el manto sólido de la Tierra. A este proceso se le conoce como convección.

Hemos visto que la Tierra está zonificada por la química de los materiales que la constituyen: su corteza, manto y núcleo son capas químicamente distintas que se segregaron durante la diferenciación. En algunos aspectos, la parte externa de la Tierra se comporta como una bola de cera fundida. El enfriamiento de la superficie forma la corteza externa sólida o litosfera, la cual encapsula una capa caliente y “suave” llamada astenosfera (la parte superior del manto). La litosfera incluye la corteza y astenosfera hasta una profundidad media de aproximadamente 100 km. Cuando la litosfera se somete a una fuerza, tiende a comportarse como una concha rígida y quebradiza, mientras que la astenosfera subyacente fluye como un material sólido moldeable y dúctil.

De acuerdo con la teoría de tectónica de placas, la litosfera no es una capa continua, sino que está rota en aproximadamente una docena de grandes “placas” que se mueven sobre la superficie de la Tierra a la velocidad de unos cuantos centímetros por año. Cada placa actúa como una unidad rígida distinta que cabalga sobre la astenosfera, la cual también está en movimiento. El movimiento de las placas es la manifestación superficial de la convección en el manto y nosotros nos referimos a este sistema completo como el sistema de tectónica de placas.

El Origen de la Vida y las Extinciones Masivas

La vida comenzó de algún modo en el invernadero terrestre. La evidencia directa, aunque actualmente cuestionada, reside en la preservación de los primeros fósiles de bacterias primitivas que han sido encontradas en rocas fechadas en 3.5 millones de años. Un cambio importante ocurrió cuando evolucionó la vida que podía fabricar su propio alimento mediante la fotosíntesis.

Extinciones Masivas Debidas a Eventos Extremos

Aunque la evolución biológica es vista a menudo como un proceso muy lento, las grandes tendencias evolutivas con frecuencia son marcadas por breves períodos de cambios rápidos. Fueron espectaculares las extinciones masivas durante las cuales muchos tipos de animales y plantas desaparecieron repentinamente de los registros geológicos. El último de estos eventos fue causado por el impacto de un bólido hace 65 millones de años. Este evento extremo dio fin a la Edad de los Dinosaurios. Las comunidades bentónicas arrecifales también se extinguieron y se reorganizaron. Las causas de otras extinciones masivas todavía están siendo discutidas. Los científicos han propuesto otros tipos de eventos extremos, tales como los cambios climáticos rápidos que han traído consigo las glaciaciones o la erupción masiva de material volcánico.