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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO Instituto Tecnológico de Zitácuaro
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UNIDAD 1. PRINCIPIOS FUNDAMENTALES
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GEOLOGÍA
H. Zitácuaro Mich; 11 de septiembre 2017.
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RESUMEN La Geología es una ciencia que estudia la composición física y la historia geológica del planeta; para eso se le puede dividir en Geología física y Geología histórica, en términos de su interior. La geología es una ciencia multidisciplinaria la cual nos permite desempeñar varios campos de acción. Se mencionarán algunos campos de estudio de la geología: Geofísica, Geoquímica, Petrología, Mineralogía, Paleontología, Geomorfología, Geología económica, Ingeniería geológica (y del entorno), Sedimentología, Sismología, Vulcanología, Ciencias del suelo, Geología estructural. La geología comprende un conjunto de geociencias, así conocidas actualmente desde el punto de vista de su pedagogía, desarrollo y aplicación profesional. Conoceremos algunas de estas ciencias como: Cristalografía, Gemología, Espeleología, Estratigrafía, Geología del petróleo, Geología económica, Geoquímica, Mineralogía, Geofísica, Sismología, Petrología, Vulcanología, Hidrogeología, Geotecnia, Geotérmica. Como sabemos la geología como cualquier otra ciencia, se relaciona con algunas ciencias, entre las más importantes encontramos las siguientes: Biología, Química – físico química, Matemáticas – Geo estadística. Algunas áreas de aplicación de las ciencias geológicas son: Topografía aplicada a las ciencias geologícas, en el mapeo geológico, en en la geología estructural, en la petrología, en la geotecnia, en la sismología. La geología se encuentra en cada parte de esta carrera, ya que no solo es levantar un edificio si no también velar por la seguridad de las personas que lo habitan. En la ingeniería civil es importante aplicar las distintas ramas de la geología ya que son estas las que permiten conocer las características del suelo en el cual se desarrolla una construcción, de estas características podremos rediseñar las estructuras en función del soporte del suelo, también cabe destacar que nos permite identificar los estratos en los cuales es más factible la construcción de distintas obras debido a las fallas tectónicas ya que en los estratos más arenosos, las ondas sísmicas se aplacan mientras que los estratos más rocosos son más intensas pero de menos duración. Toda esta información es de gran importancia a la hora de la ubicación o díselo de una obra civil.
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El relieve continental lo forman las partes de la litosfera que no están cubiertas por las aguas de mares y océanos. Hay varios tipos fundamentales de relieve continental:
Mesetas Macizos Llanuras Cordilleras Montañas Valles Sierras Cerros Colina Dunas Cañones
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ÍNDICE 1.1 EL CONCEPTO DE LA GEOLOGÍA ...................................................................... ...................................................................... 6 1.2 CAMPO DE ESTUDIO DE LA GEOLOGÍA GEOLOGÍA ............................................................ ........................................................... 7 1.3 CIENCIAS GEOLÓGICAS ................................................................................... ................................................................................... 10 1.4 ÁREAS DE APLICACIÓN .................................................................................... .................................................................................... 12 1.5 IMPORTANCIA DE LA GEOLOGÍA EN LA ING. CIVIL ....................................... 15 1.6 EL RELIEVE CONTINENTAL .............................................................................. .............................................................................. 16 CONCLUSIÓN .................................................. ..................................................................................................... ......................................................... ...... 18 ENLACES ELECTRONICOS ..................................................................................... ..................................................................................... 20
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INTRODUCCIÓN En el presente trabajo de investigación de la primera unidad “principios fundamentales” de la materia de geología, se busca que tanto el autor, alumna de la materia de geología, como el lector, aprenda lo que es la geología, su origen, cuál es su campo de estudio, en donde podemos aplicar la geología, así como también la importancia de la geología en nuestra carrera Ing. Civil. Aprenderemos a diferenciar la geología de otras ciencias, así como también, reconocer que podemos hacer con ella, identificar lo bonita que comienza siendo la geología, verificar por qué realmente la geología juega un papel muy importante en la Ingeniería civil, tanto ella como las ciencias auxiliares o ciencias derivadas de ella. Es importante reconocer que tanto nos afectaría el conocer o no la geología, como sería nuestra carrera sin geología y cómo podríamos resolver nuestros problemas estructurales sin la geología.
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1.1 EL CONCEPTO DE LA GEOLOGÍA La palabra “Geología” proviene de los vocablos griegos geo y logos, que significan “Tierra” y “estudio de”, respectivamente, así que la palabra significa “ Estudio de la Tierra”. La Geología es una ciencia que estudia la composición física y la historia
geológica del planeta; para eso se le puede dividir en Geología física y Geología histórica, en términos de su interior. ¿A qué se refiere esto? La geología física estudia los materiales que componen la estructura estruct ura terrestre, como com o las rocas y los minerales, así como los procesos relacionados con ellos. Por ejemplo, el vulcanismo, los terremotos, el movimiento de las placas tectónicas, etcétera. Gracias a la geología histórica se conoce parte del origen del planeta y cómo evolucionó todo lo que la compone y sustenta la vida: el suelo, los océanos, etcétera. Para eso, los geólogos se han encargado de dividir la historia evolutiva terrestre en varios segmentos de tiempo llamados eones, eras, períodos, épocas y edades.
Breve historia de la geología Aristóteles fue uno de los primeros hombres en observar con atención la composición de la Tierra, y en asegurar que los cambios que en ella se producen ocurren de forma muy lenta. Teofrasto, un filósofo que desarrolló las teorías de Aristóteles, escribió una obra llamada En Piedras, en la cual hizo una primera clasificación de las rocas y las gemas según sus propiedades comunes y su comportamiento al calentarse. Durante la Edad Media, el erudito persa Al-Biruni escribió la obra Gemas, en donde abordó también el tema de las gemas y los minerales. Creó su propio método para obtener la medida del radio de la Tierra y formuló la hipótesis de que el subcontinente indio fue un mar. Por su parte, Shen Kuo, un polímata chino, expuso una hipótesis sobre el origen del planeta basada en sus observaciones en las montañas. De acuerdo con él, la Tierra pudo haberse formado debido a la deposición de sedimentos y la erosión de las montañas. A partir del siglo XVII, la Geología fue delineándose de forma más clara. Nicolas Steno realizó tan importantes estudios sobre las rocas y los fósiles que se le considera el fundador de la Estratigrafía. Sin embargo, es James Hutton quien ostenta el título de “el primer geólogo moderno”. Fue suya la teoría del Uniformismo, un principio fundamental
de la Geología, para explicar las características de la corteza terrestre en el transcurso del tiempo geológico. Hutton estaba convencido de que la tierra experimenta cambios de forma constantemente. En la actualidad, la Geología es un campo de estudio muy amplio, integrado en las Ciencias de la Tierra.
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1.2 CAMPO DE ESTUDIO DE LA GEOLOGÍA La geología se ocupa de la historia de la Tierra e incluye la historia de la vida, y cubre todos los procesos físicos que actúan en la superficie o en la corteza terrestre. La geología es una ciencia multidisciplinaria la cual nos permite desempeñar varios campos de acción. A continuación, mencionaremos varios de estos campos: Geofísica El objetivo de los geofísicos es deducir las propiedades físicas de la Tierra, junto a su composición interna, a partir de diversos fenómenos físicos. Geoquímica La geoquímica se refiere a la química de la Tierra en su conjunto. El origen y la evolución de los elementos terrestres y de las grandes clases de rocas y minerales son importantes para los geoquímicos. Petrología La petrología se encarga del origen, la aparición, la estructura y la historia de las rocas, en particular de las ígneas y de las metamórficas. Mineralogía La ciencia de la mineralogía trata de los minerales de la corteza terrestre y de los encontrados fuera de la Tierra, como las muestras lunares o los meteoritos. La cristalografía, rama de la mineralogía, implica el estudio de la forma externa y de la estructura interna de los cristales naturales y artificiales. Paleontología La paleontología, estudio de la vida prehistórica, investiga la relación entre los fósiles de animales (paleozoología) y de plantas (paleobotánica) con plantas y animales existentes. La investigación de fósiles microscópicos (micropaleontología) implica técnicas distintas que la de especímenes mayores. Los fósiles, restos de vida del pasado geológico preservados por medios naturales en la corteza terrestre, son los datos principales de esta ciencia. Geomorfología Es decir, forma y desarrollo de la Tierra, es el intento de establecer un modelo de la parte externa de la Tierra. Los geomorfólogos explican la morfología de la superficie terrestre en términos de principios relacionados con la acción glaciar, los procesos
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fluviales, el transporte y los depósitos realizados por el viento, la erosión y la meteorización. Los subcampos más importantes se especializan en las influencias tectónicas en la forma de las masas de tierra (morfo (mor fo tectónica), en la influencia del clima clim a en los procesos morfo genéticos y en los agregados de tierra (geomorfología del clima) y en la medida y el análisis estadístico de datos (geomorfología cuantitativa). Geología económica Esta rama mayor de la geología conecta con el análisis, la exploración y la explotación de materia geológica útil para los humanos, como combustibles, minerales metálicos y no metálicos, agua y energía geotérmica. Campos afines incluyen la ciencia de la localización de minerales industriales o estratégicos (geología de exploración), el procesado de menas o vetas (metalurgia) y la aplicación práctica de las teorías geológicas a la minería (geología minera). Ingeniería geológica (y del entorno) Los ingenieros geólogos aplican los principios geológicos a la investigación de los materiales naturales -tierra, roca, agua superficial y agua subterránea- implicados en el diseño, la construcción y la explotación de proyectos de ingeniería civil. Son representativos de estos proyectos los diques, los puentes, las autopistas, los oleoductos, el desarrollo desarroll o de zonas de alojamiento y los sistemas de gestión de residuos. Una nueva rama, la geología del entorno, recoge y analiza datos geológicos con el objetivo de resolver los problemas creados por el uso humano del entorno natural. El más importante de ellos es el peligro para la vida y la propiedad que deriva de la construcción de casas y de otras estructuras en áreas sometidas a sucesos geológicos, en particular terremotos, aludes y corrimientos de tierra, erosión de las costas e inundaciones. El alcance de la geología del entorno es muy grande al comprender ciencias físicas como geoquímica e hidrología, ciencias biológicas y sociales e ingeniería. Sedimentología Es la rama de la geología que se encarga de estudiar los procesos de formación, transporte y depósito de materiales que se acumulan como sedimentos en ambientes continentales y marinos que normalmente forman rocas sedimentarias.
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Sismología Rama de la geofísica que se encarga del estudio de terremotos y propagación de ondas sísmicas. Un fenómeno que también es de interés es el proceso de ruptura de rocas ya que es causante de la liberación de ondas sísmicas. Vulcanología Es el estudio de los volcanes, lava, magma y otros fenómenos geológicos geológi cos relacionados. Ciencias del suelo Es la ciencia que estudia el suelo como recurso natural en la superficie de la tierra incluyendo su formación, clasificación, composición química, fertilidad y todo lo relacionado con el uso y gestión del suelo. Geología estructural Estudia la corteza terrestre, estructuras y la relación de las rocas que la forman.
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1.3 CIENCIAS GEOLÓGICAS La geología comprende un conjunto de geociencias, así conocidas actualmente desde el punto de vista de su pedagogía, desarrollo y aplicación profesional. Cristalografía Se dedica al estudio de los cristales (estos se estudian mediante el microscopio). Gemología Es la ciencia, arte y profesión de identificar y evaluar las gemas. Espeleología Estudia la morfología de las cavidades naturales del subsuelo. En ella se investigan, se tipografían y se catalogan todo tipo de descubrimientos subterráneos. Estratigrafía Trata del estudio e interpretación de las rocas sedimentarias estratificadas. Geología del petróleo Estudia todos los aspectos relacionados con la formación de yacimientos petrolíferos. Geología económica Se encarga del estudio de las rocas con el fin de encontrar depósitos minerales. La explotación de estos recursos es conocida como minería. Geoquímica Estudia la composición y comportamiento químico de la Tierra. Mineralogía Estudia las propiedades físicas y químicas de los minerales. Geofísica Estudia la Tierra desde el punto de vista de la física y su objeto de estudio está formado por los fenómenos relacionados con la estructura, condiciones físicas e historia evolutiva de la Tierra. Sismología Se encarga del estudio de terremotos y la propagación de ondas sísmicas.
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Petrología Es el estudio de las propiedades de las rocas. Vulcanología Es el estudio de los volcanes, la lava, el magma y otros fenómenos geológicos relacionados. Hidrogeología Estudia las aguas subterráneas en lo relacionado con su origen, circulación, interacción con los suelos, rocas, humedales, estado, propiedades y captación. Geotecnia Parte de la geología que estudia las propiedades de los suelos y las rocas en función de proyectos de construcción. Geotérmica Estudia los fenómenos térmicos que tienen cede en el globo terrestre, interior de la tierra. Principales ciencias relacionadas con la geología. Biología Ciencia que estudia los seres vivos, incluyendo los vegetales. Tiene cierta relación con la geología (en la paleontología) ya que a través de la aparición de la tierra y cambios geológicos se dio paso a los primeros seres vivos. Química – físico química Es la ciencia que estudia las características físicas y químicas de la naturaleza. Esta ciencia es de suma importancia para la geología ya que es la base para la descripción y entendimiento de eventos geológicos. Matemáticas – Geo estadística Es la interpretación que tiene por objeto el estudio estudi o de los eventos geológicos de manera real y/o abstracta, dando validez teórica al hecho.
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1.4 ÁREAS DE APLICACIÓN Aquí se encuentran algunas Ingenierías en donde es aplicada la geología. Ingeniería Civil. La Civil. La Geología aplicada a la Ingeniería Civil (Geología Ingenieril y/o la Geotecnia), permite un contacto necesario para la construcción con las ciencias de la tierra, ya que esta disciplina proporciona el conocimiento requerido para el sustento de las obras civiles en la porción más externa de la corteza terrestre. terrestr e. El geólogo debe tener conocimientos de Mecánica de Suelos, de Mecánica Mec ánica de Rocas y de los fundamentos de la Ingeniería Civil, para poder interrelacionar adecuadamente con un ingeniero civil. Ingeniería Minera. Minera . En esta área la relación se da por medio de la geología minera, y las ciencias de los yacimientos minerales, que junto con la exploración geológico minera son la cabeza de playa en toda explotación minera, inclusive siempre previas y sustento de la participación de la ingeniería minera. Ingeniería Petrolera. Aquí Petrolera. Aquí es un caso semejante al anterior, los geólogos geólog os determinarán junto con los geofísicos geofísicos los sitios apropiados apropiados para la perforación de pozos petroleros, petroleros, punto de inicio de la actuación de los ingenieros petroleros. Ingeniería Geofísica. Geofísica . Los ingenieros geofísicos interrelacionan ampliamente con el ingeniero geólogo, durante la exploración de recursos naturales mediante los métodos indirectos de exploración (métodos geofísicos), así como durante los estudios científicos encaminados a la resolución de los grandes problemas de tectónica. Ingeniería Ambiental. Ambiental. Durante los estudios de impacto ambiental, al entrar a la interrelación suelo-roca-aguas superficiales y subterráneas, se cae en el campo de competencia del ingeniero geólogo y del ingeniero ambiental o en ecología, así como del especialista en hidrología. Las aportaciones del ingeniero geólogo resultan de gran importancia durante estos estudios ya que sustentarán las acciones de los ambientalistas. Ingeniería de los Recursos Hídricos Superficiales y Subterráneos. Los especialistas en Hidrología Superficial e Hidrología Subterránea requieren de conocimientos de: Petrología, Geomorfología, Sedimentología (disciplinas geológicas) entre otros, para poder interactuar en su porción del Ciclo Hidrológico, la ayuda del geólogo resulta necesaria para comprender e interpretar la interrelación suelo-rocaaguas superficiales-aguas subterráneas. Ingeniería Agronómica. En Agronómica. En esta área del conocimiento la geología y sus procesos se necesita para estimar como y porque la agricultura pierde, a nivel mundial, millones de
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hectáreas de terreno, principalmente por erosión, inundación, deslizamientos de suelos y otros fenómenos geodinámicos, pudiendo evitarse con obras civiles preventivas. Ingeniería Electrónica. Electrónica . El presente y el futuro desarrollo de la electrónica, se sustenta en los elementos y materiales terrestres (o extraterrestres) y sus derivados, la exploración y localización de estos es el área de dominio de la geología, la producción económica, y el desarrollo de componentes electrónicos son áreas donde otras ingenierías actúan. Ingeniería Química. La Química. La ingeniería química utiliza en su cometido, sustancias derivadas u obtenidas directamente de materiales terrestres, la geología en su ámbito de acción realiza la exploración de sustancias útiles para el hombre y su desarrollo tecnológicoindustrial, pero la base son los materiales existentes y a futuro aquellos que hallen posteriormente. Ingeniería Industrial. Las Industrial. Las materias primas derivadas de productos pétreos, o aquellos materiales que se obtienen industrialmente en forma directa de las rocas. Algunas áreas de aplicación de las ciencias geológicas: TOPOGRAFÍA APLICADA A LAS CIENCIAS GEOLOGÍCAS Sabiendo que la geología tiene muchas ramas, solo daremos conceptos relacionados a las ramas más importantes y fundamentales de las ciencias geológicas. En el mapeo geológico. El geólogo tiene la facilidad de que, con la ayuda de un plano topográfico, recorrer la zona de estudio y plasmar todos los contactos de diferentes litologías encontradas en el área de estudio de este modo obtener el plano geológico detallado. En la geología estructural. Desde el momento de haber realizado el respectivo levantamiento topográfico y geológico, este será utilizado como una guía de acceso y donde el geólogo plasmará todas las estructuras encontradas en el área de estudio ya sean fallas, diaclasas, domos, estructuras (pliegues), etc. Y con este apoyo, poder realizar la sección estructural. En la petrología. Para un mapeo petrológico, con el cual se puede determinar los tipos de rocas aflorantes en toda el área a estudiar, mostrando afloramientos y alteraciones.
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En la geotecnia. Diseño, control y estabilidad de taludes, control de remoción en masas, desplomes, deslizamientos, hundimientos, zonas de debilidad, para la estabilidad estructural de los suelos, y en la mejoría de construcciones de carreteras, etc. En la sismología. Para la determinación determinación de las placas tectónicas, en el control del cambio de la superficie terrestre, en la determinación del epicentro cuando hay la presencia de una corriente sísmica, para la ubicación por catastro según el área por la influencia sísmica.
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1.5 IMPORTANCIA DE LA GEOLOGÍA EN LA ING. CIVIL A través de la geología o conocimientos geológicos se pueden conocer los diferentes factores que afectan a los ingenieros civiles en las obras. Mediante la experiencia de cada construcción se desarrollarán mayores conocimientos a los básicos estudiados en el transcurso de esta carrera, como pueden simplificar o complicar su trabajo. La geología se encuentra en cada parte de esta carrera, ya que no solo es levantar un edificio si no también velar por la seguridad de las personas que lo habitan. Aspectos: 1. Conocimiento sistematizado de los materiales: de tal manera que podemos identificar el tipo de suelo, ya sea arcilloso, rocoso, etc. 2. Problemas de la cimentación son esencialmente geológicos. Edificios, puentes, presas y otras construcciones se establecen sobre algún material natural. 3. Las excavaciones se pueden planear, dirigir más inteligentemente y realizarse con mayor seguridad. 4. El conocimiento de la existencia de aguas subterráneas, y los elementos de la hidrología subterránea, son excelentes auxiliares en muchas ramas de la ingeniería práctica. 5. La capacidad para leer e interpretar informes geológicos, mapas, planos geológicos y topográficos, es de gran ayuda para la planeación de muchas obras. En la ingeniería civil es importante aplicar las distintas ramas de la geología ya que son estas las que permiten conocer las características del suelo en el cual se desarrolla una construcción, de estas características podremos rediseñar las estructuras en función del soporte del suelo, también cabe destacar que nos permite identificar los estratos en los cuales es más factible la construcción de distintas obras debido a las fallas tectónicas ya que en los estratos más arenosos, las ondas sísmicas se aplacan mientras que los estratos más rocosos son más intensas pero de menos duración. Toda esta información es de gran importancia a la hora de la ubicación o díselo de una obra civil.
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1.6 EL RELIEVE CONTINENTAL El relieve continental lo forman las partes de la litosfera que no están cubiertas por las aguas de mares y océanos. Hay tres tipos fundamentales de relieve continental: Mesetas: Las mesetas son antiguas cordilleras cordillera s montañosas formadas hace millones de años que, a lo largo del tiempo, han desaparecido debido a la erosión. Son zonas llanas, aunque están a elevada altitud. Macizos: Los Macizos: Los macizos son antiguas cordilleras montañosas formadas hace millones de años pero que, a lo largo de ese tiempo, han desaparecido por los efectos de la erosión. Así, lo que hoy en día queda son montes menos escarpados. Llanuras: Llanuras: Son las partes del relieve continental que están a una baja altitud, normalmente entre 0 y 200 m. sobre el nivel del mar. Las llanuras están cubiertas por sedimentos. Los sedimentos son los materiales que la erosión arranca a las cordilleras y deposita en las llanuras. Cordilleras: Las Cordilleras: Las cordilleras son agrupaciones montañosas de elevada altitud. Forman el relieve más joven del planeta, por lo que apenas están erosionados.
Montañas: Montañas: Son aquellas elevaciones rocosas con forma cónica. Las que son más nuevas suelen ser altas y puntiagudas, mientras que las más antiguas tienen mucho menor altura y son redondeadas. Valles: Valles: Son las depresiones que se encuentran limitadas por montañas, con forma alargada y que generalmente las recorre un río. Sierras: Cadenas Sierras: Cadenas montañosas bajas y de extensión media. Cerros: Son Cerros: Son elevaciones aisladas que poseen poca altura. Colina: Son Colina: Son aquellas elevaciones de menos de 400 metros de altitud que poseen una forma redondeada.
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Dunas: Son Dunas: Son colinas de arena que se forman por acción del viento. Cañones: Son Cañones: Son las depresiones abruptas de paredes en cuya base pasa un río.
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CONCLUSIÓN La geología es una ciencia que estudia la Tierra, sabemos, sabemos , que tiene un campo extenso en donde desarrollarse, como la petrología, mineralogía, geología económica, sismología y las ciencias del suelo entre otras. Estos campos de la geología son de suma importancia en la Ingeniería civil, ya que sin ellas no podríamos resolver problemas a los que probablemente se nos presenten en la vida laboral, desde que tipo de cimentación usar, hasta que tipo de materiales usar, dependiendo de sus estudios geológicos, también tenemos algunas ciencias geológicas hidrogeología que también es de suma importancia para los ingenieros civiles, ya que debemos conocer donde existen aguas subterráneas y como es su relación con el suelo y las rocas, es por eso que concluyo que la Geología es de suma importancia en la ingeniería civil. También la geología sin otras ciencias de apoyo, no podría entenderse o manifestarse como lo hace ahora, la geología como cualquier otra ciencia tiene relación principalmente con la biología, geografía, matemáticas, física y química, sin ellas no sería posible conocer todo lo que conocemos ahora de la geología.
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COMENTARIOS Lo que más me llamo la atención de esta unidad, primeramente, fue el concepto de geología, ya que, sin conocer el concepto de la geología, yo no podría determinar qué tan interesante es la materia o la ciencia. Algunas de las ciencias relacionadas con la geología, como la petrología, la sismología, la vulcanología, gemología, cristalografía, estratigrafía entre otras ciencias fueron de mi interés, ya que me interesa saber cómo se originan los sismos, como podemos prevenirlos o como proteger una edificación de ellos, me gustan las rocas, así como los cristales, entonces me interesa conocer cómo se componen estos minerales. Para mí fue de mucho interés investigar cómo puedo emplear la geología en mi carrera, ya que como me voy a dedicar a ello, debo saber en qué me ayuda o en que no, y si me ayuda a proteger a la gente de que mis estructuras estr ucturas caigan o no estén seguras segur as debido a un mal estudio geológico.
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