TEMA 6

TIEMPO GEOLÓGICO Y GEOLOGÍA HISTÓRICA

1. Métodos de datación relativa y absoluta. Principio de superposición de

estratos, fósiles, bioestratigrafía y los métodos radiométricos.

2. Unidades geocronológicas y cronoestratigráficas. La tabla del tiempo

geológico.

3. Geología histórica. Evolución geológica y biológica de la Tierra.

4. Cambios climáticos naturales e inducidos por la actividad humana.

1. Métodos de datación relativa y absoluta. Principio de superposición de estratos,

fósiles, bioestratigrafía y los métodos radiométricos.

Como hemos visto anteriormente, el tiempo es en Geología una magnitud esencial a

la hora de describir los procesos que tienen lugar en nuestro planeta. Esto es debido a la

muy diferente duración de los procesos geológicos.

De forma sintética se podría afirmar que los procesos geológicos pueden ser de dos

tipos:

a) Procesos lentos y de larga duración. Por ejemplo, el movimiento entre placas

tectónicas, con velocidades entre 2 y 7 cm al año, y una duración de 100 a 200

Ma.

b) Procesos rápidos y de corta duración. Por ejemplo, un terremoto que origina

desplazamientos en fallas del orden de varios metros en algunos segundos.

Impactos meteoríticos que producen desplazamientos de varios millones de m3

de roca en unos pocos segundos. Una inundación, que erosiona y transporta gran

cantidad de material en unos días.

Una de las herramientas clásicas de la Geología, y tal vez uno de sus más famosos

clichés, es El principio del actualismo que dice que "el presente es la clave para

comprender el pasado”. Es decir, que los procesos geológicos que tienen lugar en la

Tierra en la actualidad se pueden utilizar para interpretar los procesos que tuvieron lugar

en el pasado geológico.

La datación de los procesos y materiales geológicos se realiza fundamentalmente de

dos formas distintas: estas son la datación relativa y la datación absoluta.

1.1. Datación relativa

La datación relativa se basa en los principios básicos de origen deductivo que

sentarán las bases de esta ciencia. Mediante estos principios se consigue ordenar de

manera relativa en el tiempo los procesos y materiales existentes en una región.

Estos principios geológicos son:

Principio de uniformidad de los procesos. Los procesos geológicos en

el pasado han ocurrido de igual forma que en la actualidad. Aunque,

algunas de sus características, como duración, velocidad, intensidad, etc.,

pueden ser distintas.

Principio de superposición de estratos. (Nicholas Steno 1669). En una

secuencia no deformada de rocas sedimentarias la roca más antigua está

en el estrato más profundo y la más joven en el estrato superior. Es

decir, los estratos se depositan inicialmente horizontales, situándose los

más antiguos debajo. Aunque, como veremos, existen numerosas

excepciones. Este principio asume que:

o La deposición de los sedimentos se produce en capas

esencialmente horizontales (principio de la horizontalidad

original).

o La deformación no es lo suficientemente intensa para que se

haya producido una inversión de la serie.

El principio de superposición de estratos permite establecer el orden de

sucesión de los estratos en una zona determinada, es decir, determinar la

antigüedad relativa de cada uno de ellos.

Principio de continuidad lateral. (Nicholas Steno 1669).Los estratos se

extienden originalmente en todas las direcciones adelgazando hasta

alcanzar grosor nulo o hasta que terminan contra los bordes del área

original de deposición.

Principio de sucesión faunística. La flora y fauna fósil aparecen en el

registro geológico con un orden determinado. Pudiendo reconocerse

cada periodo geológico por sus fósiles característicos. El contenido en

fósiles de los estratos permite determinar su edad relativa.

Principio de las relaciones de corte (tectónicas o magmáticas). El

estudio de las relaciones de corte entre diversas estructuras (p. ej.

fracturas, diques, diaclasa, etc.) permite determinar el orden en que se

han generado y por consiguiente, ordenar los procesos magmáticos y/o

tectónicos que se han producido en una región. Este principio establece

que las intrusiones ígneas, las fallas y los pliegues son más jóvenes que

las rocas a las que afectan.

1.1.1. Fósiles guía

Un fósil guía es un resto paleontológico o arqueológico cuya presencia puede

servir para datar con cierta precisión la unidad estratigráfica en la que se encuentra

debido a que son particulares o exclusivos de una determinada época de la historia

geológica, o de la Prehistoria, o indicadores de un determinado paleoambiente.

Las características que debe cumplir un fósil guía son las siguientes:

Haber existido en un corto periodo de tiempo.

Haber tenido una amplia distribución geográfica.

Ser abundante en rocas sedimentarias.

Los principales fósiles guía son los siguientes:

PRECÁMBRICO o ERA ARCAICA (4.500 a 3.500 m.a.)

o Estromatolitos

o Fósiles de plancton

o Huellas de medusas y gusanos

ERA PRIMARIA o PALEOZOICO (3.500 a 250 m.a)

o Trilobites: Paradoxides, Phacops

o Graptolites: Monograptus

o Braquiópodos: Rinchonella, Terebrátula

o Helecho: Calamites, Sigillaria

o Crucianas.

ERA SECUNDARIA o MESOZOICO (250 a 70 m.a.)

o Moluscos:

o Belemnites: Belemnopsis

o Anmonites: Philloceras

o Otros Moluscos: Bivalvos, Gasterópodos, etc.

o Equinodermos: Micraster, Cidaris

o Grandes Reptiles (DINOSAURIOS) : Diplodoccus, Tiranosauiros

ERA TERCIARIA o CENOZOICO (70 a 10 m.a.)

o Nunmulites: Nunmulites

o Era de los mamíferos,

o Aves.

o Gimnospermas (similares todos a los actuales).

ERA CUATERIARIA (10 m.a hasta la actualidad).

o Homo.

o Ursus.

o Industria lítica.

o Roedores.

1.1.2. Bioestratigrafía

Cada fósil aparece en un grupo de estratos concreto, ninguna roca más inferior o

superior en la columna estratigráfica vuelve a contener los fósiles de esta especie.

Las superficies litológicas que limitan la presencia de un fósil son los

biohorizontes. Hay dos tipos de biohorizontes, los de primera aparición y los de

última presencia.

Normalmente una especie va evolucionando y poco a poco deja de estar presente,

mientras que sus diferenciaciones siguen el camino evolutivo, en este caso los

horizontes son difusos. En otros casos, las especies no han variado apenas y se

encuentran fósiles iguales al aspecto actual, como en el caso de los cocodrilos, tortugas,

Nautilus, Celacantos, sequoias, equisetos, Ginkgo, etc. A estas especies se las denomina

fósiles vivientes.

Pero en algunas ocasiones se dan procesos de extinción masiva, que eliminan, en un

corto periodo de tiempo, gran parte de las especies, como es el caso de la gran extinción

de los dinosaurios que marca el final del periodo Cretácico. Los biohorizontes de

extinciones masivas son mucho más claros.

Las biozonas son las unidades litológicas que presentan un fósil guía, o su

contenido paleontológico.

1.2. Datación absoluta. Métodos radiométricos.

En la naturaleza existen una serie de procesos que se producen a un ritmo fijo.

Estos procesos permiten establecer, si se conoce el ritmo de la transformación y se

pueden medir la cantidad de producto final, determinar la edad absoluta del material

geológico. Así, se pueden establecer edades absolutas entre 0 y 4.500 Ma.

Henri Bequerel (1852-1908) descubrió la radioactividad natural en 1896, y gracias

a ello Lord Rutherford (1871-1937) definió la estructura del átomo, e insinuó que la

desintegración radioactiva podría usarse para hacer dataciones absolutas de los eventos

geológicos.

Los principios en los que se basan la datación absoluta son:

Los isótopos radioactivos son inestables.

Sus núcleos se desintegran espontáneamente transformándose en átomos

diferentes

Cada sustancia radioactiva se desintegra a un ritmo constante y propio que

en algunos casos es muy lento. El ritmo al que se produce la desintegración

radiactiva está representado por la vida media (tiempo requerido para que

una población de isótopos radioactivo se reduzca a la mitad). La vida media

de los isótopos más usuales es:

Si observamos cierta cantidad inicial de elemento radiactivo, al paso del tiempo se

puede verificar un cambio en la cantidad de dicho elemento, que se transforma en otro.

La cantidad de material N que queda sin transformar, es función del tiempo t, es

decir:

N = N(t).

Experimentalmente se ha llegado al conocimiento de que para cualquier tiempo

t>0, la rapidez del cambio de la cantidad de elemento radiactivo N(t), es directamente

proporcional a la cantidad de elemento presente. Se expresa, por tanto:

Donde es la constante radiactiva, que es característica de cada elemento.

Operando podemos llegar a la ecuación de la ley de desintegración radiactiva:

Normalmente lo que nos interesa es conocer el tiempo que ha pasado desde que

comenzó la desintegración y así calcular la antigüedad de un determinado material.

Debemos entonces despejar t.

Un ejemplo práctico: Se encontraron huesos fósiles de un animal. Se analizaron y

se detectó que cada hueso contenía una centésima parte de 14

C radiactivo. Determinar la

antigüedad aproximada de dichos huesos. (Vida media del 14

C = 5770 años)

2. Unidades geocronológicas y cronoestratigráficas. La tabla del tiempo geológico.

2.1. Unidades geocronológicas y cronoestratigráficas

Las unidades cronoestratigráficas son las divisiones de cuerpos de roca utilizadas

en geología histórica que sirven de base material para formar la escala temporal

geológica y pretenden representar el total de los cuerpos de roca de la Tierra según su

tiempo relativo de formación, sin solapamientos ni lagunas.

Las unidades geocronológicas son divisiones de tiempo utilizadas en geología

histórica para formar la escala temporal geológica.

La diferenciación entre unidades basadas en cuerpos de roca (cronoestratigráficas)

y las referidas al tiempo en que se formaron (geocronológicas) procede de 1880, por

decisión del II Congreso Geológico Mundial, con el fin de unificar y aclarar la

dispersión de los términos y conceptos relativos a sucesiones de estratos y las relativas

al tiempo cronológico usados en diferentes países o escuelas.

Correspondencia entre unidades

geocronológicas y unidades cronoestratigráficas

Unidades geocronológicas

(tiempo)

Unidades cronoestratigráficas

(cuerpos de roca)

Eón Eonotema

Era Eratema

Período Sistema

Época Serie

Edad Piso

Cron Cronozona

2.2. Tabla del tiempo geológico

3. Geología histórica. Evolución geológica y biológica de la Tierra.

PRECÁMBRICO

EÓN HÁDICO

Formación, enfriamiento y consolidación de la Tierra.

La atmósfera estaba formada por CO2, vapor de agua (Proveniente de

meteoritos con contrita carbonácea) y los elementos químicos de las rocas

primigenias vaporizadas. Los escasos minerales que se conservan se encuentran

en Canadá, Groenlandia y Australia.

EÓN ARCAICO

Precipitación del agua y creación de los grandes océanos

Aparición de la vida en los océanos pero limitada a organismos procariotas.

Los estromatolitos, tapices laminados de carbonato cálcico y hierro construidos

por bacterias. Los más antiguos están en el cratón de Pilbara en Australia.

Al final de este eón tienen su aparición las cianobacterias, capaces de realizar la

fotosíntesis y expulsar oxígeno como sustancia de desecho.

EÓN PROTEROZOICO

Sigue el desarrollo de los organismos fotosintéticos, desprendiendo oxígeno y

modificando la atmósfera.

Tuvo lugar una gran acreción continental rápida y masiva, con la aparición de

varios continentes y la moderna actividad orogénica.

Estos continentes se encontraban agrupados en un supercontinente denominado

Rodinia.

La Tierra sufrió sus primeras glaciaciones.

Aparecen las primeras células eucariotas por el proceso de endosimbiosis.

Fauna de Ediacara (Australia), formada por organismos pluricelulares con

tejidos diferenciados, tanto de simetría radial como bilateral.

EÓN FANEROZOICO

ERA PALEOZOICA

Periodo Cámbrico

El supercontinente Rodinia se fragmentó: Gondwana, que se dirigió al sur

y tres continentes pequeños, Laurentia, Siberia y Báltica, que se

desplazaron al norte.

Este periodo se conoce como el de la explosión Cámbrica.

Aparece el filo de los Cordados.

El yacimiento más importante es el de Burgess Shale, en el que se incluyen

artrópodos, primeros cordados, esponjas, gusanos y otros grupos difíciles de

clasificar, incluidos algunos de la fauna de Ediacara.

Los fósiles por excelencia son los trilobites, grupo de artrópodos

segmentados en tres lóbulos, que coloizaron todos los hábitats marinos.

Otros fósiles marinos con esqueleto fueron los arqueociátidos, que junto con

los estromatolitos y las algas calcáreas formaron los primeros arrecifes.

Periodo Ordovícico

Los géneros de fauna marina se multiplicaron, sobre todo los graptolitos y

los cephalópodos.

Se encuentran peces sin mandíbulas (Agnados).

Al final de este periodo se produce la primera de las cinco grandes

extinciones, debido principalmente a una gran glaciación que provocó el

descenso del nivel del mar.

Periodo Silúrico

Se produce la orogenia caledoniana.

Aparecen las plantas terrestres.

Desarrollo de peces con mandíbulas y acorazados (Placodermos).

Gran desarrollo de los graptolitos, que se usan como fósiles guía.

Aparecen los primeros insectos sin alas.

Periodo Devónico

Comenzó la gran conquista del medio terrestre. Esto fue posible gracias a

la formación de la capa de ozono estratosférico que protegía de las

radiaciones ultra violetas.

Fósiles con características intermedias entre peces y anfibios como

Acanthostega.

El primer vertebrado terrestre fue Ichthyostega.

Ocurrió la segunda gran extinción, debido a la redistribución de los

continentes y a un evento anóxico en los océanos.

Periodo Carbonífero

Los continentes se encuentra ya agrupados formando Pangea.

La colisión continental dio origen a la orogenia hercínica.

Gondwana ocupaba el hemisferio sur, en una zona polar con un casquete

muy extenso.

La atmósfera se caracteriza por una alta concentración de oxígeno de hasta

un 35%.

En el medio marino predominan los cefalópodos.

Los foraminíferos son los fósiles guía.

Se extienden los peces cartilaginosos de los que evolucionan los tiburones

y aparecen los primeros peces óseos.

Las plantas experimentan un gran desarrollo, sobre todo los helechos como

Lepidodendron y Sigillaria y equisetos gigantes como y Calamites.

Aparecen numerosos grupos de invertebrados y artrópodos de gran tamaño

como la libélula Meganeura.

Los anfibios se diversifican y aparecen los primeros reptiles como

Hylonomus.

Las grandes extensiones de boques, quedaron sepultadas, dando origen al

carbón.

Periodo Pérmico

Termina la orogenia hercínica y los continentes siguen unidos como

Pangea.

No hay casquetes polares y el clima es árido.

Dominaron los reptiles mamiferoides.

El gran reptil depredador fue Dimetrodón.

Aparecen los grandes nautiloidesos.

La flora fue reemplazada por plantas con semillas desnudas

(Gimnospermas). Surgieron los primeros musgos.

Aparecen los primeros escarabajos (Coleóteros).

Al final de este periodo ocurre la mayor de todas las extinciones, con

más de 90% de las especies. Entre ellas todos los trilobites y graptolitos.

Las causas parecen ser grandes erupciones en Siberia y China con un

aumento de CO2, que hizo aumentar la temperatura global en 5º C.

ERA MESOZOICA

Periodo Triásico

Pangea estaba rodeada por el océano Pantalasa. El mar de Tetis era un

mar interior.

Aparecen los primeros mamíferos.

Los reptiles empiezan a dominar los continentes. Una de sus líneas

evolutivas fueron los cocodrilos, que perduran hoy día. El primer

dinosaurio surgió hace unos 220 m. a., el Eoraptor.

Aparecen los corales modernos y se diversifican los peces óseos.

Se producen dos grandes extinciones: La primera se debe a una aridez

generalizada y la segunda sucede cuando pangea comienza a fragmentarse

produciendo gran actividad volcánica, que al igual que en el Pérmico

aumentó la temperatura de la Tierra en 7ºC.

Periodo Jurásico

Continúa la separación de Pangea con la aparición de océano atlántico por

su parte norte.

Dominan las plantas gimnospermas, sobre todo las coníferas.

Diversificación de los reptiles marinos como los Ictiosaurios y

Plesiosaurios.

Los moluscos amonoideos son los fósiles guía. Además encontramos

bivalvos, esponjas y braquiópodos.

Los mamíferos eran de pequeño tamaño.

En el medio aéreo dominaros los reptiles Pterosaurios.

Los cocodrilos y tortugas estaban plenamente establecidos.

Los grandes reptiles terrestres como los Dinosaurios dominaron el medio

terrestre tanto los carnívoros como el Tiranosaurus rex como los

herbivoros como el Diplodocus.

Periodo Cretácico

Pangea sigue fragmentándose, con la separación de Ámeria del sur de

África y la India y Madagascar. El nivel del mar continúa en ascenso.

Sigue la evolución de los dinosaurios como el Anquilosaurus,

Spinosaurus y Veolociraptor, este último tenía plumas.

Aparecen las Angiospermas o plantas con flores.

En el medio marino, los Ammonites y Foraminíferos siguen siendo los

principales fósiles guía.

El mar de Tetis estaba colonizado por microplancton que se transformó en

petróleo.

Se produce la extinción Cretácica por el choque de un meteorito en el

golfo de Mexico. También pudo participar el gran vulcanismo producido

en la meseta del Decán en la India.

ERA CENOZOICA

Periodo Paleógeno

Norteamérica y Groenlandia se separan de Eurasia. Australia se separa de

la Antártica y la India choca con Asia.

Se produce la orogenia Alpina.

Se produce un aumento de la diversidad de los mamíferos y parecen los

primeros Primates.

Aparecen los foraminíferos Nunmulitidos. Se utilizan como fósiles guía.

El clima es muy cálido, llegando los bosques hasta los polos y la región

climática tropical lluviosa llegaba a los 45º de latitud.

Hace unos 56 m. a. debido a un máximo térmico, se produce una

acidificación de los océanos que ocasionó una extinción de gran parte del

plancton marino y de las faunas de mamíferos continentales de pequeño

tamaño.

Periodo Neógeno

Sudamérica se desplazó hacia la zona de subducción del Pacífico,

provocando el levantamiento de los Andes. En el hemisferio norte

continua la orogenia Alpina y el empuje de África cerró el Mediterráneo.

Enfriamiento progresivo y formación de los casquetes polares de

Groenlandia y la Antartida y se produjo la desecación del Mediterráneo.

Se diversifican los mamíferos, con gran importancia de los Cetáceos en el

medio acuático, los caballos, bóvidos, jiráfidos, antílopes, etc y los

carnívoros en el medio terrestre.

Aparecen los Mamuts y los primeros simios.

Al final del periodo se cierra el istmo de Panamá, produciéndose el gran

intercambio Americano. Una consecuencia fue la desaparición de los

marsupiales de América del Sur.

Periodo Cuaternario

Los continentes tienen la disposición actual.

Se caracteriza por la alternancia de periodos glaciares e interglaciares.

Durante el máximo glaciar, un 30% de la superficie estaba cubierta de

hielo, frente al 10% actual y el nivel del mar se encontraba 120 m. mas

abajo.

Dominio de los grandes mamíferos terrestres como el Mamut,

Mastodontes, Megaterios, el Smilodon y el oso de las cavernas.

El género Homo apareció en África hace unos 2,4 m. a.

Hace unos 11.700 m. a. se produce la llegada del Homo sapiens al

continente americano, el final del último periodo glaciar y la desaparición

de la megafauna.

En Australia se produce la desaparición de un gran número de marsupiales

debido al avance del desierto y a la llegada de los humanos.

La temperatura se suaviza y los glaciares retroceden.

El Homo sapiens coloniza todos los continentes.

4. Cambios climáticos naturales e inducidos por la actividad humana.

Cambio global es el conjunto de cambios ambientales afectados por la actividad

humana, especialmente aquellos procesos que determinan el funcionamiento del sistema

Tierra.

Se incluyen bajo este concepo las actividades de los seres humanos que, aunque se

ejerzan localmente, tienen efectos que trascienden el ámbito local o regional afectan a

toda la Tierra.

El cambio climático es una consecuencia del cambio global y se refiere a las

consecuencias de la actividad humana sobre el sistema climático global.

El cambio climático afecta, a su vez, a otros procesos fundamentales, habiendo dos

características que hacen que los cambios asociados sean únicos en a historia del

planeta:

La rapidez con la que ocurren, como la elevación de la concentración de

CO2 en la atmósfera.

El hecho de que es una única especie, Homo sapiens, el motor de todos estos

cambios.

Las claves del cambio global son:

El rápido crecimiento de la población humana, que superó los 7.340

millones de habitantes en 2015. Las estimaciones realizadas por Naciones

Unidas prevén unos 12.300 millones para el año 2.100.

El incremento, apoyado en el desarrollo tecnológico, del consumo de

recursos naturales per cápita.