11.%20 litosfera

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11.%20 litosfera

  1. 1. La ecosfera. La litosfera 1 11. La LitosferaEstructura de la litosfera. Partes que la forman: corteza continental, corteza oceánica.Manto superior. Astenosfera. Características. Estructura. Isostasia.Composición química de la litosfera. Minerales y rocas. Rocas ígneas y sedimentarias.Dinámica de la litosfera: Movimientos ligados a la dinámica interna de la tierra:tectónica de placas. Fuentes energéticas. Movimiento de las placas a lo largo de lahistoria de la tierra. El ciclo supercontinental. Efecto de la disposición de tierras y maressobre la dinámica de las envolturas fluidas del planeta. La corteza continental: dinámica relacionada con la tectónica de placas. Dinámicarelacionada con la erosión y la isostasia. Interacciones con el clima. Bucles derealimentación.El ciclo litosférico. Transformaciones químicas de los materiales terrestres.Meteorización. Transporte. Sedimentación. Metamorfismo y fusión. Emisiones devolátiles. Fabricación de nueva corteza. Emisión de volátiles. Vulcanismo y su efectosobre el clima. Relación con el ciclo supercontinental.El ciclo geoquímico del C.Lecturas recomendadasDinámica terrestre . Investigación y Ciencia. Temas 20.Berner, R.A. & Lasaga, A.C. Modelización del ciclo geoquímico del C. La atmósfera.Investigación y Ciencia. Temas 12. Pp 87 – 95.Schlesinger, W. H. (2000). Biogeoquímica. Ariel. Cap. 4.Strahler, A. N & Strahler, A. H. (1989). Geografía física. Omega. Caps 12, 13, inicio17.Martín Chivelet, J. (1999). Cambios climáticos. Ediciones libertarias. Cap. 11.Cuestiones1. Por el borde convergente de la placa arábica ha subducido el golfo pérsico y todos sus yacimientos petrolíferos. ¿Qué consecuencias cree que puede tener esto sobre el balance de radiación de la tierra?.2. Dentro de muchos millones de años la energía procedente de la desintegración radiactiva se agotará. ¿Qué consecuencias tendrá sobre el funcionamiento de la ecosfera?.3. Haga un esquema de los efectos que tiene la tectónica de placas sobre el balance de radiación de la tierra. En que aspectos del balance de radiación incide la litosfera. De que manera les afecta. A que escala temporal actúan.4. Haga un esquema de cómo esperaría que cambie el clima en relación con el ciclo supercontinental.5. La actividad humana incrementa el C en la atmósfera quemando materia orgánica y fabricando cemento. Según el IPCC esto está cambiando el clima y la sociedad lo percibe como “malo para la naturaleza”. Ponga estos cambios asociados al hombre en el contexto del ciclo geoquímico del C. Desde esta perspectiva, la actividad humana ¿ es “buena” o “mala” para la naturaleza”?.ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
  2. 2. La ecosfera. La litosfera 2Estructura vertical de la litosfera (Strahler & Strahler, 1989 pag 222). La litosfera essólida y rígida, y está compuesta por dos capas: la corteza y el manto superior. Reposasobre otra capa del manto, la astenosfera, que está muy caliente y es plástica. El límiteentre la corteza y el manto es nítido (discontinuidad de Mohorovicic o Moho) ycorresponde a un cambio brusco en composición química. El manto está formado porrocas ultramáficas, muy densas (3,3 g/cm .3 ), mientras que la corteza está formada porrocas máficas (basaltos, 3 g/cm3 ) y félsicas (granitos, 2,7 g/cm3 ). Se pueden distinguirdos tipos de corteza, oceánica y continental, que difieren entre sí en densidad, grosorcomposición química y duración. La corteza oceánica es basáltica, más densa, tiene ungrosor medio de 10 km y se extiende bajo los fondos oceánicos. No dura mas de 200millones de años. La corteza continental es más heterogénea, con rocas sedimentarias,ígneas y metamórficas, tiene un grosor de hasta 70 km y se extiende por los continentesy plataformas continentales. Su edad va de 0 a 3800 millones de años. En la parte másexterna de la litosfera están los sedimentos, rocas menos densas que son el resultado dela interacción de la litosfera con los otros subsistemas (atmósfera, hidrosfera y biosfera). Limite entre la litosfera y la astenosfera en un corte vertical exagerado verticalmente (arriba) y otro sin exagerar (abajo). El límite no es abrupto, sino un gradiente de temperatura. Se considera que el límite está en los 1300 ºC (Molnar, 2000).ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
  3. 3. La ecosfera. La litosfera 3Distribución de la superficie de la litosfera por zonas de altitud en %. La cortezacontinental ocupa las zonas más elevadas: las tierras emergidas y las plataformascontinentales del océano, alrededor del 45% de la superficie total. El límite entre lacorteza continental y oceánica está mal definida al estar cubierta de sedimentos. ISOSTASIALa corteza, menos densa y rígida, se apoya en la astenosfera, más densa y elástica. Lalitosfera “flota” sobre la astenosfera. Modelo de Airy Modelo de Veinig-Meinesz Si la litosfera es muy gruesa la compensación isostática es regional. Toda la región se comba como un tablón con un peso encima (Molnar 2000) Excepción a la compensación isostática: Si la astenosfera está muy caliente tiende a subir, levantando la litosfera (Burchfiel 2000)ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
  4. 4. La ecosfera. La litosfera 4 Composición químicaRocas Igneas: Solidificación de magma procedente del interior de la tierra. La densidadaumenta al descender porque disminuye el Si y aumentan átomos mas pesados. Los másligeros solidifican a temperaturas más bajas. (Strahler & Strahler, 1989) Al MgRocas sedimentarias: interacción de rocas ígneas con las envolturas fluidas. Clásticas No clásticasTransformación física: troceado Transformación química: minerales deTransformación química: arcillas nueva creación en superficieSedimentos piroclásticos : material de Calcita: Ca CO3erupciones volcánicas Dolomía: CaMg (CO3 )2Sedimentos detríticos : disgregación de Anhidrita: Ca SO4rocas: Yeso: Ca SO4 – 2 H2 OConglomerados (trozos > 2 mm) Halita: NaClAreniscas (trozos 2-0,2 mm) Hematites: Fe2 O3Esquistos-pizarras (trozos < 0,2 mm) Calcedonia: SiO 2 Carbón, Petróleo, Gas: CH2 O Creta: esqueletos organismosDe Strahler & Strahler (1989).ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
  5. 5. La ecosfera. La litosfera 5 Dinámica de la litosferaEntre la superficie y el interior de la tierra existe un gradiente de temperatura paralelo ycon el mismo sentido que la gravedad. Se establecen celdas convectivas que mezclan losmateriales del manto. Esto es posible porque las rocas están fundidas y son plásticas.Estas celdas convectivas mueven la litosfera, que flota sobre el manto, y que es rígida yestá dividida en placas independientes.(Siever 2000). G Tª Roca Roca caliente fría Roca Roca caliente fríaTransformaciones energéticas en el interior de la tierra. (Strahler &Strahler 1989. Pag245). La energía que mueve todo el sistema proviene de la descomposición radiactiva delos materiales terrestres. Es un sistema que decae, ya que cuando todos los elementosradiactivos se descompongan la emisión de energía cesará y el sistema se parará.ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
  6. 6. La ecosfera. La litosfera 6Principales placas litosféricas y sus límites (Francheteau 2000) Borde divergente Borde convergente Falla transformante Movimiento Tectónica de placas (Martín Chivelet, 1999)ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
  7. 7. La ecosfera. La litosfera 7Los movimientos de las placas litosféricas da lugar a cambios en la posición decontinentes y océanos en el tiempo: Deriva continental (Siever 2000). Proterozoico Carbonífero Véndico Jurásico Ordovícico Cretácico Devónico HolocenoLa posición relativa de tierras y mares afecta a la circulación oceánica y al albedoterrestre, y como consecuencia, al clima. La glaciación del Proterozoico se puede explicar en parte por la posición ecuatorial de los continentes, que incrementa el albedo de la tierra. Si estos se cubren de hielo el albedo incrementa sustancialmente.ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
  8. 8. La ecosfera. La litosfera 8ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
  9. 9. La ecosfera. La litosfera 9El movimiento de la corteza terrestre sigue un comportamiento ordenado: cada 500millones de años aproximadamente la corteza continental se congrega en unsupercontinente, que posteriormente se disgrega, para volver a reunirse al cabo deltiempo. (Murphy & Nance 2000).ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
  10. 10. La ecosfera. La litosfera 10 Dinámica de la corteza continentalLa corteza continental ha crecido a lo largo de la historia de la tierra. Como no subduce,por ser demasiado ligera, se acumula. La corteza crece por la adición de nuevosmateriales procedentes de las rocas que subducen bajo la corteza continental, pormateriales calientes procedentes del manto que se abren paso a través de los continentesy por la adición de arcos volcánicos o fondos marinos que chocan con los continentespor la acción de la tectónica de placas. (Tailor & McLennan 2000). El crecimiento no escontinuo, sino episódico, y esto se relaciona con el ciclo supercontinental. Cuando elsupercontinente ha llegado a su máxima dispersión la corteza oceánica alcanza sumáximo envejecimiento y, por consiguiente, tiene las mayores posibilidades de formarnueva corteza continental una vez que subduzca. Cuando los continentes convergen denuevo parte de la corteza oceánica pasa a ser corteza continental con el plegamiento.La corteza continental es rugosa, con altitudes muy variadas. Los materiales a mayoraltitud tienden a caer por acción de la gravedad, almacenándose en las zonas bajas. Lainteracción con la atmósfera e hidrosfera aceleran la caída de los materiales, puesfavorecen la disgregación y transporte. Las montañas, al perder materiales pierden peso,y por efecto de la isostasia tienden a levantarse. Las zonas donde se acumulan lossedimentos ganan peso, y tienden a hundirse. Esto genera un reciclado de los materialesde la corteza. (Strahler & Strahler, 1989).ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
  11. 11. La ecosfera. La litosfera 11El ciclo levantamiento- erosión – sedimentación interactúa con la atmósfera y labiosfera (vegetación). Da lugar a bucles de realimentación de diferente signo que actúana tiempos diferentes, y cuyo resultado puede dar lugar a comportamientos complejos. Sombra de lluvia Fuerzas - tectónicas + Vegetación + lluvia + + + + + - - + - ALTITUD - - Elevación + Erosión - + PesoEn los últimos 40 millones de años se ha asistido a un progresivo enfriamiento de latierra, junto a un periodo tectónico especialmente activo que ha formado muchasmontañas. ¿Cuál es la causa y cual el efecto?. Incremento de la orogénesis por tectónica de placas + altitud media de los - continentes + erosión y transporte glaciares de montaña + + + precipitación albedo + temperatura - Modificación de la circulación de las envolturas fluidas por tectónica de placasECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
  12. 12. La ecosfera. La litosfera 12 CAMBIOS QUÍMICOS EN LA LITOSFERA. EL CICLO LITOLÓGICO.Ciclo litológico. Propuesto por Hutton hace casi 200 años. Los movimientos verticalesde los materiales en la litosfera continental van acompañados de cambios enpropiedades físicas y composición química. (Siever 2000). CAMBIOS QUÍMICOS ASOCIADOS AL CICLO LITOLÓGICO. § Meteorización. Reacción de las rocas con la atmósfera e hidrosfera. Cambios en composición química § Erosión y transporte. Desplazamiento de materiales § Sedimentación. Acumulación de materiales § Metamorfismo y fusión. Cambios en composición química. Expulsión de gases.ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
  13. 13. La ecosfera. La litosfera 13 METEORIZACIÓN. Reacción de las rocas con la atmósfera e hidrosfera 100 kg de rocas + 15,5 kg de CO2 O2 H2 O 113 kg minerales + 2,5 kg de sales CO2 + H2 O - ↔ H+ + HCO3 - ↔ H2 CO3Rocas ígneas + H2 CO3 + H2 O → Cationes (Na, K, Ca, Al, Mg, Fe, Mg) + Sílice + Arcilla + HCO3 - CaCO3 + H2 CO3 → Ca++ + 2 HCO3 - 4 FeS2 + 8 H2 O + 15 O2 → 2 Fe2 O3 + 16 H+ + 8 SO4 = Ca5 (PO4 )3 OH + 4 H2 CO3 → 5 Ca ++ + 3 HPO4 = + 4 HCO3 - + H2 O Los productos de todas estas reacciones (cationes, P etc.) son fuente de materiales para la biosfera. Nótese la ausencia de N. Factores que controlan la meteorización Meteorización y clima (Schlesinger, 2000) Meteorización y actividad biológica (Schlesinger 2000). La respiración del suelo incrementa la [`CO2 ] y por ello la meteorización. Además, lo ácidos orgánicos que desprenden plantas y microorganismos atacan a los silicatos y enzimas que meteorizan los fosfatos. A mayor actividad biológica, estimada a través de la ETP (que se correlaciona positivamente con la biomasa y PPN), mayor es la [`CO2 ] en el suelo. Mayor es la meteorización. ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
  14. 14. La ecosfera. La litosfera 14La relación que mantiene la biosfera con la litosfera a través de la meteorización es unarelación crecimiento-colapso, cuyo colapso está muy retardado (escala de tiempogeológico) por el reciclado de nutrientes a través de la necrosfera.La erosión puede mantener el sistema en crecimiento al permitir una “entrada” continuade rocas, pero la biosfera limita la erosión al retener materiales con las raíces. Erosión Producción Biosfera + + meteorización Erosión Rocas nutrientesEROSION Y TRANSPORTELa biosfera evita la erosión. Se estima que antes de la invasión de los continentes por labiosfera la erosión mecánica podría ser 4 veces superior a la actual.Perdida anual de materiales de lo continentesSchlesinger 2000.ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
  15. 15. La ecosfera. La litosfera 15SEDIMENTACIÓN.Rocas sedimentarias: Clasticas No clasticasTransformación física: troceado Transformación química: minerales deTransformación química: arcillas nueva creación en superficieSedimentos piroclásticos : material de Calcita: Ca CO3erupciones volcánicas Dolomía: CaMg (CO3 )2Sedimentos detríticos : disgregación de Anhidrita: Ca SO4rocas: Yeso: Ca SO4 – 2 H2 OConglomerados (trozos > 2 mm) Halita: NaClAreniscas (trozos 2-0,2 mm) Hematites: Fe2 O3Esquistos-pizarras (trozos < 0,2 mm) Calcedonia: SiO 2 Carbón, Petróleo, Gas: CH2 O Creta: esqueletos organismosLos materiales producto de la meteorización reaccionan entre sí y precipitan, formandolas rocas no clasticas.La sedimentación se produce fundamentalmente sobre la plataforma continental. Soloun pequeño porcentaje de los sedimentos pasan a las cuencas oceánicas profundas(litosfera oceánica).FUSIÓN Y METAMORFISMO. En las condiciones de alta presión y temperatura de la parte profunda de lalitosfera los materiales sedimentarios reaccionan entre sí, dando de nuevo rocas ígneas. CO3 Ca, Mg + Sílice → Silicatos + CO2Los elementos volátiles vuelven a la superficie por los volcanes, completándose el ciclo. VOLCANESEmisión de Kudryavy Nevado de Ruiz, Kamchatkavolátiles Rusia Colombia RusiaUnidades % moles % peso % volumenH2 O 95,0 94,9 78,6H2 0,56 3,01CO2 2,0 2,9 4,9SO2 1,3 2,7 0,03SH2 0,4 0,8 0,2ClH 0,4 0,005 0,6N2 0,2 11,9NH3 0,1O2 0,003 0,01CH4 0,002 0,4Composición de gases volcánicos en % de peso. Schlesinger 2000.ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
  16. 16. La ecosfera. La litosfera 16 FORMACIÓN DE NUEVA CORTEZA. La solidificación de los materiales del manto que crean nueva corteza oceánicada lugar a cambios químicos y a la emisión de volátiles. Material del manto → Basalto + gases Gases volátiles de los magmas en % en peso(Strahler & Strahler 1989 pag 210)Compuesto Gases de los volcanes Volátiles en la atmósfera e Mauna Loa y Kilaunea hidrosferaAgua H2 O 60 93Carbono CO2 24 5,1Azufre S2 13 0,13Nitrógeno N2 5,7 0,24Argón A 0,3 IndiciosCloro Cl2 0,1 1,7Hidrogeno H2 0,004 0,07Estos volátiles son el origen de la atmósfera e hidrosfera actual. Los que faltan están enlos sedimentos de la litosfera.Las erupciones volcánicas son episódicas y producen un fuerte impacto sobre el clima.El impacto es a corto plazo (dias-años). Periodos con actividad volcánica continuadapueden tener efectos a mas largo plazo.Los volcanes emiten grandes cantidades de CO2 , gas invernadero, por lo que unaactividad volcánica continuada puede incrementar la temperatura de la superficieterrestre. El calentamiento en el mesozoico se asocia a la disgregación de Pangea. Laapertura de un océano implica la activación de la formación de corteza oceánica,incrementándose la emisión de CO2 en las nuevas dorsales. La salida del C a laatmósfera está condicionada por la mezcla oceánica. Si el océano no se mezcla el CO2se acumula en el océano y sale de repente cuando la mezcla se produce. Se ha propuestocomo hipótesis para explicar la extinción a finales del Cretácico.ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
  17. 17. La ecosfera. La litosfera 17 RELACIÓN ENTRE LA DINÁMICA DE LA LITOSFERA Y EL CO2Disgregación supercontinente → actividad magmática oceánica ↑ → CO2 ↑Máxima disgregación → Subducción ↑ → CO2 ↑Formación de supercontinente → Nueva roca para erosionar → CO2 ↓ CICLO GEOQUÍMICO DEL C (Berner & Lasaga)El ciclo litológico controla el balance de radiación de la tierra a través del reciclaje delC, que es un gas invernaderoECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
  18. 18. La ecosfera. La litosfera 18ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
  19. 19. La ecosfera. La litosfera 19ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés

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