Dinámica de la Geosfera

La geosfera es el sistema terrestre de estructura rocosa que sirve de soporte o base al resto de los sistemas terrestres situados sobre su parte más superficial. Es la fuente de recursos energéticos (como el uranio) y minerales (como las rocas).

No debemos confundir los procesos geológicos, que tienen lugar de manera gradual y no peligrosa, con las fases paroxísmicas de los mismos, en las cuales la magnitud del proceso es muy superior a la habitual, se libera una gran cantidad de energía, implica una gran cantidad de materia o abarca una extensión espacial desmesurada. Por ejemplo, los procesos geológicos fluviales transcurren gradualmente, pero si sobreviene una avenida, se incrementa la energía cinética de los ríos, la masa transportada, su poder erosivo y la extensión espacial de la superficie ocupada por las aguas.

Procesos Geológicos Externos

Tienen lugar en la zona más superficial de la litosfera, en el sistema de denudación, sobre el cual, y gracias a la energía solar transformada en energía potencial, actúan los diferentes agentes geológicos externos realizando acciones o procesos geológicos.

• Meteorización: Es la alteración física o química de las rocas in situ, debido a la acción de los agentes atmosféricos. Es un proceso estático que favorece la disgregación mecánica de las rocas o la variación en su composición química.
• Erosión: Es un proceso dinámico por el cual los materiales resultantes de la meteorización son desplazados hasta zonas más deprimidas de la superficie terrestre, tanto continentales como oceánicas. Al reducirse la energía del agente de transporte, se produce la sedimentación.

El resultado de la erosión y de la sedimentación es la modificación del relieve, ya que se rebajan los relieves y se rellenan las depresiones. Los principales agentes erosivos son las aguas de escorrentía superficial y los glaciares. La acumulación progresiva de sedimentos en las cuencas sedimentarias acaba produciendo la litificación de los materiales, proceso que concluye con su transformación en rocas sedimentarias.

Procesos Geológicos Internos

Tienen lugar gracias a la energía geotérmica, cuya manifestación más evidente es la existencia de un gradiente geotérmico o aumento de la temperatura. Las causas de este rápido aumento de la temperatura de las capas terrestres más externas no pueden atribuirse de manera exclusiva al calor residual procedente del interior del planeta que todavía se conserva desde su formación, sino que la mayor parte del poder calorífico se debe a la energía radioactiva liberada por el proceso de desintegración nuclear que sufren elementos radioactivos.

La energía geotérmica tendrá dos orígenes: uno profundo, cuyo valor es uniforme en todo el planeta y se debe al calor residual, y otro cortical, causado por la desintegración nuclear, que varía de unos lugares a otros en función del contenido, más o menos elevado, de elementos radioactivos de las rocas existentes.

La litosfera oceánica se construye en las dorsales, por las cuales aflora el magma ascendente procedente del manto, y se destruye en las zonas de subducción, lugares donde la litosfera se hunde de nuevo hacia el manto.

El movimiento ascendente se produce por la acción de las fuerzas tectónicas derivadas del choque entre placas convergentes, que son capaces de comprimir, deformar, plegar y elevar las rocas sedimentarias, y de incorporarlas nuevamente al continente, formando rocas metamórficas que pueden ser elevadas e incorporadas al continente. En el caso de alcanzarse las temperaturas suficientes para la fusión de las rocas, se forman magmas que, por enfriamiento, dan lugar a rocas ígneas, que pueden ser plutónicas si el enfriamiento es lento y se realiza en el interior de la corteza (granito), o volcánicas si el enfriamiento es brusco por la salida del magma al exterior (basalto).

Riesgos Geológicos

Surgen como consecuencia de la superposición entre los procesos geológicos y las actividades humanas. Los podemos definir como cualquier condición del medio geológico que pueda generar un daño de cualquier tipo a las personas. El riesgo geológico natural puede deberse a la dinámica interna de la Tierra, como los volcanes, o bien a la acción de la geodinámica externa, como un alud. Pero ocurre que hay veces que la acción antrópica interfiere en la dinámica natural, como por ejemplo cuando, por deforestación, se provoca la erosión del suelo; en este caso hablamos de riesgos mixtos. Y, por último, también la humanidad puede desencadenar procesos geológicos, en cuyo caso los llamamos riesgos inducidos; por ejemplo, una explosión que provoca un sismo.

Ejemplos

• Internos: originados por procesos geológicos internos: volcanes, terremotos, diapiros.
• Externos: originados por procesos geológicos externos: movimientos de laderas, avalanchas, avenidas fluviales y torrenciales, inundaciones costeras, subsidencias y colapsos.
• Mixtos: procesos geológicos resultantes de las alteraciones de la dinámica natural de los procesos geológicos naturales de erosión-sedimentación: erosión del suelo, regresión de deltas, relleno de estuarios y puertos, desaparición de playas.
• Inducidos: procesos geológicos desencadenados artificialmente a consecuencia de las intervenciones humanas sobre el medio geológico: movimientos de laderas por la modificación de las formas del relieve, inundaciones por rotura de presas, expansividad inducida por exceso de riego.

Riesgos Volcánicos

El calor interno de la Tierra se debe al que se produjo en su origen a causa del choque de los planetesimales, pero también a la energía emitida como consecuencia de la desintegración de los isótopos radioactivos que forman parte de los minerales de algunas rocas. La litosfera actúa como una capa aislante térmica que libera, en general lentamente, dicha energía. Pero en algunas zonas, y en ciertos momentos, la Tierra libera gran cantidad de materia y energía geotérmica, que se manifiesta en las emisiones del magma (interior), que se escapa por fisuras y que da lugar a las lavas (exterior), que forman los volcanes. Las rocas en el manto se encuentran a gran presión y elevada temperatura, y cuando se produce una descompresión, como es una fisura en la litosfera, los materiales pasan rápidamente del sólido al fluido.

Distribución geográfica de los volcanes

Hay 40.000 volcanes en la Tierra, 10.000 sobre el nivel del mar y 800 activos. Los demás pueden entrar en erupción con el tiempo. Se localizan en zonas de:

• Límites de placa: Cinturón de Fuego del Pacífico, sobre todo en los bordes destructivos y en las dorsales (Islandia).
• Intraplaca:
  • Un punto caliente: lugar bajo la pluma térmica procedente de la capa D de la superficie del núcleo terrestre y que permanece fijo, produciendo la fusión de las rocas y la formación de volcanes. O puede que la placa se desplace formando islas alineadas, como en Hawái.
  • Rifting: o fracturas derivadas de tensiones provocadas por la propia placa y por las que escapa el magma. Se cree que las Islas Canarias se formaron de este modo, como resultado de las tensiones producidas en la apertura del océano Atlántico.

Partes de un volcán

• Cráter: orificio por el que sale la lava al exterior. Si tiene más de 1 km de diámetro, se denomina caldera.
• Cono volcánico: acumulación de los materiales en forma de montaña.
• Cono parásito: pequeño cono formado sobre el cono volcánico.
• Cámara magmática: zona interna donde se acumula el magma.
• Chimenea: conducto por donde sale la lava.
• Columna eruptiva: altura alcanzada por los materiales emitidos.
• Colada de lava: ríos de lava procedentes del desbordamiento del cráter.

Factores de riesgo volcánico

Suponen un riesgo porque pueden producir gran destrucción.

• Exposición: Los suelos producidos por la meteorización de las rocas volcánicas son muy fértiles; además, el volcán proporciona recursos minerales y energía geotérmica, por lo que es frecuente encontrar asentamientos humanos en zonas volcánicas. Además, el tiempo de retorno de un volcán puede ser de cientos de años, por lo que la percepción del riesgo de una determinada generación puede ser muy baja, lo que hace que la aglomeración de las personas haga que el desastre sea mayor de lo esperado.
• Vulnerabilidad: Mide la susceptibilidad ante los daños, que está en función de la riqueza, educación y tecnología. Los países pobres son más vulnerables.
• Peligrosidad: Factor de riesgo que depende de la magnitud del volcán, su distribución geográfica y su tiempo de retorno. La magnitud se determina por el tipo de erupción que este produce. De manera general, se puede establecer cuatro tipos diferentes de volcanes. Analizamos cada una de las manifestaciones volcánicas que condicionan el tipo de volcán y su peligrosidad, así como los daños producidos:
• Los gases: vapor de agua, dióxido de carbono, de azufre, sulfuro de hidrógeno, nitrógeno, hidrógeno, cloro y otros. Los gases emitidos son, por tanto, irrespirables y tóxicos. Los gases del magma son un motor de la erupción, porque se expanden y, al disminuir la presión, facilitan el ascenso de toneladas de materiales.
• Lluvia de piroclastos: fragmentos lanzados al aire durante las explosiones, que solidifican y que caen por gravedad, originando lluvias de piroclastos. Tipos: cenizas, lapilli, bombas.
• Coladas de lava: No todas son iguales. Las ácidas proceden de magmas de más del 50 % de sílice (SiO₂), que darían, si enfriaran en profundidad, granitos, y en superficie, riolita. Son viscosas y se desplazan lentamente, muy peligrosas. Explosiones de la lava tirando piroclastos (piedra pómez). Las lavas básicas son fluidas, proceden de magma pobre en SiO₂, que darían, si enfriaran en profundidad, gabro, y en superficie, basaltos. Se desplazan rápidamente, pero con pocas explosiones.
• Explosiones: dependen de la viscosidad. Hay volcanes explosivos y efusivos, según la explosividad (alta, cuando la mayoría de materiales expulsados son piroclastos, o baja, si los materiales son emitidos en flujo de lava), y se mide por índice de explosividad = 100 × piroclastos / total materiales emitidos.
• Erupciones freatomagmáticas: al margen del tipo de lava, si entra en la cámara magmática agua del mar o freática, al vaporizarse de inmediato, aumenta la presión interior y provoca una tremenda explosión que multiplica el riesgo (Krakatoa).
• Nubes ardientes: la columna eruptiva puede descender a favor de la pendiente del cono volcánico, a mucha velocidad, como una nube de fuego rodante con fragmentos de roca incandescente, que puede llegar a recorrer hasta 100 km.
• Coladas de piroclastos: formadas con fragmentos incandescentes que solidifican y fusionan, de aspecto similar a las coladas de lava.
• Domos volcánicos: cuando la lava es muy viscosa, se puede acumular en el cráter taponándolo, formando como una cúpula que, debido a la presión ascendente, puede llegar a estallar, agravando la erupción y pudiendo llegar a formar una nube ardiente.
• Calderas: a veces se hunde el techo de la cámara magmática, agrandándose el cráter. La explosión puede llegar a producir terremotos locales. Puede transformarse con el tiempo en un lago.

Tipos de erupción y peligrosidad

• Hawaiano: lago fluido en ebullición del que sale lava en ríos silenciosos sin gases, explosiones ni nubes. Cono en forma de escudo. Radio y columna de 100 m. 0-1. Mauna Loa (Hawái).
• Estromboliano: sin coladas de lava. Columna < 1 km. Radio < 5 km. Lapilli. Explosiones suaves. Peligrosidad 1-2. Estrómboli, Teneguía (poco explosivo).
• Vulcaniano: explosiones, piroclastos abundantes, columna < 10 km, radio < 1000 km. Erupciones freatomagmáticas. Coladas de lava. 3-4, peligrosidad. Vesubio, Etna, Teide (explosivo).
• Pliniano: explosiones violentas de piroclastos, cenizas y piedra pómez. Columna < 25 km. Radio > 1000 km. Erupciones freatomagmáticas. Coladas de lava muy viscosas. Lahares. Nubes ardientes. Peligrosidad 5-7. Santa Helena, Krakatoa, Pinatubo (muy explosivo).

Peligros indirectos

• Lahares: ríos de barro producidos por la fusión del hielo de las nieves de las cumbres de los volcanes más elevados. El daño puede ser grave, como el arrasamiento total de una población bajo una capa de varias decenas de metros de barro.
• Movimientos de laderas: el volcán puede provocar deslizamientos de rocas inestables, afectando a pueblos y cultivos.
• Tsunamis: pueden provocar terremotos submarinos, que a su vez generan olas gigantes.

El volcán puede cambiar de estilo entre una y otra erupción, e incluso en el transcurso de la misma, por lo que resulta difícil predecir cómo será la erupción, así como clasificarlo de una manera nítida.

Predicción y prevención de riesgos volcánicos

Predicción: es preciso conocer la historia de un volcán, su tiempo de retorno, su magnitud, etc.

1. Mapas de riesgo.
2. Sistemas que observan el volcán: análisis de gases emitidos, como el gas radón; ruidos y pequeños temblores detectados mediante sismógrafos; cambios en la topografía mediante teodolitos o interferometría de radar; determinación de anomalías de las características magnéticas de las rocas por desorientación de sus minerales magnéticos al fundirse.

Prevención: parte de los daños que pueden producir los volcanes se pueden evitar, en general, a través de las siguientes medidas:

• Estructurales: mediante diques que desvían la colada; reducir el agua en las proximidades (lagos); viviendas semisféricas o con tejados inclinados; refugios.
• No estructurales: ordenación del territorio; restricción temporal de uso del territorio; protección civil, para reducir daños; instalación de sistemas de vigilancia y control; sistema de emergencia; educación para el riesgo (disminuye la vulnerabilidad, ya que se mejora en la población la percepción del riesgo y se le enseña a reaccionar correctamente); establecimiento de seguros que garanticen la restauración de daños.

Riesgos Sísmicos

Causas: los pueden producir un movimiento tectónico, un volcán o un meteorito. La mayoría de las veces se deben a los ajustes de las fuerzas tectónicas de las rocas de una falla por el desplazamiento de las placas. La teoría del rebote elástico explica que, al existir una presión sobre las rocas, estas se deforman elásticamente hasta un cierto límite, por encima del cual se supera la resistencia del material, que se fractura y libera la energía acumulada durante años. Las fallas pueden ser normales (producidas por fuerzas divergentes), inversas (por fuerzas convergentes) y de desgarre (por fuerza de cizalla).

Terremoto: o sismo, se inicia en el interior terrestre, se denomina en la zona llamada hipocentro, y de él surgen varias clases, básicamente diferentes, de movimientos ondulatorios: las ondas sísmicas. Estas ondas se transmiten formando frentes de onda esféricos que se propagan en todas direcciones a través de los diferentes medios rodeados por el hipocentro. Al primer punto de la superficie al que llegan las ondas es el epicentro del terremoto, situado en la vertical del hipocentro. Las ondas sísmicas pueden ser detectadas y registradas por los sismógrafos mediante unos gráficos o sismogramas. Para que el aparato tenga valor científico, debe ser muy sensible y poseer un reloj para registrar el momento de las vibraciones.

Tipos de ondas:

• P (primarias o longitudinales): se originan en el hipocentro. Las partículas que entran en vibración se mueven paralelas a la dirección de propagación. Viajan más rápido y se detectan primero en los sismogramas que registran los sismógrafos.
• S (secundarias o transversales/verticales): se originan también en el hipocentro. Las partículas se mueven perpendicularmente, en plano vertical, a la dirección propagada. Son más lentas que las P.
• Superficiales o largas: se originan y propagan como consecuencia de la interacción de las anteriores con la superficie terrestre, transmitiéndose en forma circular a partir del epicentro y produciendo la mayor parte de los destrozos.
  • Ondas L: vibran en un solo plano, que se corresponde con la superficie del terreno.
  • Ondas R: describen un movimiento elíptico similar al del oleaje.

Parámetros de medida

• Richter: mide la energía liberada, puede valorar el factor de peligrosidad y es proporcional al tiempo de duración. Va de 1 a 10 grados y es logarítmica.
• Mercalli: mide la intensidad, puede cuantificar la vulnerabilidad y va de I a XII grados.

Predicción y prevención de terremotos

Predicción: problema sin resolver. Hay mapas de riesgo relacionados con la tectónica de placas y las fallas más activas, pero no es fácil determinar el momento. Existen precursores, como la emisión de gas radón, cambios en la topografía determinados por interferometría de radar. Se ha observado periodicidad.

Prevención:

• Medidas estructurales: edificación (con piedra, madera o acero); modificar lo menos posible la topografía del lugar; evitar taludes; sobre roca firme; edificios simétricos, rígidos, cimientos flexibles, de caucho, que absorban vibraciones. Sobre suelo blando: edificios bajos, para reducir el riesgo de hundimiento; pequeños, para evitar su rotura por la vibración.
• Medidas no estructurales: ordenación del territorio; restricción adecuada del uso del territorio; protección civil, para reducir daños; educación para el riesgo (disminuye la vulnerabilidad).

Riesgos Geomorfológicos Naturales e Inducidos

Suponen gran pérdida económica. Son el fruto de actuaciones antrópicas negligentes. Son los riesgos geológicos causados por movimientos de terreno por gravedad, en los que intervienen:

1. Factores condicionantes que producen las condiciones propicias: litológicos (el tipo de roca y materiales), estructurales (disposición en el espacio de los planos de estratificación), climáticos (alternancia lluvia-sequía), hidrológicos (escorrentía superficial), topográficos (pendiente), vegetación (protege la ladera del descenso del suelo).
2. Factores desencadenantes que provocan el inicio del movimiento: naturales (erupciones, inundaciones), inducidos por actividades humanas (excavaciones, deforestación, construcción).

Procesos de ladera

a) Lavado: el agua, al descender, forma una lámina que arrastra los sedimentos más pequeños. Se intensifica con el grosor de las gotas, la escasa vegetación y la baja infiltración, dando lugar a regueros y surcos de pocos centímetros.

Arroyada: acción similar, pero más intensa, formando cárcavas. No representa riesgo por ser lentos.

b) Movimientos gravitatorios de ladera:

• Reptación o creep: descenso discontinuo y lento ladera abajo de la capa superficial debido a la expansión por hidratación y posterior retractación por deshidratación.
• Colada de barro: descenso continuo y brusco ladera debajo de materiales plásticos y viscosos, como arcillas. El agua aumenta la fluidez. También se pueden formar como consecuencia de un volcán.
• Solifluxión: deslizamiento sobre la superficie helada del mollisuelo o capa superficial blanda durante el deshielo. Se da en climas de zonas periglaciares.
• Deslizamientos: movimiento de rocas ladera abajo a partir de una superficie de rotura. Lentos o rápidos: translacionales (superficie paralela a la pendiente) y rotacionales (superficie curva).
• Desprendimiento: caída brusca y aislada de bloques y fragmentos de roca en un talud, favorecidos por el tipo de roca y el clima, como la alternancia hielo-deshielo, que provoca en la base de las laderas, formando derrubios de gravedad. Tipos: rodadura.
• Avalancha: desprendimiento, caída básica en seco de bloques de roca y arena; masivo de roca y nieve.