Curso Propedéutico Ciencias de la Tierra 2016 Diego Armando Aguilar
[email protected] 2016
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Gravimetría
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Anomalías gravimétricas
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Isostasia
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Continentes y Océanos
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Relieve Terrestre
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Morfología Marina
Gravimetría
La gravimetría consiste en la medición del campo de gravedad. La medición de la gravedad en la superficie de la Tierra nos permite determinar las variaciones de densidad en su interior. El método gravimétrico fue aplicado inicialmente en la prospección petrolífera en los Estados Unidos y en el golfo de México con el objetivo de localizar domos salinos y estructuras anticlinales.
Variaciones de la gravedad La gravedad no es la misma en todo los puntos del planeta sino va variando por diversos factores: 1. la forma general de la Tierra, que es próxima a un esferoide 2. las ir regularidades de la supe rficie (topografía) 3. heterogeneidad de densidad de la corteza continental y el manto 1) La forma de la Tierra se aproxima a un elipsoide de revolución o una esfera achatada por los polos (debido a la rotación). Por lo tanto en los polos la distancia al centro es menor por lo que la fuerza de gravedad es mayor (9.780 m·s−2 al Ecuador y 9.832 m·s−2 a los polos) 2) La gravedad decrece con la altura ya que a mayor altitud mayor distancia del centro de la Tierra. Por ej. a paridad de otras condiciones en la cima del Monte Everest (8,848 m) el peso de un cuerpo disminuye de 0.28%. 3) Existen pequeñas variaciones a distancia de pocos kilómetros que se deben a que cerca de la superficie pueden existir rocas de densidad mayor a la normal lo que produce que sea mayor la gravedad sobre esos lugares. Esas pequeñas irregularidades respecto de los valores medios pueden utilizarse para estudiar la distribución de densidad en la corteza terrestre empleando técnicas de gravimetría.
La gravedad en otros planetas Body
Sun Mercury Venus Earth Moon Mars Jupiter Io Europa Ganymede Callisto Saturn Uranus Neptune Pluto
Multiple of Earth gravity 27.90 0.3770 0.9032 1 0.1655 0.3895 2.640 0.182 0.134 0.145 0.126 1.139 0.917 1.148 0.0621
G (m/s2)
274.1 3.703 8.872 9.8067 1.625 3.728 25.93 1.789 1.314 1.426 1.24 11.19 9.01 11.28 0.610
¡Recordar diferencia entre masa y peso!
La forma de la Tierra
Forma de la Tierra
Elipsoide de revolución
b a
REcuator = RPolo + 21 km = 6378 km
Esfera
flattening
eje semimayor a [m]
Geodetic Reference System 1980 (GRS80)
6 378137.0
achatamiento f = (a-b)/a
1 : 298.25722
uso para
World Geodetic System 1984
2 g elr ge (1 sin
GM (1 f a2
ge
3 m 2
f2
27 14
5 15 1 7 m f m 2 fm 2 4 14
1 2 5 f fm 8 8
3
2
sin 2 ) 3
5.87 10 6
b
fm)
R
5.03024 10 3
g
a a
– R = 7.1 km Elipsoide
f
ab 1/ 298.257 a
m
2
a
ge
1/ 288.37
a = 6378.137 km b = 6356.752 km R = 6371.000 km
R - b = 14.2 km
Altura ortométrica, H
Nivel del mar
Altura geométrica, h
El elipsoide es definido por cuatro cantidades:
a - radio ecuatorial, f - achatamiento inverso, - velocidad angular y GM - constante gravitacional geocéntrica
El Geoide
Se denomina geoide a la superficie equipotencial del campo gravitatorio terrestre. Gráficamente se puede definir como la superficie que tuvieran los mares en calma, prescindiendo de las mareas, y prolongada bajos los continentes.
El Geoide
Visualización del geoide con exageración vertical. La forma del geoide es controlada por las heterogeneidades a gran escala del manto
Desviación del Geoide de la forma idealizada de la Tierra (elipsoide de referencia WGS84)
Las áreas en rojo son mas altas que la superficie del elipsoide, las en azul mas bajas
Interpretación del geoide
http://www.ptb.de/cartoweb3/SISproject.php
Geoid calculator
http://www.unavco.org/community_science/science-support/geoid/geoid.html
Anomalías de gravedad
Unidades g : 1 cm/s2 Gal Exploración: mGal, Gal
SI
m/s2
1 m/s2 = 102 Gal = 105 mGal gravity unit ”
“
g.u. = 10-6 m/s2 = 0.1 mGal
g = 9.80 ms-2 = 9.8 x 106 mm s-2 = =9,800,000 g.u. = 980,000 mGal
Anomalía de aire libre •
Corresponde a la diferencia entre el valor de gravedad observado y el valor de gravedad teórico corregido por la altura del valor medido de g respecto a una superficie de referencia (el geoide) mediante la aplicación de una corrección del gradiente de gravedad normal (corrección de aire libre): - g teo
Donde 0,3086 es el gradiente de gravedad normal expresado en mGal/m y h es la cota del punto donde se realizó la observación de la gravedad en metros. Anomalía de Bouguer •
Esta anomalía no sólo tiene en cuenta la variación de la gravedad con la altura, como la de aire libre, sino también las masas presentes entre el punto de observación y la superficie de referencia (geoide). Al aplicar esta corrección, la anomalía restante es representativa sobre todo de cambios de densidad a nivel cortical y de cambios en el grosor de la corteza terrestre.
Anomalías de gravedad
Aire libre y Bouguer anomalías
Anomalías de aire libre
Anomalías de Bouguer
Chicxulub Crater area
Horizontal gradient map of the gravity anomaly over the Chicxulub crater
• Distribución de la elevación en la Tierra: DOS máximas: océano y el continente • Densidad es diferente:
continentes ~ granitas (2.67), océano ~ basaltos (2.9)
La topografía se soporta hidrostáticamente
Angulo entre la dirección a la estrella norte y la plomada que apunta al centro de la Tierra -> estimación de la latitud.
El ángulo entre la dirección a la estrella norte y la plomada debe ser menos por la atracción de la topografía (Himalaya, John Pratt). El ángulo medido se resulto ser menos que el calculado (efecto de la raíz).
El concepto de isostasia Las cordilleras están sostenidas por la flotación de raíces ligeras de la corteza que flotan en el manto más denso (así como los témpanos flotan en el agua del océano).
Este dibujo ilustra cómo bloques de madera de diferente espesor flotan en el agua. En una manera similar secciones de gran grosor del material de la corteza flotan más alto que la placa cortical con espesor más delgada. Sin embargo la litósfera continental tiene también densidades variable
Definición de isostasia Existe un nivel por debajo de la litósfera (en la astenósfera) donde ningún gradiente horizontal de presión puede ser sostenido por tiempos geológicos (la presión es hidrostática). Este nivel se llama el nivel de compensación.
La compensación puede darse por variació en el espesor de la litosfera (hipotesis de Airy) o por cambios en la densidad de la misma (hipotesis de Pratt). En una litosfera oceánica normal domina lo primero, en la litosfera continental ocurren ambas cosas.
Modelo de Airy-Heiskanen
Modelo de Pratt-Hayford
La topografía se flota” en el manto “
To
To
Airy
c
h c (c h r hr
h c )h rh
hc m
m
Pratt c (c h
const.
c
> c c
hr h
( c w ) m
To
c
hr > hc
f ( h)
h) oc h
h hc
o
c c
To= hc c
o
hc h hc
To c
o hc
wh h hc
Zt no importa!
Isostasia y la erosión
Isostasia y fuerzas
M
“gravitational collapse”
Compensación local (Airy)
Compensación regional (Vening-Meinesz)
La litosfera terrestre puede ser aproximada como una placa fina elástica
x – distancia W(x) – deflexión Q(x) – fuerza vertical normalizada por la unidad de x (carga) F – fuerza horizontal por la unidad de x
Estudios que Vening Meinesz realiza en los Himalayas que mostraban una raíz cortical menor de lo que predecía la teoría de Airy
Anomalía isostática giso gobs
0.3086 h 2 G c h 2 G( m c )hr
Anomalías residuales isostáticas, México
2'x2' terrain-corrected Bouguer gravity anomalies covering Mexico and surrounding areas
¿Interpretación?
SE back azimuth Partial melting underneath TWMB Mid-crustal interface Top of oceanic crust Oceanic Moho
Continental Moho
NW back azimuth
Kim, Y., R. W. Clayton, and J. M. Jackson (2010), Geometry and seismic properties of the subducting Cocos plate in central Mexico, J. Geophys. Res., 115(B6), B06310.
Structure of the Jalisco Subduction Zone from Seismicity and Gravity
50 30
Observed gravity anomaly
10
Model
-10
l a -30 g -50 M , -70 g d -90 -110 -130
1.03
2.50
2.90
Trench
2.10
Coast
Colima
0
2.80 -20
3.32
-40
3.22
2.90
m k -60 , h t -80 p e D-100
3.30
3.50 3.30 Aftershocks of 10/09/1995 event Local network and teleseismic data 09/28/1996 event
-120 -140 -200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
Distance from the trench axis, km
250
300
Continentes y Océanos
Un continente es cada una de las grandes extensiones en que se divide la superficie terrestre, separadas entre sí por los océanos.
Nuestro planeta se encuentra formado por seis continentes:
- América - Asia - África - Europa - Oceanía - El continente Antártico
El continente más grande es Asia, lo sigue África, Norteamérica, Sudamérica, La Antártida, Europa y Oceanía.
Los océanos son aquellas partes de la superficie del planeta ocupadas por agua marina que rodean a los continentes y que cubren actualmente alrededor del 71% de la Tierra. - Pacífico - Atlántico - Indico - Glacial Ártico - Glacial Antártico.
el océano Pacífico el más grande, cubre una tercera parte de la superficie terrestre.
Relieve Terrestre
El relieve terrestre es el término que determina a las formas que tiene la corteza terrestre o litosfera en la superficie, tanto en relación con las tierras emergidas como en cuanto al relieve submarino, es decir, al fondo del mar.
Es el objeto de estudio de la geomorfología y de la geografía física, sobre todo, al hacer referencia a las tierras continentales e insulares.
La conformación del relieve está vinculada a diversos procesos que se desarrollan durante millones de años. La actividad de los volcanes, los sismos y la erosión que generan distintos agentes son algunos de los procesos geológicos que determinaron y aún determinan el relieve terrestre. El ser humano también puede incidir en el relieve terrestre. Si, en un país, se utiliza dinamita para desarrollar una actividad minera en una cordillera, se modificará el relieve de la región. Donde antes había una montaña de una cierta altura, tras las explosiones habrá un relieve diferente.
Relieve según Morfología y Altimetría Planicies. Extensiones de terreno llano o al nivel del mar. Bajiplanicies. Llanos con altitud inferior a 700 msnm (metros sobre el nivel del mar). Mediplanicies. Planicies con elevación entre 700 y 1400 msnm. Altiplanicies. Terreno llano a más de 1400 msnm.
Planicies de Masai Mara, Quênia
Eminencias: Partes de terreno relativamente elevado respecto al nivel del mar. Cerros: Eminencias de no más de 700 msnm. Si su altura es mínima, mássuave o menos aisladas y tienen laderas deexisten pendiente y formas redondeadas, se llaman colinas.
Montañas: Eminencias superiores a los 700msnm.
Conjuntos de eminencias: Sierras y cordilleras, macizos montañosos y nudos orográficos.
Cerro de la Estrella
Depresiones: Terrenos de nivel relativamente menor que el nivel del mar.
Depresiones absolutas. Terrenos de altitud inferior a la del mar.
Depresiones relativas. Terrenos de menor altitud relativa que los de sus alrededores.
Valle: Depresión entre montañas o rodeada por estas, generalmente conteniendo una corriente de agua.
Valle de Broto, Pirineos
Cañones: Gargantas profundas de ríos srcinados por la erosión de éstos o por agentes tectónicos.
Cañadas: Similar a los cañones pero de magnitud menor. También se refiere a las vías pecuarias con una anchura de unos 20 m (veredas o caminos azagadores)
Cañón del Sumidero, Chiapas
Gran Cañón, USA
Cuenca: Es una parte de la superficie terrestre cuyas aguas fluyen hacia un mismo río o lago por lo que tiene forma cóncava, es decir, que constituye una especie de depresión medianamente abierta.
Cuenca Hidrográfica de Metztitlan
El relieve terrestre determina buena parte de la vida humana. La economía, por ejemplo, depende del relieve: no es lo mismo dedicarse a la agricultura o a la ganadería en una zona de relieve montañoso. El relieve terrestre, por otra parte, incide en el potencial turístico (en una montaña se puede desarrollar una oferta turística vinculada a deportes como el esquí y alpinismo).
Morfología Marina
Márgenes Continentales
Cuencas Oceánicas Profundas
Dorsales Oceánicas
Márgenes continentales pasivos
Márgenes continentales activos
Cuencas Oceánicas Profundas
Llanuras abisales Montes submarinos Fosas submarinas Mesetas oceánicas
