Unidad 5 Geologia

GEOLOGÍA Y DESARROLLO DE LA SOCIEDAD CONTEMPORÁNEA La geología (del griego γεια, geo "Tierra" y λογος, logos "Estudio") es la ciencia que estudia la composición y estructura interna de la Tierra, y los procesos por los cuales ha ido evolucionando a lo largo del tiempo geológico. En realidad, la Geología comprende un conjunto de "ciencias geológicas", así conocidas actualmente desde el punto de vista de su pedagogía y desarrollo y aplicación profesional. Ofrece testimonios esenciales para comprender la Tectónica de Placas, la historia de la vida a través de la Paleontología, y como fue la evolución de ésta, además de los climas del pasado. En la actualidad la geología tiene una importancia fundamental en la exploración de yacimientos minerales (Minería) y de hidrocarburos (Petróleo y Gas Natural), y la evaluación de recursos hídricos subterráneos (Hidrogeología). También tiene importancia fundamental en la prevención y entendimiento de desastres como remoción de masas en general, terremotos, tsunamis, erupciones volcánicas, entre otros. Aporta conocimientos clave en la solución de problemas de contaminación medioambiental, y provee información sobre los cambios climáticos del pasado. Juega también un rol importante en la Geotécnia y la Ingeniería Civil. También se trata de una disciplina académica con importantes ramas de investigación. Por extensión, han surgido nuevas ramas del estudio del resto de los cuerpos y materia del sistema solar (astrogeología o geología planetaria).

5.1 FUNCIÓN DE LAS CIENCIAS GEOLÓGICAS Las Ciencias Geológicas estudian la Tierra en su conjunto. En realidad, la Geología comprende un conjunto de "ciencias geológicas", así conocidas actualmente desde el punto de vista de su pedagogía y desarrollo y aplicación profesional. Ofrece testimonios esenciales para comprender la Tectónica de Placas, la historia de la vida a través de la Paleontología, y como fue la evolución de ésta, además de los climas del pasado. En la actualidad la geología tiene una importancia fundamental en la exploración de yacimientos minerales (Minería) y de hidrocarburos (Petróleo y Gas Natural), y la evaluación de recursos hídricos subterráneos (Hidrogeología). También tiene importancia fundamental en la prevención y entendimiento de desastres como remoción de masas en general, terremotos, tsunamis, erupciones volcánicas, entre otros. Aporta conocimientos clave en la solución de

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problemas de contaminación medioambiental, y provee información sobre los cambios climáticos del pasado.

5.2 FUENTES DE ENERGÍA Las fuentes de energía son los recursos o medios naturales capaces de producir algún tipo de energía son elaboraciones naturales más o menos complejas de las que el ser humano puede extraer energía para realizar un determinado trabajo u obtener alguna utilidad. Por ejemplo el viento, el agua, el sol, entre otros. Estas fuentes pueden ser primarias o secundarias, renovables o no renovables. Un sistema energético comienza con la utilización de las fuentes de energía primarias, (petróleo crudo, agua o gas natural). Cuando este tipo de energía pasa a un centro de transformación, (una refinería de petróleo, central hidroeléctrica o termoeléctrica, etc.) se obtiene energía secundaria. Es el caso, por ejemplo, del agua (energía primaria) que luego de un intenso tratamiento en una central hidroeléctrica o termoeléctrica (centro de transformación) genera energía eléctrica (energía secundaria). Existen 9 tipos de energía: Energía nuclear: Energía liberada durante la fisión o fusión de núcleos atómicos. Las cantidades de energía que pueden obtenerse mediante procesos nucleares superan con mucho a las que pueden lograrse mediante procesos químicos, que sólo implican las regiones externas del átomo. La energía de cualquier sistema ya sea físico, químico o nuclear, se manifiesta por su capacidad de realizar trabajo o liberar calor o radiación. La energía total de un sistema siempre se conserva, pero puede transferirse a otro sistema o convertirse de una forma a otra. Energía cinética: Energía que un objeto posee debido a su movimiento. La energía cinética depende de la masa y la velocidad del objeto según la ecuación Las relaciones entre la energía cinética y la energía potencial, y entre los conceptos de fuerza, distancia, aceleración y energía, pueden ilustrarse elevando un objeto y dejándolo caer. Cuando el objeto se levanta desde una superficie se le aplica una fuerza vertical. Al actuar esa fuerza a lo largo de una distancia, se transfiere energía al objeto. La energía asociada a un objeto situado a determinada altura sobre una superficie se denomina energía potencial. Si se deja caer el objeto, la energía potencial se convierte en energía cinética. Energía potencial: Energía almacenada que posee un sistema como resultado de las posiciones relativas de sus componentes. Por ejemplo, si se mantiene una pelota a una cierta distancia del suelo, el sistema formado por la

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pelota y la tierra tiene una determinada energía potencial; si se eleva más la pelota, la energía potencial del sistema aumenta. Para proporcionar energía potencial a un sistema es necesario realizar un trabajo. Se requiere esfuerzo para levantar una pelota del suelo, estirar una cinta elástica o juntar dos imanes por sus polos iguales. De hecho, la cantidad de energía potencial que posee un sistema es igual al trabajo realizado sobre el sistema para situarlo en cierta configuración. La energía potencial también puede transformarse en otras formas de energía. Por ejemplo, cuando se suelta una pelota situada a una cierta altura, la energía potencial se transforma en energía cinética. Energía hidráulica: Ya desde la antigüedad, se reconoció que el agua que fluye desde un nivel superior a otro inferior posee una determinada energía cinética susceptible de historia convertida en trabajo, como demuestran los miles de molinos que a lo largo de la historia fueron construyéndose a orillas de los ríos. Más recientemente, hace más de un siglo, se aprovecha la energía hidráulica para generar electricidad, y de hecho fue una de las primeras formas que se emplearon para producirla.El conjunto de instalaciones e infraestructura para aprovechar este potencial se denomina central hidroeléctrica. Energía solar: Energía radiante producida en el sol como resultado de reacciones nucleares de fusión. Llega a la tierra a través del espacio en cuantos de energía llamados fotones, que interactúan con la atmósfera y la superficie terrestres. La intensidad de la radiación solar en el borde exterior de la atmósfera, si se considera que la Tierra está a su distancia promedio del Sol, se llama constante solar La intensidad de energía real disponible en la superficie terrestre es menor que la constante solar debido a la absorción y a la dispersión de la radiación que origina la interacción de los fotones con la atmósfera. Energía solar térmica: Un sistema de aprovechamiento de la energía solar muy extendido es el térmico. El medio para conseguir este aporte de temperatura se hace por medio de colectores. El colector es una superficie, que expuesta a la radiación solar, permite absorber su calor y transmitirlo a un fluido. Existen tres técnicas diferentes entre sí en función de la temperatura que puede alcanzar la superficie captadora. De esta manera, los podemos clasificar como:  Baja temperatura, captación directa, la temperatura del fluido es por debajo del punto de ebullición.  Media temperatura, captación de bajo índice de concentración, la temperatura del fluido es más elevada de 100ºC .

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 Alta temperatura, captación de alto índice de concentración, la temperatura del fluido es más elevada de 300ºC . Energía solar fotovoltaica: El sistema de aprovechamiento de la energía del Sol para producir energía eléctrica se denomina conversión fotovoltaica. Las células solares están fabricadas de unos materiales con unas propiedades específicas, denominados semiconductores Para entender el funcionamiento de una célula solar, debemos de entender las propiedades de estos semiconductores. Energía geotérmica: Nuestro planeta guarda una enorme cantidad de energía en su interior. Un volcán o un geiser es una buena muestra de ello. Son varias las teorías que tratan de explicar las elevadas temperaturas del interior de la Tierra. Unas sostienen que se debe a las enormes presiones existentes bajo la corteza terrestre; otras suponen que tienen origen en determinados procesos radiactivos internos; por último, hay una teoría que lo atribuye a la materia incandescente que formó nuestro planeta. Energía de mar: Los mares y los océanos son inmensos colectores solares, de los cuales se puede extraer energía de orígenes diversos. La radiación solar incidente sobre los océanos, en determinadas condiciones atmosféricas, da lugar a los gradientes térmicos oceánicos (diferencia de temperaturas) a bajas latitudes y profundidades menores de 1000 metros. La iteración de los vientos y las aguas son responsables del oleaje y de las corrientes marinas. La influencia gravitacional de los cuerpos celestes sobre las masas oceánicas provoca mareas.

5.3 YACIMIENTOS MINERALES Un yacimiento minero es aquel yacimiento en el cual la calidad y cantidad de los minerales presentes justifica un mayor estudio, el cual tiene por objetivo definir en cantidad, calidad, profundidad y dimensión el yacimiento con el fin de desarrollar las actividades mineras para que la explotación del yacimiento sea económicamente rentable con las tecnologías actuales. También se llama yacimiento a una formación de interés científico, especialmente en el campo de la paleontología (yacimiento paleontológico) cuando contiene restos fosilizados de seres vivos. Origen de los yacimientos minerales El origen de los yacimientos minerales puede ser tan variado como lo son los procesos geológicos, y prácticamente cualquier proceso geológico puede dar origen a yacimientos minerales. En un estudio más restrictivo, hay que considerar dos grandes grupos de yacimientos: Los de minerales, ya sean metálicos o

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industriales, que suelen tener su origen en fenómenos locales que afectan a una roca o conjunto de éstas, Los de rocas industriales, que corresponden a áreas concretas de esa roca que presentan características locales que favorecen su explotación minera. Procesos ígneos: Plutonismo: Produce rocas industriales (los granitos en sentido amplio), y minerales metálicos e industriales (los denominado yacimientos ortomagmáticos, producto de la acumulación de minerales en cámaras magmáticas). Volcanismo: produce rocas industriales (algunas variedades "graníticas", áridos, puzolanas), y minerales metálicos (a menudo, en conjunción con procesos sedimentarios: yacimientos de tipo "sedex" o volcano-sedimentarios). Procesos pegmaticos: pueden producir yacimientos de minerales metálicos (casiterita) e industriales: micas, cuarzo. Procesos neumatolíticos: e hidrotermales: Suelen dar origen a yacimientos de minerales metálicos muy variados, y de algunos minerales de interés industrial. Aspectos geológicos-geoquímicos, o en los económicos: Mena: Es el mineral cuya explotación presenta interés. En general, es un término que se refiere a minerales metálicos y que designa al mineral del que se extrae el elemento químico de interés (Cu de la calcopirita, Hg del cinabrio, Sn de la casiterita, entre muchos ejemplos posibles). En este caso de los minerales metálicos, se requiere un tratamiento de la mena, que en general comprende dos etapas: el tratamiento mineralúrgico y el metalúrgico (ver más abajo). Ganga: Comprende a los minerales que acompañan a la mena, pero que no presentan interés minero en el momento de la explotación. Ejemplos frecuentes en minería metálica son el cuarzo y la calcita. Conviene resaltar que minerales considerados como ganga en determinados momentos se han transformado en menas al conocerse alguna aplicación nueva para los mismos. Reservas: Cantidad (masa o volumen) de mineral susceptible de ser explotado. Depende de un gran número de factores: ley media, ley de corte (ver más abajo), y de las condiciones técnicas, medioambientales y de mercado existentes en el momento de llevar a cabo la explotación. Se complementa con el concepto de Recurso, que es la cantidad total de mineral existente en la zona, incluyendo el que no podrá ser explotado por su baja concentración o ley.

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Ley media: Es la concentración que presenta el elemento químico de interés minero en el yacimiento. Se expresa como tantos por ciento, o como gramos por tonelada (g/t) (equivale a partes por millón, ppm) u onzas por tonelada (oz/t). Ley corte: Es la concentración mínima que debe tener un elemento en un yacimiento para ser explotable, es decir, la concentración que hace posible pagar los costes de su extracción, tratamiento y comercialización. Es un factor que depende a su vez de otros factores, que pueden no tener nada que ver con la naturaleza del yacimiento, como por ejemplo pueden ser su proximidad o lejanía a vías de transporte, avances tecnológicos en la extracción, etc. Factor de concentración: Es el grado de enriquecimiento que tiene que presentar un elemento con respecto a su concentración. Procesos exógenos o superficiales Erosión: Es el proceso por el cual las rocas de la superficie de la Tierra, en contacto con la atmósfera y la hidrosfera, se rompen en fragmentos y sufren transformaciones físicas y químicas, que dan origen a fragmentos o clastos, y a sales, fundamentalmente. Las trasformaciones que implica la erosión pueden dar lugar a yacimientos, que reciben el nombre de yacimientos residuales. El transporte: De los clastos por las aguas y el viento, y de las sales por el agua, modifica la composición química tanto del área que sufre la erosión como del área a la que van a parar estos productos. Además, durante el propio transporte se producen procesos de cambio físicos y químicos, nuevas erosiones, depósito de parte de la carga transportada, etc. Sedimentación detrítica: Da origen a rocas como las areniscas, y a minerales que podemos encontrar concentrados en éstas, en los yacimientos denominados de tipo placer: oro, casiterita, gemas... Sedimentación química: Da origen a rocas de interés industrial, como las calizas, y a minerales industriales, como el yeso o las sales, fundamentalmente. La sedimentación orgánica: Origina las rocas y minerales energéticos: carbón e hidrocarburos sólidos (bitúmenes, asfaltos), líquidos (petróleo) y gaseosos (gas natural). También origina otras rocas y minerales de interés industrial, como las fosforitas, o las diatomitas, entre otras.

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5.4 ECOLOGÍA La ecología es la rama de la Biología que estudia las interacciones de los seres vivos con su hábitat Esto incluye factores abióticos, esto es, condiciones ambientales tales como: climatológicas, edáficas, etc.; pero también incluye factores bióticos, esto es, condiciones derivadas de las relaciones que se establecen con otros seres vivos. Mientras que otras ramas se ocupan de niveles de organización inferiores (desde la bioquímica y la biología molecular pasando por la biología celular, la histología y la fisiología hasta la sistemática), la ecología se ocupa del nivel superior a éstas, ocupándose de las poblaciones, las comunidades, los ecosistemas y la biosfera. ¿Por qué la ecología es multidisciplinaria? La ecología es multidisciplinaria porque en su estudio y practica, se llevan a cabo relaciones con otras ciencias como la genética, matemática, física o química, por ejemplo un ecólogo o un biólogo cuando hace un censo tiene que utilizar métodos estadísticos que son matemáticos, o por ejemplo cuando estudias el ciclo del agua o algún otro ciclo que se lleva a cabo en un ecosistema se producen procesos físico químicos o cuando se hace un análisis de pH eso es química pura, en fin, la ecología es el resultado de varias ciencias y la interacción entre ellas. ¿Ciencias que utiliza la ecología? Física: La Ecología utiliza a la Física porque todos los procesos bióticos tienen que ver con la transferencia de energía, desde los productores, que aprovechan la energía lumínica para producir compuestos orgánicos complejos, hasta las bacterias, que obtienen energía química mediante la desintegración de las estructuras moleculares de otros organismos Química: se usa en Ecología porque todos los procesos metabólicos y fisiológicos de los bio-sistemas dependen de reacciones químicas. Además, los seres vivientes hacen uso de las substancias químicas que se encuentran en el entorno. Geología: La Ecología se relaciona con la Geología porque la estructura de los biomas depende de la estructura geológica del ambiente. Los seres vivientes también pueden modificar la geología de una región. Geografía: Para la Ecología la Geografía es una disciplina muy importante a causa de la distribución específica de los seres vivientes sobre la Tierra.

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Matemáticas: Las matemáticas son imprescindibles para la Ecología, por ejemplo para el cálculo, la estadística, las proyecciones y extrapolaciones cuando los Ecólogos tratan con información específica acerca del número y la distribución de las especies, la evaluación de la biomasa, el crecimiento demográfico, la extensión de las comunidades y la biodiversidad, y para cuantificar las presiones del entorno en un bioma dado. La Climatología y la Meteorología: son disciplinas significativas que ayudan a los Ecólogos a entender cómo las variaciones en las condiciones del clima en una región dada influyen en la biodiversidad. La Climatología y la Meteorología ayudan a los Ecólogos para saber cómo los cambios regionales o globales del clima aumentan o reducen las probabilidades de supervivencia de los individuos, las poblaciones y las comunidades en una región dada, y para relacionar el clima regional con la distribución de los organismos sobre el planeta. Ética: La ética promueve los valores contenidos en el ambientalismo científico.

5.5 ABASTECIMIENTO DE AGUA Es evidente que un conocimiento de la geología es muy útil en la localización de un suministro de agua subterránea. A nivel local los hechos puede llegar a ser tan conocido empíricamente que el perforador de pozos es capaz de llegar [Pg. 76] resultados satisfactorios sin necesidad de utilizar otra cosa que el conocimiento geológico más cruda, pero en general, la atención a las consideraciones geológicas tiende a eliminar las fallas en la perforación de pozos y para asegurar un suministro de agua más seguro y satisfactorio. En la perforación de agua, es esencial para conocer la naturaleza, la sucesión y la estructura de las rocas debajo de la superficie con el fin de ser capaz de identificar y correlacionar ellos a partir de muestras de perforación. La mera identificación de las muestras es a menudo suficiente para determinar si un pozo ha sido perforado lo suficientemente lejos o demasiado para asegurar los resultados máximos. Con el fin de llegar a cualquier aproximación avance de los resultados para una localidad dada, un conocimiento de la geología general de toda la región puede ser necesario. Especialmente para los costosos pozos artesianos profundos que es necesario trabajar las posibilidades geológicas con suficiente antelación. Es inútil, por ejemplo, para buscar agua en un pozo artesiano de granito, pero en una zona de estratos ligeramente inclinada, con alternancia de capas porosas e impermeables, el experto puede determinar a menudo con un considerable grado

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de certeza la profundidad a la que un material poroso determinado estrato se encuentra, y la presión bajo la cual el agua será en este estrato concreto en un momento dado. Incluso el contenido mineral del agua en algunos casos puede ser predicho a partir del estudio geológico. Uno de los servicios más obvias y de utilidad inmediata del geólogo en la mayoría de las localidades es la recolección y preservación de muestras y para fines de identificación y correlación de las formaciones de roca, y como guía para nuevas perforaciones. La falta de conservar las muestras a menudo ha llevado a la duplicación inútil y costosa de la obra. El problema del abastecimiento de agua en algunas localidades es relativamente simple y fácil. En otras áreas hay una infinita variedad de condiciones geológicas que afectan el problema, y el geólogo se ve obligado a hacer valer todos los conocimientos científicos de cualquier tipo que se puede utilizar,-en particular el conocimiento en relación con el tipo de roca, el la estratigrafía y la estructura.

5.6 GEOLOGÍA APLICADA A LA INGENIERÍA. Geología Aplicada a la Ingeniería “Es la ciencia dedicada a la investigación, estudio y solución de problemas de la ingeniería y ambientales que surgen como resultado de la interacción entre la geología y las obras y actividades del hombre, así como a la predicción y desarrollo de medidas para la prevención o mediación de peligros geológicos. “En su objetivo entra la investigación de las condiciones geológicas de la construcción y explotación de obras de diferentes destino y tipo. Esta ciencia es de gran importancia en la ingeniería puesto que se encarga del estudio de las rocas y demás materiales de la naturaleza y que se ocupan para la construcción de cualquier magnitud. Para ello debemos tener algunos conocimientos de los siguientes temas:  - Conocimientos sistematizados de los materiales.  - Materiales adecuados para los diferentes tipos de cimentaciones, ya que son esencialmente geológicos.  - Acerca de donde y como podemos hacer cierto tipo de excavaciones.  - Conocimiento acerca de aguas subterráneas y los elementos de la hidrología subterránea.

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 - Acerca de aguas superficiales, como se presentan sus efectos de erosión, como es su transporte y su sedimentación, entre otras cosas.  - La capacidad de leer y poder interpretar informes geológicos, como mapas, planos geológicos, topográficos, etc., siendo de vital importancia para la ejecución de cualquier obra.  - Sobre todo reconocer los problemas geológicos de la naturaleza, que es donde habitamos. La geología se utiliza de variadas formas en obras hidráulicas, entre las que podemos mencionar: Pozos de punta captación; la mayoría de los problemas de drenaje en los variados proyectos de ingeniería no tienen la magnitud de otros. Para ello hay existen métodos que se aplican en el uso de pozos de captación. El sistema se compone básicamente de una bomba especial y varios pozos de punta de captación para abatir el nivel de agua freática bajo el nivel de excavación mas profunda; de esta manera se facilita el avance de las excavaciones y se evitan los problemas causados por el agua. Centrales hidroeléctricas subterráneas; la idea de situar centrales hidroeléctricas o bombeo subterráneo es muy conocida, ya que tubo su desarrollo a partir de la segunda guerra mundial. Las turbinas impulsadas por el agua se sitúan en el fondo de excavaciones profundas y se conectan con los generadores situados en la superficie por medio de flechas de acero por lo que no se puede considerar subterránea en su totalidad. - Cimentación de presas; la construcción de una presa almacenadora de agua, provocan una alteración mayor a las condiciones naturales que cualquier otro tipo de obra de ingeniería civil. Obra de control fluvial; las obras fluviales en esencia regulan la corriente natural de un río dentro de un curso bien definido, generalmente el que suele ocupar la corriente, ya que la desviación del curso probablemente ocurrirá durante los periodos de caudales de avenida, por lo que la obra consiste en regular la avenida. Las partes principales de la geología de ingeniería son la teoría respecto ala propiedades ingeniero-geológicas de las rocas (petrografía de ingeniería) y de los macizos de rocas (geología de ingeniería de los macizos de rocas) y de la geodinámica de ingeniería. La petrografía de ingeniería: Se investigan las propiedades de las rocas, que determinan su comportamiento en la esfera de influencia de los trabajos de ingeniería y de las construcciones. En el plano teórico el problema fundamental es

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el estudio de la naturaleza de las propiedades de las rocas, cuyo conocimiento constituye una base científica para su predicción y control de estas propiedades La geología de ingeniería de los macizos de rocas: Tienen como problema el estudio de las pilas de rocas como medio de ejecución de los trabajos de ingeniería (en particular, de minería) e instalación de las obras. El papel de esta parte de la geología de ingeniería crece a medida que aumentan las escalas de construcción subterránea, sobre todo los trabajos de construcción minera y de explotación de minas. En el plano teórico la geología de ingeniería resuelve problemas de tipificación ingeniero-geológico y apreciación de las propiedades de los macizos de rocas. La geodinámica de ingeniería: Se investigan los procesos geológicos y los fenómenos ingeniero-geológicos, que determinan el ambiente geodinámica de edificación y explotación de las obras. En el plano teórico en ella se elaboran las bases teóricas y los métodos de apreciación de las condiciones geodinámicas de la construcción y predicción de las alteraciones de estas condiciones bajo el influjo de los trabajos de ingeniería y de las obras.

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