GEOMORFOLOGÍA

Profesor Manuel del Rey

TRABAJO PRÁCTICO 2.1. TIPO: Grupal o Individual.

El tiempo geológico. Consideraciones generales de datación y principios de estratigrafía.

GUÍA TEÓRICA

La Geología es una ciencia que tiene entre uno de sus objetivos primordiales conocer la Historia de la Tierra. Partiendo de esta premisa básica, debemos saber que el conocimiento de dicha historia está condicionado por la amplitud de los fenómenos: en geología, la escala temporal es muchísimo más amplia que la propia de los seres vivos, incluido el hombre. Los procesos son exponencialmente más "lentos" que los de la historia humana, si es que ponemos el acento en nuestra percepción. La Geología tiene "sus tiempos", y hay que comprenderlos. Para acercarse a este objetivo, los geólogos han debido (y deben) interpretar las relaciones ambientales y los procesos que se conservan en las rocas, para conseguir generar una sucesión de fenómenos que den un marco lógico a la evolución temporal del planeta. Esa sucesión fenomenológica ha de poder plasmarse, coherentemente, en un calendario o tabla cronológica. De todo ello hablaremos en las páginas que siguen.

1.-¿Cuál es la extensión de la escala temporal en Geología? A día de hoy, y después de siglos de investigación y estudio, se ha llegado a un conocimiento amplio (e incluso detallado) de la historia geológica de la Tierra. Sabemos que la edad de nuestro planeta ronda los 4.500 millones de años, habiendo nacido en el seno de un Universo cuya edad se calcula en aproximadamente 15.000 millones de años. Estas cifras han sido conocidas por investigaciones geofísicas y como pueden observar su unidad básica es el millón de años o CRON. Siguiendo algunos criterios que veremos más adelante se han dividido estos miles de millones de años en una serie de categorías (eones, eras, períodos, épocas y edades).

Por otro lado, es recurrente utilizar algún paralelismo con aspectos cotidianos de nuestra vida para asimilar estos enormes períodos, acercándonos a la amplitud temporal de alguna manera gráfica. Así, es común encontrar figuras como el "reloj geológico" donde se representa la historia de la Tierra en 24 horas, o el "año geológico", que las representa en un hipotético año calendario. Si observamos la imagen que sigue, vemos como el hombre apenas llevaría 19 segundos en las 24 horas que representan la Historia de la Tierra. Una primera mirada a esta analogía nos deja claro como los períodos se van haciendo más cortos mientras más cerca de la actualidad nos encontramos: en realidad, esto es así porque conocemos mucho más y podemos analizar mejor los períodos más próximos. En este aspecto, el conocimiento se ha construido del mismo modo que el de la Historia de la Humanidad. 2.-¿Cómo se ha llegado a este conocimiento?

La construcción de esta escala ha sido posible mediante dos grandes tipos de dataciones: las dataciones relativas y las dataciones absolutas, que trataremos en apartados posteriores. A) DATACIONES RELATIVAS. Fueron el primer tipo de dataciones que se dieron en geología. Para su construcción fue fundamental la perspicacia de una serie de personajes ilustres de la ciencia geológica moderna (Steno, Hutton, Lyell, Powell, Smith) que establecieron una serie de principios geológicos fundamentales, algunos de los cuales mencionaremos abajo. El camino no fue sencillo y hasta elaborarse una teoría suficientemente congruente se dieron fuertísimos debates (catastrofistas vs. gradualistas; neptunistas vs. plutonistas).

Lo que nosotros debemos tener claro es que las dataciones relativas pretenden establecer una secuencia de hechos, no ofrecen fechas absolutas. Nos explicarán qué ocurrió antes y qué ocurrió después, en una sucesión temporal; se dedican a ordenar acontecimientos.

FIGURA 1. El reloj geológico.

En este tipo de dataciones son fundamentales las rocas estratificadas (¡ojo! ¡estratificadas no siempre quiere decir “sedimentarias”!), y por ello son necesarios una serie de principios fundamentales para entender cómo ha sido esta superposición de estratos; dichos principios son los siguientes:

-Actualismo / Uniformismo (Hutton; Lyell): Los fenómenos que acontecen hoy en

el planeta son similares a los que han ocurrido durante toda la historia geológica del mismo. “La clave del pasado está en el presente”.

- Ley de Superposición Normal (Steno): en una secuencia no deformada de rocas

sedimentarias un estrato es posterior al que tiene debajo y anterior al que tiene encima. La excepción será la deposición en cavidades posteriores a la estratificación (colmatación de cuevas kársticas, por ejemplo).

- Principio de horizontalidad original (Steno): la deposición más común de

sedimentos se realiza de manera horizontal (o subhorizontal, algo inclinada, como en los límites de cuenca sedimentaria). Siempre que observemos estratos en esta posición podemos suponer que no han sufrido perturbación (siempre y cuando se cumpla la Ley de Superposición Normal).

- Principio de continuidad horizontal: todo estrato presenta continuidad horizontal

porque se ha formado del mismo modo. Al igual que existe un límite vertical, existe un límite horizontal. Un estrato es ISOCRONO (de igual edad) en toda su extensión.

- Principio de Intersección: un fenómeno geológico es posterior a los estratos o

rocas que afecta. Dentro de ellos tenemos como característicos las intrusiones magmáticas (diques, sills, etc.), las fallas o los plegamientos. También las inclusiones, o fragmentos de roca que han quedado confinados dentro de otro cuerpo rocoso.

FIGURA 2. Relación de fenómenos estratigráficos.

- Existencia de discontinuidades estratigráficas: Las series estratigráficas suelen estar interrumpidas por momentos donde ha ocurrido algún fenómeno que impidió la sucesión “normal” de los estratos; en esos momentos se eliminó el registro de rocas preexistentes o no se dio; cuando terminó este período, volvió a producirse sedimentación u

otro proceso que continuó la Serie Estratigráfica. Dependiendo de la duración o el tipo de estos lapsus tenemos DIASTEMAS (tiempo geológico que falta en el registro estratigráfico por interrupción del depósito), VACÍOS EROSIONALES (la erosión eliminó formaciones que deberían estar presentes) y LAGUNAS ESTRATIGRÁFICAS (ausencia de formaciones con notable magnitud temporal). La superficie que existe entre dos capas o estratos que se han formado antes y después del lapsus mencionado se denomina superficie de discontinuidad o discordancia. Existen diferentes tipologías de discontinuidades:

i) Discordancia angular. Rocas con ángulo de buzamiento

diferentes a la roca sub o suprayacente. ii) Paraconformidad. Es una discontinuidad que sigue, de manera

más o menos próxima, la dirección de la sedimentación normal, y que por ello es complicada de detectar. La superficie de separación es plana y paralela entre dos estratos entre los que falta registro.

iii) Disconformidad. Cuando entre las unidades discordantes existe una superficie con un marcado carácter erosivo.

iv) Inconformidad. Discordancia entre rocas ígneas intrusivas que presentan erosión e inclusiones y material sedimentario suprayacente.

FIGURA 3. Discontinuidades estratigráficas. FUENTE: TARBUCK, E., LUTGENS, F. (2005): Ciencias de la Tierra.

FIGURA 4. Inconformidad e inclusiones. FUENTE: TARBUCK, E., LUTGENS, F. (2005): Ciencias de la Tierra.

- Principio de sucesión de fósiles (Smith): Los fósiles son restos de animales que han existido en nuestro planeta y que ya no existen; también son considerados registro fósil otros fenómenos que demuestren su existencia, como huellas, restos de excrementos (coprolitos) o moldes. Dichos restos se han conservado hasta nuestros días en el seno de diferentes estratos sedimentarios. La ciencia que estudia los mismos es la Paleontología. La vida en la Tierra ha evolucionado desde los primeros tiempos, y por ello se ha llegado al conocimiento de numerosas especies que están asociadas a un período geológico determinado (los fósiles además poseen claves evolutivas, y que los tiempos de las mismas son similares, en muchos casos, a los propios de la geología). Cuando en estos restos no cabe posibilidad de error, y se circunscriben a un período determinado se les denomina FÓSILES GUÍA. Por supuesto, un registro fósil es mejor mientras más circunscrito esté a un período determinado, más abundantes son sus ejemplares y más territorio abarcan (es decir, los mejores fósiles guía son aquellos que existieron durante “poco” tiempo y en más lugares). A día de hoy, y conociendo relativamente bien la historia geológica, existen fósiles guía utilizables a escala regional e incluso planetaria. Conociendo esta serie de fósiles, se puede realizar una correlación entre áreas separadas que contienen los mismos tipos de registros. En este punto hemos de mencionar 2 situaciones en las que pueden dar lugar a errores: a) Reelaboración tafonómica, donde se removilizan fósiles y, por tanto, podemos encontrarlos en estratos que no son sincrónicos, y b) Taxones “Lázaro”, producidos por diastemas en fósiles (desaparecen durante un tiempo y luego vuelven a aparecer, por ejemplo, por un cambio ambiental).

FIGURA 5. Principales fósiles para cada Era Geológica.

Con todas las explicaciones anteriores podremos entender que podemos emparejar rocas similares, de edades parecidas, pero alejadas territorialmente; al igual que hacíamos con el registro fósil, podemos realizar una asimilación por el tipo de roca presente en el estrato. Esta realidad se conoce con el nombre de CORRELACIÓN, y es fundamental para el desarrollo de la geología histórica.

FIGURA 6. Correlación de estratos en diferentes parques nacionales estadounidenses. FUENTE: TARBUCK, E., LUTGENS, F. (2005): Ciencias de la Tierra.

ANEXO: ALGUNOS CONCEPTOS BÁSICOS Hace ya algunas páginas hemos venido hablando de conceptos como “estratificación”, “formaciones” o “estratos”. Sin embargo, no hemos realizado aun ninguna definición para dichos términos. Ahora será el momento de hacerlo, ya que en los documentos gráficos, textuales o cartográficos relacionados con la geología y la geomorfología esta serie de terminologías son de uso común. Un ESTRATO o CAPA es una unidad litológica FUNDAMENTAL; se distingue de forma visual, tiene un carácter homogéneo y está separado de los adyacentes por planos de estratificación. Su límite superior se llama techo y su límite inferior muro, y ambos definen su espesor. Asimismo, posee una dirección (posición relativa con respecto al norte geográfico) y un buzamiento (inclinación de máxima pendiente con respecto al horizonte). Su espesor se sitúa en valores métricos a milimétricos: en este último caso se la denomina laminación.

FIGURA 7. Conceptos básicos relacionados con un estrato.

Normalmente, los estratos poseen ciertas características litológicas en común y representan una serie de eventos que se repitieron en un área determinada; por ello, y para simplificar las descripciones, se agrupan en FORMACIONES Y GRUPOS, que en conjunto y como último fin definen UNIDADES LITOESTRATIGRÁFICAS. Dicho de otra manera, las unidades litoestratigráficas son un conjunto de estratos que constituyen una unidad, con predominio de un cierto tipo litológico o una combinación de ellos, pudiendo estar formada por rocas sedimentarias, ígneas o metamórficas o una mezcla de ellas. Se pueden dividir en grupos y formaciones; estos últimos a su vez se dividen en miembros y estratos. Suelen llevar el nombre de la localidad donde se describieron por primera vez. Tras una definición tan larga, una imagen nos aclarará el panorama:

Así, en los Informes que acompañan las Cartas Geológicas aparecen estos términos para describir las características litológicas y deducir la historia de los sectores descritos. Continuamos con una breve descripción de cada uno de ellos. Un MIEMBRO es una unidad opcional, no siempre está presente, y agrupa una serie de estratos o capas que tienen diferencias claras dentro de una Formación. FORMACIÓN es la unidad formal de conjunto fundamental; posee un espesor variable, que puede ir de los metros a los kilómetros; divide a una columna litoestratigráfica por caracteres litológicos y puede ser MAPEABLE (es decir, su extensión superficial tiene relativa importancia).

GRUPO. Es la unidad de rango superior al de una formación, compuesta por la sucesión de dos o más formaciones asociadas contiguas, que puede pasar lateralmente de un grupo a otro.

FIGURA 8. Ejemplo de una sucesión de Formaciones típicas de la barranca oriental del río Paraná.

Por último, y a efectos de este práctico, comentar que el CUADRO ESTRATIGRÁFICO que se les suministra no es equivalente a una UNIDAD LITOESTRATIGRÁFICA, si no que define los grandes tipos de litologías que están presentes en superficie en las diferentes áreas de la Carta Geológica. En dicho cuadro se presentan las edades o tiempos geológicos y su representación litológica (es decir, los tipos de rocas y su edad), así como algunas litologías asociadas a geoformas de edad reciente. La descripción de las formaciones y la relación entre ellas se describen en los informes (Descripción General y Estratigrafía).

FIGURA 9. Ejemplo de Cuadro Estratigráfico de la Hoja Geológica 41724 San Carlos de Bariloche.

B) DATACIONES ABSOLUTAS. Las dataciones absolutas son las que han dado a la Geología las cifras de precisión fiable que hoy utilizamos, en crones o millones de años. Para la consecución del tipo de datación más importante ha sido necesario conocer de modo profundo la RADIACTIVIDAD. A efectos de este curso se realizará una descripción somera pero suficiente de los métodos más comunes de datación con radioactividad, ya que una explicación profunda supera las necesidades de la asignatura. Así, este tipo de dataciones se basan en medir el tiempo en que un elemento radioactivo inestable contenido en una roca (isótopo radiactivo “padre”) se desintegra: los mismos sufren descomposiciones espontáneas que dan lugar, tras una serie de estados intermedios, a elementos estables finales (isótopo radiactivo “hijo”) que se van concentrando en los minerales o rocas. En este proceso es fundamental el período de semidesintegración, que es el tiempo en el que los isótopos “padres” se desintegran a la mitad; en ese momento, se dan 50% de isótopos “padres” y 50% de isótopos “hijo”. De este modo, conociendo los tiempos de semidesintegración de un isótopo radiactivo cualquiera, y viendo la proporción de “padre” e “hijo” existente, se realiza la datación.

Métodos más comunes de datación radiométrica: -Uranio-Plomo (U-Pb): El uranio-238 se descompone en plomo-206, asociado a la descomposición del thorio (Th). -Potasio-Argón (K-Ar): es uno de los más utilizados, donde el isótopo K-40 se transforma en Ar-40; se puede aplicar a rocas cristalinas. -Carbono 14 (C-14): Es uno de los procesos más famosos, pero en realidad su utilización en geología está muy limitada, ya que el período de desintegración es muy rápido, y no se pueden realizar dataciones más allá de los 50.000-70.000 años; además, se aplica a restos orgánicos. Igualmente, existen otros métodos de datación absoluta como la termoluminiscencia o la luminiscencia ópticamente estimulada.

FIGURA 10. Curva de desintegración radiactiva de un isótopo “padre”.

FIGURA 11. Serie de desintegración radiactiva del Uranio-238 a Plomo-206. FUENTE: TARBUCK, E., LUTGENS, F. (2005): Ciencias de la Tierra.

3.- La Escala de Tiempo Geológico. Como dijimos anteriormente, el tiempo geológico se caracteriza por sus “enormes” valores con respecto a una escala humana; gracias a los dos tipos de dataciones hemos conseguido tanto fechas fiables como sucesión de fenómenos. Así, con la suma de las investigaciones se ha conseguido realizar una TABLA CRONOESTRATIGRÁFICA INTERNACIONAL1, realizada por la Comisión Internacional de Estratigrafía. En ella se muestran las diferentes divisiones en las que se ha fraccionado la historia de la geología planetaria; las divisiones más amplias corresponden a los Eones, seguidas de las Eras, los Períodos, las Series y finalmente los Pisos. Si nos fijamos en los Eones, existen cuatro: el Hádico, Arcaico y Proterozoico (llamados Precámbrico en su conjunto, y donde apenas existe registro fósil), seguidos del Fanerozoico (que se podría traducir como “Eón de los animales visibles”). Pues bien: los tres primeros representan casi el 90% de la historia de la Tierra y de ellos son de los que menos conocemos. Dada esta realidad, es el Fanerozoico el que ha sido subdividido en mayor medida. La primera división le corresponde a las Eras, cuyo nombre tiene relación con el tipo de animales (zoo): Paleozoico, Mesozoico y Cenozoico. Cada una de ellas se subdivide a su vez Períodos: en ellos, el nombre tiene relación con los lugares donde fueron estudiados por primera vez o con más detalle, o por el nombre de donde se obtuvieron los datos más representativos de la época. A su vez, los Períodos pueden ser divididos en Series o Épocas, que pueden tener nombres relativos a lugares (Prídoli, Mississíppico) tanto como a su posición temporal (Inferior, Medio, Superior) o a su “novedad” (Pleistoceno: “lo más nuevo”). Por último, los Pisos suelen tener nombres de lugares y, solo para el Pleistoceno se utilizan los términos “medio” y “superior”.

1 Disponible en http://www.stratigraphy.org/ICSchart/ChronostratChart2015-01Spanish.pdf . Desde esta cátedra se recomienda la obtención de dicha Tabla.

FIGURA 12. Tabla Cronoestratigráfica. FUENTE: TARBUCK, E., LUTGENS, F. (2005): Ciencias de la Tierra.