Locos por la Geología

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Seguramente recuerdan ustedes que venimos aprendiendo lentamente a reconocer las diversas propiedades físicas que permiten el reconocimiento macroscópico de los minerales, y que al estudiar el color, nos quedó pendiente un temita que completa ese conocimiento: la raya mineral (Streak en inglés).

Por supuesto, sería interesante que repasaran antes el tema del color, ya que la manera en que aprendimos a denominarlo allí, puede aplicarse también a la raya, si así se desea.

¿Qué es la raya del mineral?

La raya es la propiedad que permite reconocer el color verdadero del mineral, y que resulta mucho más importante que el color directamente visible en el ejemplar entero, ya que a diferencia de este último, la raya es invariable.

En el post que les recomendé leer primero, les expliqué entre otras cosas, que el color puede sufrir muchas variaciones, algunas de las cuales son debidas a deformaciones en la configuración de la red cristalina, lo que determina que los ángulos de incidencia y reflexión de la luz cambien dentro de un cierto rango, y con ellos, la apreciación óptica del color.

¿Cómo se determina la raya?

Como lo que se desea es independizarse de las irregularidades de la red cristalina que afectan el color, la manera más sencilla es destruir las caras de los cristales de tamaño suficiente como para desviar sensiblemente la luz, aun cuando su tamaño sea invisible al ojo humano.

Por eso, las dos alternativas para reconocer la raya son:

• moler el mineral hasta obtener un polvo fino, el que se coloca en un tubo de ensayo, para observarlo exponiéndolo a la luz blanca. Por supuesto este método implica la destrucción de al menos una parte del ejemplar, razón por la cual sólo se aplica cuando no se trata de un cristal perfecto, ni tiene formas que se desea preservar, y el tamaño es lo bastante grande como para poder tomar una pequeña esquirla del material sin que éste pierde su valor o interés.
• como normalmente ningún coleccionista ni mineralogista está dispuesto a lastimar irreparablemente sus amados ejemplares, se ideó, en cambio la alternativa de utilizar lo que se conoce como placa de raya.

¿Qué es una placa de raya?

Se trata de una placa blanca, dura y porosa, que generalmente es de porcelana no vitrificada, como puede ser el dorso de un azulejo, sobre la cual se desliza, ejerciendo una cierta presión, una punta sobresaliente de la muestra a determinar.

Si el mineral es más blando que la placa, dejará una traza pulverulenta del verdadero color del mineral. El método se basa en el mismo principio según el cual una tiza, al ser más blanda que la pizarra en la que se escribe, deja un trazo bien discernible sobre ella.

¿Qué precauciones deben tomarse?

• En primer lugar, asegurarse de que el mineral sea más blando que la placa de raya, de lo contrario, las marcas de desgaste no corresponderán al mineral sino a la placa misma, y no se pueden usar para definir el color del ejemplar. Normalmente la dureza de la placa de raya ronda el grado cinco o seis de la escala de Mohs (de la que pronto hablaremos también), de tal suerte que minerales más duros no se pueden explorar con ella.
• Rayar la placa con el mineral mismo, evitando zonas recubiertas de óxidos o pátinas ajenas al ejemplar de interés.

¿Qué limitaciones tiene la raya como propiedad diagnóstica?

La mayor dificultad es que existe una amplia mayoría de minerales que presentan raya blanca, de modo que sólo puede aplicarse a aquellas especies que tienen una raya de color diferente, y por supuesto, invariable por definición.

Un ejemplo característico es la hematita, que debe su nombre al término hemós= sangre, pese a que la gran mayoría de las veces su color visible es negro o gris acerado. Pero claro, su raya siempre es roja, y de allí viene su nombre.

¿Cuál es la confusión más común con relación a la raya?

Muchas veces, hasta los alumnos avanzados de Geología suelen confundir la raya con la dureza del mineral, pero ya pronto en otro post hablaremos de esa propiedad que no tiene absolutamente nada que ver con su color.

Por hoy, ya pueden salir al recreo. 😀

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

P.S.: la foto que ilustra el post es de Wikipedia, y la siguiente es de la visita de Pulpo al Museo de Ciencias Naturales de Los Ángeles, en Estados Unidos.

Como pueden deducir del título, si no visitaron el post la semana pasada, les conviene empezar por allí, antes de entrar en el post de hoy, en que sólo voy a contarles de uno de los grandes grupos de acuíferos: los confinados.

En el post de la semana pasada contesté las siguientes preguntas:

¿Cuántos tipos de acuíferos existen?

¿Cómo se forman los acuíferos libres?

¿De qué depende la posición del límite entre la zona vadosiana y la saturada?

¿Qué son las corrientes efluentes?

¿Qué son las corrientes influentes?

¿Qué importancia tiene la posición del nivel hidrostático?

¿Qué son los acuíferos colgados?

Hasta aquí, lo ya tratado. Les recuerdo una vez más que todo lo que les presenté en la primera parte hace referencia al acuífero más superficial, pero existen también otros acuíferos más profundos, con una dinámica algo diferente, que se conocen como confinados.

¿Qué son los acuíferos confinados?

Son aquéllos cuya recarga es menos dependiente de las precipitaciones locales, porque están aislados de la superficie puesto que el material poroso y permeable (acuífero) saturado con agua, se halla dentro de un paquete de estratos impermeables, (acuícludos o acuífugos) que lo limitan por arriba y por abajo.

En esos casos, el agua no ha podido percolar en forma directa, y normalmente la recarga ocurre a distancia, aguas arriba, en algún punto en que el material permeable aflora,

Desde el lugar de ingreso, el agua fluye subsuperficialmente hacia abajo por la topografía, constituyendo lo que se conoce como flujo artesiano.

¿Qué es un flujo artesiano?

Es una movilización subsuperficial de agua que fluye (poro a poro) entre estratos impermeables. Obviamente, en esas situaciones, el agua está sometida a una presión que corresponde al peso total del acuífero por encima del punto de medición.

Dicha presión puede llegar a ser muy importante, y varí entre la zona de alimentación o carga, y el punto en que ocurre la extracción o liberación natural- sea en forma de manantiales, cursos surgentes u oasis- siguiendo una curva ligeramente descendente que se conoce como nivel piezométrico.

Lamentablemente hay una cierta confusión entre los términos «artesiano» y «surgente», cuando se aplican a los pozos. No obstante existen diferencias conceptuales que paso a intentar esclarecer.

¿Cuándo un pozo artesiano es surgente?

Cuando se perfora un pozo hasta el nivel de un acuífero confinado, el agua asciende espontáneamente hasta alcanzar el nivel piezométrico. Si dicho nivel está por debajo de la superficie topográfica, el pozo será artesiano, por estar sometido a presión. Sin embargo, no será surgente, y habrá que completar la extracción hasta la superficie, mediante bombeo.

En cambio, si el nivel piezométrico es más alto que la superficie del terreno, el agua, en su tendencia a alcanzarlo, surge de manera espontánea, constituyendo un pozo artesiano surgente.

La diferencia está muy clara en la figura que ilustra el post.

Bibliografía:

ARGÜELLO, Graciela L. 2002. LOS RECURSOS SUELO Y AGUA. Libro de Texto para el Trayecto Ciencias de la Tierra, del PROGRAMA DE POSTITULACIÓN EN CIENCIAS NATURALES, de la F.C.E.F. y Naturales de la U.N.Cba. 86 págs. ISBN Nº987-9406.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

Vengo hablándoles del agua desde hace muchos posts, y para seguir la ilación del tema, deberían ir por lo menos a ver los relativos al ciclo del agua. Y les recomiendo que una vez en ese post sigan todos los enlaces que vayan encontrando, porque es un tópico importante.

Sobre todo, deben leer el post en el que está la definición de los acuíferos, porque éste es su directa continuación.

Dicho todo lo cual, pasemos al tema específico de hoy.

¿Cuántos tipos de acuíferos existen?

Primero aclaremos que hoy nos estamos refiriendo al término en su sentido estricto (ss), según fue definido en el post que les sugerí repasar, un poco más arriba.

Y ahora sí, digamos que en principio, la primera gran división que se plantea es entre los acuíferos libres, de los que hablaremos hoy, y los confinados, que serán tema de la segunda parte del post, el próximo lunes.

Los acuíferos libres son los primeros que se encuentran si se desciende desde la superficie del terreno. Es decir que su posición es la más somera, y se los conoce también como capas freáticas.

La capa freática de cada región reconoce un piso impermeable, pero no un techo, ya que sobre él no hay materiales que no permitan el paso del agua. Esa circunstancia es precisamente la que permite su recarga más o menos constante.

¿Cómo se forman los acuíferos libres?

Dados los requisitos de porosidad y permeabilidad, el agua que resulta infiltrada en el terreno, desciende por percolación, y en parte también lateralmente por circulación subsuperficial, hasta encontrar una capa impermeable, (acuícludo) que le impide continuar el descenso, con lo cual, los sedimentos sobre ese límite se saturan con agua.

Esta parte de los materiales subterráneos que están conteniendo agua hasta la saturación, son los que se conocen como acuíferos ( acua= agua; feros= portador), o capas o napas de aguas subterráneas.

Toda la porción del terreno que queda por encima del nivel saturado, y por la cual drena el agua libremente hacia abajo, se denomina zona vadosiana o de aguas vadosas, y tiene con las napas subterráneas un límite fluctuante que se denomina nivel hidrostático, o water table, según la terminología inglesa de uso muy difundido en la bibliografía. Todo esto puede verse en la figura que ilustra el post.

¿De qué depende la posición del límite entre la zona vadosiana y la saturada?

El límite entre la zona saturada y la zona vadosiana, resulta del equilibrio entre la fuerza gravitacional que, junto con las extracciones y pérdidas conducen el agua hacia abajo; y las recargas, que la impulsan hacia arriba.

Además de las recargas, actúan otras dos fuerzas menores: la capilaridad y la tensión superficial, que pueden llevar algo de agua unos pocos centímetros más arriba del propio nivel hidrostático, pero esa agua estará fuertemente retenida por los poros que ocupa, y no resultará accesible al uso humano.

El hidrostático es en definitiva el nivel que el agua alcanza naturalmente en un pozo, y va variando con los cambios por aporte, que lo hacen ascender; o  que por extracción sea humana o por raíces de plantas, etc, le provocan el descenso. Todo lo cual depende de los factores que en su momento expliqué en otro post anterior.

Aquí cabe mencionar que los aportes comprenden tanto las precipitaciones, como el agua de fusión de los glaciares, la que procede de escurrimiento superficial y subsuperficial desde relieves más altos, o la que es eventualmente aportada por la infiltración desde los lechos de corrientes o reservorios superficiales. En este último caso, debemos referirnos a los conceptos de corrientes efluentes e influentes.

¿Qué son las corrientes efluentes?

Se denominan corrientes efluentes los cursos que son alimentados desde los acuíferos subterráneos, debido a que la topografía del cauce queda por debajo del nivel hidrostático, y desde allí el agua se transfiere al curso en cuestión.

Estas corrientes constituyen otro modo alternativo de extracción de agua. Tanto este concepto como el siguiente están ilustrados en la figura 1.

 Figura 1.

¿Qué son las corrientes influentes?

A la inversa del caso anterior, las corrientes que entregan agua al acuífero, se denominan influentes.

En un mismo emplazamiento topográfico, una corriente puede comportarse aternativamente como efluente o influente, en distintos períodos climáticos, según suba o baje el nivel hidrostático.

¿Qué importancia tiene la posición del nivel hidrostático?

Según hemos visto más arriba, esa posición es resultante de un balance entre lo que se extrae y lo que se repone, vale decir que una extracción que exceda el ritmo de recuperación natural del acuífero, puede llegar a agotarlo.

Un pozo que alcance la profundidad del nivel hidrostático propio de la estación seca, cuando hay menos carga en el acuífero, tendrá provisión de agua todo el año, no así el pozo que termine en el nivel hidrostático de la estación húmeda, que podrá secarse temporariamente. Otro tanto ocurre con los manantiales naturales, según estén por encima o por debajo de dicho nivel. (Figura 2). De lo dicho en este párrafo y el precedente puede deducirse también que aun sin agotar un acuífero, un descenso excesivo del nivel hidrostático puede secar pozos productivos y hacer desaparecer manantiales, de manera definitiva.

Figura 2

¿Qué son los acuíferos colgados?

Hay situaciones muy complejas, en las que los acuíferos resultan desconectados del nivel piezométrico regional, por quedar retenidos en lentes de materiales impermeables, por encima del nivel freático. Dichos acuíferos se denominan colgados. (Figura 3)

Figura 3

Recuerden que los acuíferos confinados y su dinámica quedan pendientes para la segunda parte de este post, que podrán leer el lunes próximo.

Bibliografía:

ARGÜELLO, Graciela L. 2002. LOS RECURSOS SUELO Y AGUA. Libro de Texto para el Trayecto Ciencias de la Tierra, del PROGRAMA DE POSTITULACIÓN EN CIENCIAS NATURALES, de la F.C.E.F. y Naturales de la U.N.Cba. 86 págs. ISBN Nº987-9406.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

Ya les he dicho muchas veces que para entender cosas como el cambio climático, no podemos desprendernos del entorno cósmico de nuestro planeta.

Por eso es que vengo lentamente avanzando con el conocimiento del universo primero, y ahora ya más metidos en el «barrio» en que vivimos, nos estamos adentrando en las características del Sistema Solar.

Les recomiendo pues que repasen los posts relativos a las leyes que rigen su dinámica, y también los más descriptivos, para comprender los elementos que lo constituyen.

¿Qué ley nos ocupa hoy?

La ley de Titius-Bode, que fue enunciada por el astrónomo Titius en 1776, y luego perfeccionada por Bode.

En ella se describe la distribución de los cuerpos celestes en el interior del Sistema Solar, lo que se logra a través de una relación matemática entre las respectivas distancias de los planetas al Sol. Dichas distancias se miden en «unidades astronómicas».

¿Qué es una unidad astronómica?

Una unidad astronómica (u.a.) es la distancia media del centro de la Tierra al centro del Sol. Y digo distancia media, porque si ustedes recuerdan las leyes de Kepler, que ya les recomendé repasar, las órbitas que describen los planetas alrededor del sol son elípticas, no circulares. Esto implica que hay un afelio y un perihelio a lo largo del año solar. El afelio es el momento de mayor alejamiento, y a la inversa, el perihelio es cuando la Tierra y el Sol más se aproximan.

Por esa razón, se habla de distancia promedio cuando se define la unidad astronómica.

¿Cómo se expresa matemáticamente la ley de Titius Bode?

La ecuación matemática que define- en unidades astronómicas «a»- la distancia entre cada planeta y el Sol, es:

a=0,4 + 0,3×2ⁿ ,  siendo n=1 para la Tierra.

Lo cual es obvio, porque a es precisamente la definición de la unidad astronómica, valiendo 1 para la Tierra, y como veremos más abajo, n también debe valer 1 para la Tierra si ha de cumplirse la relación matemática.

En definitiva, el patrón unitario es siempre relativo a nuestro propio planeta, porque después de todo, el ser humano siempre se considera a sí mismo como el centro de todo.

¿Cómo se aplica esta fórmula en cada caso?

Para Mercurio; n=1-2, ya que está dos lugares antes que la Tierra.

De allí surge:

a=0,4+ 0,3x 2 ^1-2 y siendo 2^-1  =½ , resulta

a =0,4+ 0,3x ½  es decir  a=0,4 +0,15= 0,55 u.a.

Y efectivamente, Mercurio se encuentra a muy poco más que la mitad de la distancia entre la tierra y el Sol.

Para Venus, a su vez;  n= 1-1=0,de donde

a= 0,4 + 0,3×2⁰  y siendo 2 ⁰ =1, resulta
a= 0,4 + 0,3 =0,7 u.a.
Y en efecto allí está Venus.

Para la Tierra:

a= 0,4 + 0,3×2 ¹  y ya que 2 ¹ =2,
a= 0,4 + 0,6  es decir  a= 1 u.a. Que por definición es la posición de la Tierra.

Para Marte:

a= 0,4 + 0,3×2 ¹⁺¹
a= 0,4 + 0,3×4= 0,4 + 1,2  y  a=1,6.

Siguiendo cálculos semejantes, se obtienen valores tales como 2,8; 5,2; 10; 19,6; 38,8; 77,2.

¿Se cumple esta ley en todos los casos?

Casi, porque todas estas distancias están en efecto ocupadas por planetas, salvo la correspondiente a 2,8 unidades astronómicas, que se halla «libre».

¿Qué consecuencias tuvo este descubrimiento?

Esta ley sugería la existencia de un planeta en la distancia de 2,8 u.a., predicción que fue confirmada en 1801 al descubrirse aproximadamente en esa posición, un pequeño cuerpo al que se denominó Ceres.

Luego se supo que Ceres no era el único cuerpo que orbitaba al Sol en esa región, sino que se trasladaban también allí, otros a los que se fue designando como Eros, Vesta, Palas, etc., a todos los cuales se llamó asteroides, y que se suponía formaban parte de un único planeta actualmente desintegrado, por causas que no se han dilucidado.

Conviene señalar que un gran número de investigadores creen en cambio, que estos asteroides son los restos de un planeta en embrión, cuya integración final fracasó por causas que tampoco aparecen claras.

¿Por qué significó un avance en el conocimiento del universo?

Porque conocer los sitios donde la probabilidad de encontrar un cuerpo era más alta, permitió un descubrimiento acelerado de los planetas y planetoides que se fueron sumando al inventario preexistente.

¿Tiene esta ley una explicación física?

Sí, efectivamente, la ley de la Gravedad define las distancias de equilbrio en que los cuerpos igualan sus atracciones mutuas, en función de sus respectivos volúmenes y densidades. Esta ecuación refleja las posiciones resultantes para un sistema cuya composición es precisamente la del Sistema Solar.

¿Es esta ley eterna e inmutable?

Las distancias entre los cuerpos del Sistema será siempre la que define la ley de Titius- Bode, salvo cambios de volúmenes o irrupciones de nuevos cuerpos.

Ambas cosas son posibles, ya que existe una cierta acreción de partículas cósmicas, y aproximaciones de cuerpos como los cometas o meteoritos, y hasta emisiones desde el cuerpo solar, que definen el dinamismo propio de los tiempos geológicos.

Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela

Este post lo he construido sobre la base de un apunte de mi propia autoría que se identifica como sigue:

Argüello, Graciela L. 2006. «La Tierra como planeta integrante del Sistema Solar» Cuadernillo didáctico Nº II, Capítulo 1. Para circulación interna en la U.N.R.C. 17 páginas.

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P.S.: La imagen que ilustra el post procede de este sitio.

Aunque todavía no vean la relación, este post es otro pasito para entender con mayor profundidad nuestro paradigma científico actual: La Tectónica Global o de Placas.

En efecto, si ustedes entienden cómo se obtiene la información, pueden creer en ella, y en todas las consiguientes deducciones que les iré proponiendo para ese análisis del paradigma.

Pero volvamos a lo nuestro, la descripción sencilla de un nuevo tipo de sismógrafos, cuyas aplicaciones- luego de otras muchas mutaciones- se fueron volviendo cada vez más importantes, sobre todo en la industria del petróleo, en la comprensión de la tectónica global y en la predicción de sismos y otros eventos potencialmente catastróficos.

¿Sobre qué principio se basa este nuevo tipo de registrador sísmico?

A diferencia de los sismógrafos que hemos explicado antes, basados todos en el desplazamiento del suelo, comparado con una masa con inercia suficiente como para permanecer en reposo mientras el terreno se sacude; ese nuevo tipo de registradores fueron conocidos como «de comparación», porque lo que se controla es el desplazamiento relativo de dos puntos, móviles ambos.

¿Cómo funciona el aparato?

Si bien sobre el mismo principio se basan diversos ingenios, probablemente el más conocido es el de Benioff, importante avance en su momento, que constaba de dos columnas profundamente enterradas y distantes unos 20 metros entre sí. (Pueden ver en la imagen que ilustra el post, los detalles que les iré señalando).

Una de estas columnas sostiene el imán de un sistema registrador electromagnético, mientras que la otra es solidaria con la parte de la bobina.

Los que saben algo de física, ya se habrán dado cuenta de lo que fundamenta el registro. En efecto, los impulsos eléctricos que se generan en el sistema, dependen de su configuración material, una parte vital de la cual es la distancia entre sus elementos.

En pocas palabras, podemos decir que la disposición especial del sismógrafo de Benioff corresponde a lo que se llama elemento de reluctancia variable. En él hay dos núcleos de hierro alrededor de los cuales se enrollan las bobinas de manera tal que en la posición de reposo, por cada bobina pasa la mitad del flujo del campo generado por el imán.

Cuando hay variación en la distancia entre las columnas, ese equilibrio se rompe y se genera una corriente que es registrada por el galvanómetro del conjunto.

¿Por qué es tan importante esta nueva forma de sismógrafo?

Porque se independiza de la necesidad de enormes masas y sus correspondientes instalaciones.

¿Cómo continúa la evolución de la registración sísmica?

El sismógrafo abrió el camino para dos líneas diferentes de investigación: la sismología, que analiza los terremotos, sus causas, consecuencias, predicción, etc; y la prospección sísmica, que a través de vibraciones inducidas en el terreno permite analizar su composición y estructura profunda, generalmente para aplicar ese conocimiento a la exploración del petróleo y otros recursos.

En general, para el primer caso, la evolución fue hacia aparatos cada vez más sensibles, de los que hablaremos también cuando entremos en el análisis de la predicción sísmica.

Para el segundo caso, en cambio, se acentuó la búsqueda de mayor portabilidad, reduciendo en lo posible el tamaño y peso de los registradores, lo que dio nacimiento a los sismógrafos que se conocen como geófonos, pero eso ya es tema para otros posts.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

P.S.: La imagen que ilustra el post es de la Geología Glbal de Khan.