Los ciclos de materia y energía en la geosfera






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TEMA 6.- GEOSFERA Y RIESGOS GEOLÓGICOS.
1.- LOS CICLOS DE MATERIA Y ENERGÍA EN LA GEOSFERA.

La Geosfera es la parte rocosa de la Tierra, cuya superficie constituye el relieve. Es un sistema activo, capaz de destruir montañas y continentes enteros y de formar otros nuevos. Según el modelo dinámico, la Geosfera se divide en distintas capas, que desde la más superficial a la más profunda son la Litosfera, la Astenosfera, la Mesosfera y la Endosfera. La Litosfera está dividida en placas litosféricas, y es dinámica. El estudio de la dinámica litosférica lo realiza la Tectónica de Placas.

La energía que circula por la Geosfera entra desde el exterior (Sol) y también se genera en el interior. Gracias a dicha energía se producen los procesos geológicos, que pueden ser de dos tipos: externos e internos.

1.1.- Procesos geológicos externos.

La energía externa procedente del Sol es la causante de los agentes geológicos externos (lluvia, viento, hielo, torrentes, ríos, etc.), los cuales originan los procesos geológicos externos (meteorización, erosión, transporte y sedimentación), cuyo resultado es la destrucción del relieve y la formación de sedimentos que se depositarán en zonas hundidas (cuencas de sedimentación). La acumulación progresiva de sedimentos acaba produciendo su litificación, transformándose en rocas sedimentarias.

Los procesos geológicos externos actúan lenta y gradualmente a lo largo del tiempo, salvo excepciones, en las cuales liberan una gran cantidad de energía en poco tiempo. A estos períodos se les llama paroxísmicos. Ejemplos.- un río suele transcurrir lenta y paulatinamente por su cauce, ejerciendo su acción geológica, hasta que de repente sobreviene una riada, o se forma un torrente, o debido a un alud de nieve recibe un aporte de agua extra y se desborda, o una avalancha de barro, etc.

Los procesos geológicos externos se ajustan mediante bucles de retroalimentación negativos, según las variables: energía potencial +erosión -  diferencia de altura + Ep.

1.2.- Procesos geológicos internos.

Estos procesos tienen lugar gracias a la energía geotérmica que se produce en el interior terrestre gracias al calor residual producido durante la formación de nuestro planeta y a la energía radiactiva liberada con la desintegración de los minerales radiactivos. Este calor fluye por radiación, convección y conducción, y origina todos los fenómenos asociados a la Tectónica de Placas (deriva continental, dorsales, zonas de subducción, volcanes, terremotos, formación de orógenos o cordilleras, etc.)

La energía geotérmica se manifiesta con la existencia de un gradiente geotérmico en los primeros kilómetros de profundidad de la Tierra, donde por cada 33 metros de profundidad la temperatura aumenta 1 ºC. A una mayor profundidad la Tª se estabiliza.

A estos procesos se asocia también la formación de rocas metamórficas e ígneas.
2.- RIESGOS GEOLÓGICOS.

2.1.- Concepto de riesgo geológico.

Un riesgo geológico es cualquier proceso geológico, ya sea natural, inducido o mixto, que puede causar daños económicos o humanos. Para prevenirlos, predecirlos y corregirlos hay que emplear criterios geológicos. Como cualquier otro riesgo, lo condicionan los tres tipos de factores de riesgo: peligrosidad, exposición y vulnerabilidad.

2.2.- Principales riesgos geológicos.

  • Riesgos geológicos internos. Originados por los procesos geológicos internos.

Son volcanes, terremotos y diapiros.

  • Riesgos geológicos externos. Originados por los procesos geológicos externos.

Son los movimientos de ladera, los aludes de nieve, las avenidas fluviales y torrenciales, las inundaciones costeras, las subsidencias y colapsos, los suelos expansivos, la erosión del suelo y las dunas vivas.

  • Riesgos mixtos. Son procesos geológicos resultantes de alteraciones humanas de la dinámica natural de los procesos geológicos naturales de erosión-sedimentación.

Son la erosión del suelo, la colmatación de embalses por rellenos de sedimentos, la regresión de deltas, la colmatación de estuarios y puertos, la desaparición de playas,…

  • Riesgos inducidos. Son procesos geológicos desencadenados artificialmente a consecuencia de las intervenciones humanas sobre el medio geológico.

Son los terremotos desencadenados por el llenado de embalses o por explosiones, los movimientos de laderas causados por la modificación de las formas del relieve, inundaciones por rotura de presas; subsidencias, colapsos inducidos por edificación con exceso de peso, minería o sobreexplotación de acuíferos; expansividad inducida por exceso de riego; contaminación del suelo por escombreras, balsas mineras o enterramientos de residuos radiactivos; contaminación del agua por residuos mineros o radiactivos y por sobreexplotación.

3.- RIESGOS VOLCÁNICOS.

Los riesgos volcánicos son riesgos naturales, pueden provocar muerte y destrucción.

3.1.- Distribución geográfica de los volcanes.

La distribución geográfica de los volcanes se circunscribe a los límites de placas, concretamente a las zonas de subducción (cinturón de fuego del Pacífico) y a las dorsales que recorren el centro de muchos océanos. También podemos encontrar volcanes en el interior de las placas, ya sea por la presencia de un punto caliente (Hawaii), o por la presencia de fracturas o puntos débiles en la litosfera (islas Canarias producidas por fracturas de la litosfera de la placa africana resultantes de tensiones derivadas de la apertura del océano).

3.2.- Partes y productos de un volcán.

Cámara magmática: es el lugar donde se acumula el magma antes de salir.

Cráter: es el orificio por donde sale el magma.

Chimenea: es el conducto por donde sale el magma al exterior.

Cono volcánico: es la parte del volcán formada por los materiales expulsados al exterior.

Fumarolas: son emisiones de gases por el cráter procedentes del magma.

Solfataras: son emisiones de vapor de agua y ácido sufhídrico.

Mofetas: son fumarolas frías que desprenden CO2.

Géiseres: son pequeños volcanes de vapor de agua hirviendo.
3.3.- Factores de riesgo volcánico.

Exposición.- Las áreas volcánicas suelen estar superpobladas debido a que los volcanes proporcionan tierras fértiles, proporcionan recursos minerales y energía geotérmica; la aglomeración de la población es la causa de que el desastre sea mayor de lo que se esperaba.

Vulnerabilidad.- Es la medida con la que se valora la susceptibilidad ante los daños (porcentaje o tanto por uno de pérdidas humanas, ecológicas y económicas), y depende de la disponibilidad de los medios adecuados para afrontar el riesgo (protección civil, construcción de edificios, tecnología, información, etc.)

Peligrosidad.- Es la probabilidad de ocurrencia de una erupción potencialmente dañina, y se halla en relación con el tipo de erupción, que a su vez está en función de la clase de lava que emite el volcán; del área afectada y del tiempo de retorno.

La peligrosidad viene condicionada por la existencia de los siguientes factores:

  • Gases. Constituyen el motor de las erupciones, salen al exterior con rapidez y expanden la erupción. Son vapor de agua, CO2, SO2, HS, Cl, N2, H2, etc.

Causan molestias respiratorias y muerte por asfixia.

  • Coladas de lava. Su peligrosidad está en función de su viscosidad. Las lavas ácidas son muy viscosas, se desplazan lentamente y recorren distancias cortas; son muy peligrosas porque contienen muchos gases que se liberan con brusquedad. Ej.- volcanes de las zonas de subducción. Las lavas básicas son muy fluidas, se desplazan con mucha rapidez y recorren largas distancias; su peligrosidad es escasa porque dejan escapar los gases lentamente, originando erupciones poco violentas. Ej.- lavas almohadilladas, que se originan en las erupciones submarinas (dorsales y puntos calientes) y su fluidez es extrema; los gases son expulsados fácilmente.

Los daños que ocasionan suelen ser destrozos de cultivos, incendios, arrasado de pueblos y taponamiento de valles, provocando inundaciones.

  • Lluvias de piroclastos. Los piroclastos son fragmentos lanzados al aire durante las explosiones volcánicas, que al caer al suelo originan estas “lluvias”. Se diferencian por su tamaño creciente en cenizas, lapilli y bombas.

Los daños que causan son: destrozos en los cultivos, hundimiento de viviendas, lluvias de barro, enfriamiento del clima por su permanencia en suspensión en la atmósfera durante meses, y además dificultan el paso de la radiación solar.

  • Explosiones. Las explosiones dependen de la viscosidad de las lavas; las lavas viscosas son más explosivas y peligrosas. En función de su índice de explosividad existen volcanes efusivos y explosivos. Un mismo volcán puede variar de estilo de una a otra erupción, independientemente del tipo de lava que tenga.

  • Formación de nubes ardientes. Es la manifestación de mayor gravedad; se origina cuando una columna eruptiva cae bruscamente y en segundos desciende vertiginosamente como una nube de fuego rodante por la ladera del volcán. Quema y destruye todo a su paso.

  • Formación de un domo volcánico. Cuando la viscosidad de las lavas es extrema, en lugar de formarse coladas, se depositan en el cráter formando un tapón, obstruyendo la salida de lava. Puede originar una nube ardiente.

  • Formación de una caldera. Tras una gran explosión de lava y piroclastos, la cámara magmática se queda vacía e inestable, por lo que su techo se desploma y el cráter se agranda y se convierte en una caldera; si la caldera se llena de agua se puede producir un lago, o puede ser invadida por el mar. Daños: puede provocar terremotos y tsunamis.


3.4.- Riesgos derivados o peligros indirectos.

Durante una erupción pueden darse otros acontecimientos tanto o más peligrosos que la propia erupción, como:

  • Lahares. Son ríos de barro producidos por la fusión de hielos o de las nieves de las cumbres de los volcanes más elevados. Provocan un arrasamiento total de poblaciones y cultivos bajo una espesa capa de lodo que endurece al secarse.

  • Tsunamis. Son olas gigantescas producidas por un terremoto submarino, originado al hundirse un edificio volcánico al formarse una caldera. Dichas olas inundan las costas a las que afectan, asolándolas. Ej.- tsunami que el 26 de Diciembre de 2004 arrasó las costas del océano Índico, afectando a zonas de Indonesia como Sumatra.

  • Movimientos de laderas. Son desprendimientos y deslizamientos que pueden afectar a pueblos y sepultar cultivos. Pueden dar lugar a inundaciones por taponamiento de valles y destruir bienes materiales.


3.5.- Tipos de erupciones.

La forma y el tamaño del cono volcánico, la altura alcanzada por la columna eruptiva y el radio de acción en torno al volcán son indicadores del tipo de erupción y del índice de explosividad.

Los diferentes estilos de erupciones volcánicas se resumen en la tabla adjunta (fotocopia), elaborada en función de la peligrosidad.
3.6.- Métodos de predicción y prevención de riesgos volcánicos.

3.6.1.- Métodos de predicción.

Debe conocerse a fondo la historia de cada volcán, que incluye tanto la frecuencia de sus erupciones (período de retorno) como la intensidad de las mismas.

Se suelen instalar observatorios en los volcanes en los que se analizan las manifestaciones previas a una erupción (precursores volcánicos): pequeños temblores y ruidos registrados mediante sismógrafos, emisión de gases, cambios en la forma de los volcanes, cambios magnéticos (se pierden las características magnéticas de las rocas cuando la Tª aumenta por encima de los 600 ºC) detectados con magnetómetros, anomalías gravimétricas mediante gravímetros, etc. Actualmente se toman muchas imágenes por satélite gracias a los GPS o la interferometría de radar.

Con todos los datos recogidos se elaboran mapas de riesgos o de peligrosidad mediante los cuales se pueden delimitar las áreas potenciales de actividad volcánica.

3.6.2.- Métodos de prevención y corrección.

Las medidas a tomar dependen del tipo de vulcanismo, pero las más empleadas son:

  • Desviar las corrientes de lava a lugares deshabitados.

  • Realizar túneles de descarga del agua de los lagos situados en el cráter para evitar la formación de lahares.

  • Reducción del nivel de los embalses de las zonas próximas.

  • Instalación de sistemas de alarma y planificación de lugares de alto riesgo.

  • Prohibir o restringir las construcciones en lugares de alto riesgo.

  • Restricciones temporales del uso del territorio.

  • Construcción de viviendas especiales con tejados inclinados que eviten su desplome.


4.- RIESGOS SÍSMICOS. TERREMOTOS.

4.1.- Definiciones importantes sobre terremotos.

Un terremoto es la liberación instantánea y puntual de la energía elástica acumulada en las rocas al estar sometidas a esfuerzos tectónicos. Una falla es la rotura seguida del desplazamiento de cada uno de los bloques de las rocas de la superficie terrestre al estar sometidas a tensiones dirigidas. Normalmente, la primera causa genética de los terremotos es la generación de fallas, pero puede deberse también a otros procesos como erupciones volcánicas, impactos de meteoritos, explosiones nucleares, etc.

Las réplicas son nuevos seísmos de menor intensidad que se presentan posteriormente (días, semanas, meses e incluso años) después de un seísmo fuerte.

El hipocentro es la zona del interior terrestre que se rompe liberando la energía interna acumulada, pues suele ser el punto donde se produce la rotura de las rocas o la producción de fallas. El epicentro es la proyección perpendicular hasta la superficie terrestre del hipocentro de un terremoto.
El movimiento ondulatorio generado en las rocas por la liberación de energía acumulada en ellas durante los esfuerzos tectónicos se denomina onda sísmica. Existen dos tipos de ondas sísmicas, internas y superficiales. Las primeras se generan a partir del hipocentro, y las superficiales se propagan a partir del epicentro.

Las ondas sísmicas son captadas por sismógrafos, y se registran en sismogramas.

Las internas pueden ser primarias o P y secundarias o S. Las ondas P se propagan por cualquier tipo de medios, aunque son más lentas en medios líquidos. Son las que primero se sienten, dilatan y contraen el suelo, provocando cambios en su volumen; tienen un efecto de “retumbo”, hacen vibrar paredes y ventanas. Las ondas S son más lentas que las P y sólo se propagan en medios sólidos o semisólidos. Sus movimientos verticales y horizontales deforman el suelo y producen daños en las construcciones.

Las ondas externas son: Rayleigh o R y Love o L. Son ondas lentas, viajan por la periferia de la corteza terrestre, tienen gran amplitud y causan los mayores desastres. Las ondas Love tienen un movimiento perpendicular a la dirección de propagación y son muy rápidas (2-6 km/s), mientras que las Rayleigh, aunque más lentas (1-5 km/s) describen movimientos elípticos con respecto a las ondas P y S, por lo que su efecto es más notorio sobre las personas.
4.2.- Parámetros de medida.

Existen dos parámetros para medir los terremotos:

  • La magnitud: es la energía liberada en él, y nos indica el grado de movimiento que ha tenido lugar durante el seísmo. Se mide con la escala de Richter, que valora de 1 a 10 grados la energía elástica, por tanto, la peligrosidad. No refleja la duración.

  • La intensidad: es la capacidad de destrucción del terremoto. Se emplea para cuantificar la vulnerabilidad, es decir, los daños ocasionados por el seísmo. Se mide con la escala de Mercalli, que llega hasta 12 grados (I a XII).

  • Isosistas. Son líneas concéntricas que unen los puntos con la misma intensidad de un seísmo. Se valoran con números romanos y su valor va decreciendo a medida que nos alejamos del epicentro.


4.3.- Daños causados por seísmos = riesgos derivados.

Los daños dependen de la magnitud de los terremotos, de la distancia al epicentro, de la profundidad del foco, de la naturaleza del sustrato atravesado por las ondas sísmicas (rocas poco consolidadas amplifican el efecto), de la densidad de población, del tipo de construcciones que haya en la zona, etc. Los terremotos pueden ocasionar:

- Daños en los edificios (grietas o desplome).

- Daños en las vías de comunicación (carreteras, puentes, etc).

- Inestabilidad de las laderas (riesgo de avalanchas o deslizamientos).

- Rotura de presas (riesgo de inundaciones).

- Rotura de sistemas de conducción de gas o agua (riesgo de incendios e inundaciones).

- Desviación de cauces de ríos y desaparición de acuíferos.

- Licuefacción (efecto producido sobre terrenos poco consolidados como limos o arcillas, que por la vibración se vuelven fluidos, hundiéndose los edificios suprayacentes).

- Tsunamis (olas gigantes producidas por un maremoto) y seiches (olas inducidas en aguas continentales que pueden desbordarlas de su cauce, provocando inundaciones).
4.4.- Métodos de predicción y prevención de riesgos sísmicos.

4.4.1.- Métodos de predicción.

La predicción de seísmos a corto plazo hoy por hoy es imposible, pues no se sabe el momento exacto en el que se van a producir. Se sabe que están asociados a los límites de placas, y tras estudiar datos estadísticos se puede decir que ocurren con una periodicidad casi constante. De todos modos, para predecirlos:

  1. Se recurre a precursores sísmicos: cambios en el comportamiento de los animales, disminución en la velocidad de las ondas P, elevación del suelo, disminución de la resistividad de las rocas, etc.

  2. Se elaboran mapas de peligrosidad a partir de datos de seísmos anteriores.

  3. Se elaboran mapas de exposición con isosistas de magnitudes de otros seísmos.

  4. Se localizan las fallas activas por imágenes vía satélite e interferometría de radar.

4.4.2.- Métodos de prevención.

- Medidas estructurales.

a) Realizar construcciones sismorresistentes. Como material de construcción lo mejor es el acero, aunque la piedra o madera también resisten. Deben construirse los edificios en terrenos rocosos, lo más simétricos posible, equilibrados en masa (altos y rígidos), con muros reforzados con contrafuertes de acero en diagonal y con cimientos aislantes que absorben las vibraciones y les proporcionan flexibilidad.



b) Evitar el hacinamiento de edificios, construir los edificios separados entre sí.

c) Instalar conducciones de gas y agua flexibles o que se cierren automáticamente.

d) Sobre suelos blandos se recomiendan edificios bajos y poco extensos.

- Medidas no estructurales. Ordenación del territorio, protección civil con adecuados sistemas de vigilancia y control, educación para el riesgo, establecimiento de seguros.
5.- RIESGOS GEOMORFOLÓGICOS.

En este apartado incluimos todos aquellos riesgos geológicos externos causados por el movimiento del terreno, en los que interviene la acción de la gravedad.

Vamos a estudiar los movimientos de ladera, las subsidencias y colapsos, y los debidos a las arcillas expansivas.

5.1.- Movimientos gravitacionales de ladera.

Son desplazamientos de los materiales de una ladera a favor de la gravedad. Los factores condicionantes de estos desplazamientos pueden ser: litológicos, estructurales, climáticos, hidrológicos, topográficos, la vegetación. Los factores desencadenantes pueden ser naturales (fuertes precipitaciones, inundaciones, erupciones volcánicas, terremotos, cambios en el terreno debido a ciclos de hielo-deshielo o humedad-desecación, etc.) o inducidos por las actividades humanas (aumento de peso de la cabecera del talud por acumulación de escombros o por construcciones, excavaciones con retirada de materiales del pie del talud, explosiones al construir una mina, deforestación de taludes, etc.)

5.1.1.- Tipos de movimientos de laderas.

  • Reptación o creep. Es un descenso gravitacional discontinuo y lento de los materiales más superficiales del suelo ladera abajo, producido a consecuencia de la expansión del suelo al hidratarse y su posterior retracción al secarse. Se observa bien cuando se arquean los troncos de los árboles y por la acumulación de materiales en las zonas más bajas.



  • Coladas de barro. Es un flujo o caída continua y rápida de materiales plásticos sin que exista un plano de rotura. Suelen ser materiales blandos limosos o arcillosos que cuando contienen agua se vuelven muy plásticos. A veces aparecen como consecuencia de fenómenos volcánicos o sísmicos.



  • Solifluxión. Se da en lugares de dominio periglaciar. Es una mezcla de flujo y reptación. En estos sitios la parte profunda del suelo permanece siempre helada (permafrost) y sobre ella se asienta un suelo superficial que fluye en los deshielos (mollisol).

  • Deslizamientos. Son movimientos de las rocas o del suelo ladera abajo, pero sobre una superficie de rotura o de despegue. Los deslizamientos pueden ser:
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