Tema 2
La geosfera. Minerales y rocas
1.- Introducción 2.- La geosfera 2.1.- Estructura y composición de la Tierra 3.- Los minerales 3.1.- Propiedades de los minerales 3.2.- Importancia de los minerales 4.- Las rocas 4.1.- Tipos de rocas 4.2.- Características de las rocas 4.3.- Importancia de las rocas 5.- Explotación de minerales y rocas
1.- Introducción
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El planeta Tierra, al igual que el resto de planetas rocosos de nuestro Sistema Solar, se originó hace unos 4.500 m.a. a partir de materiales dejados por el Sol durante su formación. Los materiales fueron chocando entre sí y agrupándose, dando lugar a rocas cada vez mayores.
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Los choques de los impactos originaron un aumento de temperatura que fundieron toda la masa de tierra, provocando y formando las capas de la Tierra:
Los materiales fundidos se fueron colocando por capas según su densidad, los más densos se hundieron hasta el interior y los menos densos se quedaron en la superficie. Por este motivo, la parte sólida de la Tierra, llamada geosfera, está dividida en capas. Debido a las altas temperaturas empezaron a formarse gases por la ebullición de muchos materiales y, gracias a la gravedad de la Tierra, quedaron atrapados y girando a su alrededor, dando origen a la atmósfera. Los meteoros ahora se desintegraban en la atmósfera y no impactaban en la tierra, lo que provocó una disminución de temperatura y, con ello, la condensación del vapor de agua, cayendo a la superficie y formando la parte líquida del planeta, la hidrosfera. Cuando se formaron estas capas, surgió la vida, extendiéndose por todo el planeta y dando lugar a la biosfera. La Tierra queda dividida en cuatro capas: la geosfera, la atmósfera, la hidrosfera y la biosfera, que iremos estudiando a lo largo del curso.
2.- La geosfera
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Se define como la parte sólida de nuestro planeta y se caracteriza por las capas que la componen y la dinámica que posee. La Tierra no es una esfera perfecta, pero su radio medio es de 6.371 km y se compone por una serie de capas denominadas, de fuera a dentro, corteza, manto y núcleo. Cada una posee una composición, una densidad y un estado diferentes. Teniendo en cuenta la profundidad de la Tierra y sabiendo que el pozo más hondo que se ha excavado nunca ha sido de unos 12 km, se plantean varias preguntas: ¿Cómo es el interior de la Tierra? ¿Cómo se saben los materiales que forman nuestro planeta sin verlo? Para responderlas es importante entender varios conceptos: ¿Cómo se transmite el sonido? ¿Las vibraciones se propagan a la misma velocidad a través de todos los materiales? ¿Qué ondas atraviesan la Tierra para ver la velocidad de propagación a través de ellas?
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Para determinar la composiciĂłn de la Tierra se utilizan las ondas que se producen en los terremotos. Dependiendo del viaje que sufran y el tiempo que tarden tendremos unos materiales u otros y en estado lĂquido o sĂłlido.
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2.1.- Estructura y composición de la Tierra: Por las características en la formación del planeta, las tres capas se ordenan por su densidad creciente, y se consolidaron a medida que se fueron solidificando los materiales:
Núcleo: Es la capa más interna y la más densa. Está formada principalmente por Hierro (Fe) en un 90%, pero también contiene otros compuestos como el Níquel (Ni). Esta capa tiene un grosor de unos 3.500 km en la que se distinguen dos zonas: Núcleo interno: Es la última capa de la Tierra y la más densa, está en estado sólido y tiene un grosor de unos 1.200 km. Núcleo externo: Está encima del núcleo interno y debajo del manto, sus materiales están fundidos por las altas temperaturas a las que están sometidos (unos 5.000º C) y posee un grosor de unos 2.200 km. La zona que separa el manto y el núcleo se llama discontinuidad de Gutenberg. Los materiales férricos que componen el núcleo son los que crean el campo magnético que posee la Tierra, actuando como un enorme imán con un polo en el norte y otro en el sur. Este fenómeno es el que permite orientar la aguja de una brújula, crea las auroras boreales y astrales y nos protege del viento solar que emana del Sol.
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Manto: Es la capa intermedia de la Tierra, está situada entre la corteza y el núcleo y tiene un espesor de casi 3.000 km. Esta capa, menos densa que el núcleo, está compuesta principalmente por Fe y Magnesio (Mg). Por las altas temperaturas que provienen del núcleo, los materiales que lo forman se mueven hacia arriba y hacia abajo a medida que se calientan o enfrían, originando las denominadas corrientes de convección. Aquí también se distinguen dos capas: Manto inferior: Tiene unos 2.200 km de espesor y está en contacto con el núcleo. La zona que separa ambas capas se denomina discontinuidad de Gutenberg. Manto superior: Su espesor es de unos 600 km, es menos denso que el manto inferior y se sitúa debajo de la corteza.
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Corteza: Es la capa rocosa que rodea la parte más externa de la Tierra, es muy fina y la menos densa de todas las capas. También se divide en dos:
Corteza terrestre: Forma los continentes, su grosor varía entre los 10 y los 70 km y es la capa menos densa de todas. Corteza oceánica: Forma los fondos oceánicos, es muy fina, con unos 10 km de espesor, y es más densa que la corteza continental. Debajo de la corteza se sitúa el manto y la zona que separa ambas capas se denomina discontinuidad de Mohorovicic.
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La clasificación anterior se basa en la composición y densidad de los materiales, pero si nos fijamos en su movilidad podemos diferenciar una capa formada por la corteza y la parte más externa del manto. Esta capa se llama litosfera y está fragmentada en grandes trozos o placas que se irán moviendo y serán las responsables de los agentes geológicos internos como los terremotos y los volcanes.
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3.- Los minerales
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Son sólidos inorgánicos que tienen un origen natural, una composición química definida y, en su mayoría, una estructura cristalina. Sólidos inorgánicos
No proceden de los seres vivos
Origen natural
No se han elaborado por el ser humano
Composición química definida
Están formados por uno o varios elementos químicos en unas proporciones fijas
Estructura cristalina
Los elementos químicos que los forman están ordenados formando estructuras definidas
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Galena
Cuarzo
Calcita
Fluorita
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3.1.- Propiedades de los minerales: Al estar formados por una composición fija y definida, se pueden extraer cualidades que serán únicas para cada mineral: Dureza: Es la resistencia que oponen a ser rayados por otro mineral. Para determinar su dureza se utiliza la escala de Mohs. donde el más blando es el talco y el más duro el diamante. Brillo: Comportamiento del mineral cuando la luz se refleja en él. Los hay con brillo metálico, vítreo, graso... y los que no presentan brillo son mate. Color: No es el factor más importante porque hay minerales que pueden tener varios colores, pero en otros casos son bastante característicos. Diafanidad: Capacidad de dejar pasar la luz a través de ellos. Según su comportamiento serán opacos, translúcidos o transparentes. Exfoliación: Capacidad de partirse y formar superficies regulares, si no es así, presentan fractura y no exfoliación. Existen muchas más propiedades, como la estructura cristalina que forman, el magnetismo, la solubilidad o su densidad.
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3.2.- Importancia de los minerales: Los minerales han tenido una gran importancia para el ser humano desde la antigüedad, su uso se debe principalmente a tres motivos: Extracción de un elemento químico: Como los minerales tienen una composición química definida, se pueden utilizar para extraer un elemento químico que sea de utilidad: Fe2O3 → Fe
Al2O3 → Al
CuFeS2 → Cu
ZnS → S
Como materia prima: Hay minerales con múltiples utilidades, como el yeso (escayola, tiza o aislante térmico) o aquellos que se usan como pigmentos por su coloración. Se utilizan en joyería: Gracias a su escasez y a sus características visuales, se utilizan en joyería las llamadas piedras preciosas o gemas como el rubí o la esmeralda. El ámbar se utiliza también en joyería: ¿es un mineral?
4.- Las rocas
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Se definen como la unión de uno o varios minerales excepto algunas, como el carbón, que se forman a partir restos orgánicos. La ciencia que las estudia se llama petrología. Al ser agregados de minerales, no poseen tantas propiedades como éstos, de las rocas se destaca su composición (el conjunto de minerales que los forma) y su textura (el tamaño y la disposición de los minerales en la roca). 4.1.- Tipos de rocas: Se clasifican según el proceso de formación: Se forman en el interior de la Tierra (rocas endógenas)
Se forman en la superficie terrestre
Rocas Rocas magmáticas metamórficas
Rocas sedimentarias
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Rocas magmáticas: En el interior de la Tierra la temperatura y la presión son tan altas que las rocas se funden y forman el magma. Cuando el magma se enfría se forman las rocas magmáticas. Hay dos tipos:
Rocas plutónicas: El magma se enfría lentamente en el interior de la tierra. El granito o la sienita son dos ejemplos. Rocas volcánicas: Se enfrían rápidamente durante la erupción de un volcán. Como ejemplo, están la obsidiana o la pumita. Granito Obsidiana Sienita Pumita
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Rocas metamórficas: Se forman a altas temperaturas y presiones en el interior de la tierra, pero a partir de roca sólida y no fundida como ocurre con las magmáticas (es decir, se forman a partir de otras rocas en el interior de la tierra). El proceso de formación se llama metamorfismo y forma rocas como el mármol o la pizarra.
Pizarra
Mármol
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Rocas sedimentarias: Son las únicas rocas que se forman en la superficie de la Tierra gracias a los agentes geológicos externos como el viento o el agua. Estos agentes provocan erosión, transporte y sedimentación que acumularán sedimentos en las cuencas sedimentarias. En las cuencas sufren procesos de compactación y cementación que originarán rocas diferentes como las areniscas, conglomerados, caliza o carbón. Caliza
Arenisca Antracita
Conglomerado
Tema 2.- La geosfera. Minerales y rocas Meteorizaci贸n Sedimentaci贸n Cristalizaci贸n Transporte
Metamorfismo
Fusi贸n
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Ciclo de las rocas
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4.2.- Características de las rocas: Como están formadas por diferentes minerales, la mejor forma de diferenciarlas será observando las propiedades de su textura y su estructura, indicando el tipo de roca y su proceso de formación:
Rocas magmáticas
- Rocas plutónicas: Al formarse lentamente tienen muchos cristales, como el granito. - Rocas volcánicas: Al enfriarse muy rápido tienen menos cristales y poros como la pumita.
Rocas metamórficas
Como se forman lentamente forman cristales y como se forman por mucha presión se pueden ver láminas (exfoliación) como ocurre con la pizarra.
Rocas sedimentarias
Al formarse por la unión de sedimentos, son rocas con granos de diferentes tamaños como los conglomerados. Existen más tipos que se forman por disolución o por restos orgánicos.
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4.3.- Importancia de las rocas: Se utilizan para extraer los minerales que contienen, directamente en la fabricación de materiales de construcción o como elementos ornamentales: Se utilizan para fabricar hormigón, cemento, ladrillos o adoquines.
Se pueden utilizar directamente como la pizarra, el granito o el mármol (utilizados en la construcción), el carbón o el petróleo (para obtener energía) o las arcillas (usadas en cerámica).
5.- Explotación de minerales y rocas
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Gracias a factores geológicos diversos, podemos encontrar zonas con una abundancia superior a la normal de algún mineral o roca, es lo que se conoce como un yacimiento. Si su extracción es económicamente rentable, se procederá a su explotación, que puede ser por: Minería de interior: Se realiza bajo tierra mediante la excavación de pozos y galerías. Minería a cielo abierto: Se hacen socavones sucesivos para ir extrayendo el mineral o la roca.
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Atmósfera
Parte gaseosa
Hidrosfera
Parte líquida
Geosfera
Parte sólida
Biosfera
Seres vivos
Capas de la Tierra
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Superior
Dureza Brillo Diafanidad Exfoliaciรณn Color
Propiedades
Inferior Manto
Oceรกnica
Minerales
Geosfera
Corteza
Formada por
Nรบcleo
Continental
Rocas
Externo Interno
Sรณlido inorgรกnico Origen natural Composiciรณn definida Estructura cristalina
Clasificaciรณn
Definiciรณn Agregados naturales de uno o varios minerales Definiciรณn
Magmรกticas
Plutรณnicas
Metamรณrficas
Volcรกnicas
Sedimentarias