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TEMA 1 GENERALIDADES Antes de 1750 se empezó a comprender que las potentes series de rocas estratificadas que yacen con una suave inclinación y sus bordes erosionados al Sur de Inglaterra, la cuenca de París y partes de Alemania, habían sido depósitos en diferentes épocas geológicas. El estudio de las condiciones que imperaban en los tiempos de la deposición viene explicado por algunos rasgos, es decir la interpretación del registro estratigráfico a fin de saber que ha sucedido en la superficie terrestre a lo largo de la historia y de la formación del estrato, tiene rasgos como los siguientes: 1.- Grandes depósitos de sal por ejemplo indican condiciones de aridez local. 2.- Yacimientos de carbón indican tierras bajas y pantanosas. 3. - Los grandes reptiles, palmeras y caimanes denotan climas cálidos. 4.- Las antiguas tillitas registran tiempos y lugares de clima glacial. Es decir, que, el registro estratigráfico es como un manuscrito, que ha sido escrito en muchos lugares y ahora yace disperso y roto.

Estratos Los registros que se pueden encontrar en una y otra parte, se refieren a la historia geológica local, y una síntesis completa de esta historia; se hace posible solo cuando estos detalles locales son debidamente fechados y colocados en una sucesión cronológica exacta. Es aproximadamente desde el año 1750, que se empezó a comprender que los estratos se extienden bajo la tierra, donde yacen en series una encima de otra. Con estas observaciones nació una idea fundamental, ya que un estrato ha sido entendido como una capa de sedimento, la que se encuentra arriba, debe ser mas joven que la que esta debajo, de aquí nace la Ley de la superposición de estratos primera y fundamental Ley de la estratigrafía. -1-

Un segundo paso, fue el descubrimiento de reconocer estratos de edad equivalente en diferentes regiones, de modo que puede reconocerse toda sucesión local, nacional o mundial, este descubrimiento fue hecho por William Smith en 1779, topógrafo, quien había tenido la oportunidad de reconocer una y otra vez una extensa región donde se familiarizó con la litología de cada una de las formaciones a las cuales dio un nombre, paralelamente fue coleccionando fósiles, marcando cuidadosamente el lugar de cada grupo, con está colección sistemática comenzó a comprender que cada formación proporcionaba un conjunto de fósiles por el que podía ser identificada. Cada conjunto de fósiles constituye una fauna, así Smith había descubierto el segundo gran principio de la estratigrafía la Ley de la sucesión faunística. “La evolución biológica es un proceso irrepetible, ya que cada especie que ha vivido en el pasado durante un intervalo de tiempo nunca vuelve a aparecer·. La base de todo este análisis, conduce a la aceptación Universal de los tres conceptos Bioestratigráficos Básicos Universales: 1. Que los organismos han cambiado con el transcurso del tiempo geológico. 2. Este cambio ha sido progresivo. 3. La edad de los estratos, que presentan porciones del tiempo geológico, puede determinarse sobre la base del contenido fosilífero.

Un concepto muy importante en el estudio de la estratigrafía, es EL PRINCIPIO DEL UNIFORMITARISMO que dice " El presente es llave del pasado" y que decía que las condiciones que originaron los fenómenos geológicos del pasado, son también las condiciones que prevalecen hoy en día con mayor o menor intensidad. DEFINICIONES Se agrupan algunas definiciones generales y la consideración de los procedimientos referentes a todos los tipos de unidades estratigráficas. - Sedimentación.- La sedimentación tiene su campo de estudio, y los procesos que originan la formación de las rocas sedimentarias desde su origen, transporte, depositación de los materiales formadores de roca, diagénesis y litificación.

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Se llama sedimento, a un deposito de materia solida en la superficie terrestre, acarreado por cualquier medio de transporte (aire, agua, hielo). Sedimento entonces es la materia que contenida en un fluido, se posa en el fondo debido a su mayor gravedad, da origen luego a los fenómenos de compactación y litificación que forman las rocas sedimentarias. El estudio de los fenómenos que rigen la formación y distribución de los sedimentos recientes establecen las normas para seguir en el estudio é interpretación de sedimentos. La roca sedimentaria, es el equivalente consolidado o litificado de un sedimento del que está formado, por ejemplo: arenas-areniscas, arcillas-argilitas, limo-lutitas, etc. - Estrato.- El estrato geológico es una capa (un cuerpo generalmente tabular) de roca, que posee determinadas características, propiedades y atributos diagnósticos que la distinguen de los estratos adyacentes, pueden estar separados entre sí, por planos de estratificación visibles, o por cambios menos perceptibles en la litología, mineralogía, contenido fósil, constitución química, propiedades físicas, edad o cualquier otra propiedad. Estructuras sedimentarias Plano de estratificación Litología

Estrato Estrato es una capa de sedimento, formado por un tipo de roca homogénea que se depositó durante un intervalo de tiempo determinado, bajo condiciones físicas constantes. (Vera, 1994) -3-

- Estratigrafía.- Del latín Stratum = Manto y del griego graphia = Describir, es etimológicamente la ciencia que trata de la descripción de las rocas estratificadas; en el texto este término se emplea como la ciencia de los estratos. Como tal no sólo trata de la sucesión y relaciones cronológicas originales de los estratos, sino también de su forma, distribución, composición litológica, contenido fósil, propiedades geoquímicas y geofísicas, es decir, de todas las características, propiedades y atributos de las rocas como estratos, de la interpretación de su ambiente de formación o modo de origen y de su historia geológica. En 1960, Séller la definió como “el estudio e interpretación de las rocas sedimentarias y estratificadas, así como el estudio de la secuencia, y la correlación y cartografía de las unidades estratigráficas (relación entre ellas y representación en un mapa)”.

La estratigrafía es “El estudio e interpretación de las rocas sedimentarias y estratificadas, así como el estudio de la secuencia, y la correlación y cartografía de las unidades estratigráficas” En 1977, Corrales et al la definieron como el estudio e interpretación de los procesos registrados en las sucesiones sedimentarias, que permite conocer la disposición sedimentaria, así como establecer la correlación y los sucesos para su ordenación temporal. -4-

La estratigrafía es la rama de la geología que trata del estudio e interpretación de las rocas sedimentarias estratificadas, y de la identificación, descripción, secuencia, tanto vertical como horizontal; cartografía y correlación de las unidades estratificadas de rocas. Correlación estratigráfica

Local

Mundial

Local

Concepto de Estratigrafía (1994).- Ciencia geológica que tiene dos enfoques diferentes y complementarios: el científico, cuyo objetivo es la ordenación temporal e interpretación genética de los materiales, y el aplicado, cuya finalidad es localizar recursos naturales explotables y, más recientemente, contribuir a la planificación de la conservación del medio ambiente. Otra aplicación es en obras civiles, cuando se trabaja en medios estratificados. La estratigrafía y la clasificación de la estratigrafía abarcan, en consecuencia, todas las clases de rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias, tanto consolidadas como no consolidadas. También se incluyen en el campo de la estratigrafía algunos cuerpos rocosos estratiformes, debido a su asociación o estrecha relación con rocas estratificadas. Rocas metamórficas Rocas ígneas

Rocas Sedimentarias

Rocas volcánicas

DISPOSICION DE LOS TEMAS DE ESTUDIO. El contenido de la ciencia estratigráfica, es conveniente dividirla en dos partes: -

La estratigrafía física La bioestratigrafia

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TABLA 1 COMPONENTES DE LA ESTRATIGRAFIA ESTRATIGRAFIA FISICA BIOESTRATIGRAFIA OBSERVACION Y ORGANIZACIÓN Columna Estratigráfica

Petrología Sedimentaria Propiedades de las partículas Sedimentarias Propiedades de los agregados Sedimentarios Clasificación de los sedimentos Procesos Sedimentarios

Columna Bioestratigráfica

Paleontología Morfología Propiedades de los agrupamientos de Fósiles Clasificación de los organismos Procesos biológicos

Análisis Correlación litológica

Correlación Bioestratigráfica

Correlación estratigráfica del tiempo Tectónica sedimentaria

Evolución orgánica

Interpretación en síntesis PALEOGEOGRAFIA 1. La Estratigrafía Física. Que comprende los componentes de la sedimentación, además de los aspectos físicos de la estratigrafía analítica interpretativa.

Componentes de la sedimentación y aspectos físicos de la estratigrafia. -6-

2. La Bioestratigrafía. Que abarca las numerosas fases de la biología y la paleontología que se aplican a los estudios estratigráficos ejemplo: Formación Miraflores, Ammonites que nos indican un ambiente marino.

La biología y la paleontología aplicadas a los estudios estratigráficos. Pueden suponerse, que los materiales de la estratigrafía física, han permanecido relativamente constantes durante todo el tiempo geológico y que han reaccionado con uniformidad a los procesos químicos y físicos. Los materiales orgánicos de la bioestratigrafía han cambiado progresivamente durante el tiempo geológico, bajo la influencia de la evolución orgánica. La resolución de un problema estratigráfico, comienza con la observación y organización sistemática de los materiales básicos, es decir: La sucesión de rocas sedimentarias, observadas en afloramientos, puestos al descubierto por la perforación de pozos, minas, etc. Paleogeografía.- Es una rama de la geología, que se ocupa de las condiciones geográficas de épocas geológicas pasadas.

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EDAD DE LAS ROCAS. La datación; es un método utilizado para la determinación de las edades de las rocas. La edad de las rocas se determina por el método de: 1. Edad absoluta 2. Edad relativa 1. Edad absoluta. Se determina por métodos radiométricos, que tienen su fundamento principalmente en la radiactividad: Muchas clases de átomos que se hallan en la naturaleza, poseen núcleos inestables que se desintegran espontáneamente a un estado de energía inferior. Se dice que estos átomos, son radioactivos y el proceso de desintegración, se denomina radioactividad. Isótopo radioactivo

Período de semidesintegración en años (mediavida)

Producto de desintegración radioactiva = isótopo radiógeno

87Rb

48,6 x 109

87Sr

232Th

14,0 x109

208Pb

40K

1,3 x109

40Ar

238U

4,5 x109

206Pb

235U

0,7 x109

207Pb

14C

5730

14N

Propiedades de algunos isótopos radioactivos aplicados con frecuencia en la determinación absoluta de rocas.

Carbono-14 (5370 años) Sol C + O2

14

N

14

C + O2

12

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CO2

TABLA 2.- Métodos radiométricos más utilizados Principales métodos de determinación de edades radiométricas. NUCLIDIO VIDA MEDIA NUCLIDIO MINERALES Y PADRE (en años ) HIJO ROCAS DATADAS Circón Uranio-238 4510 millones Plomo-206 Uraninita Pechblenda Uraninita Uranio-235 713 millones Plomo-207 Pechblenda Muscovita Biotita Hornblenda Glauconita Potasio-40 1300 millones Argón-40 Sanidina Muscovita Totalidad de rocas volcánicas. Biotita Lepidolita Rubidio-87 4700 millones Estroncio-87 Microclina Glauconita Totalidad de rocas metamórficas. 1er. Método U/Pb.En este método, la antigüedad del material geológico se calcula basándose en la velocidad conocida de la transformación radiactiva, de Uranio 238 en plomo 206 y de Uranio 235 en plomo 207. U/Pb

Padre U-238

Hijo Pb-206

Vida media 4510millones

Ejemplo: rocas datadas para el fin del Cámbrico 4400 millones de años, de ciertas lutitas negras de Suecia. 2do. Método Pb/Partícula Alfa.El método plomo – alfa llamado método de Larsen se aplica en rocas posteriores al precámbrico. Se estima por técnicas espectrográficas el contenido total de plomo y de radiactividad alfa, derivadas de la transición uranio – torio en concentrados de circón, monacita o xenotima. Calculada por la formula: Pb * K A = ----------------n -9-

Donde:

A = Es la edad en millones de años Pb = Es la cantidad de Pb en partes por millón. K = Es una constante que representa el valor de las partículas alfa que son emitidas de las substancias radioactivas originales (Uranio y Torio). n = Es el conteo observado de la partícula alfa en miligramos por la hora de la muestra.

Es el más utilizado por la velocidad en que son realizadas las medidas. 3er. Método K/Ar.Este método es aplicado con éxito a rocas volcánicas muy jóvenes, finamente granuladas, que no podrían datarse por medio de ningún otro método.

La datación K/Ar de la totalidad de la roca muestra de la cadena de volcanes que constituyen las Islas Hawái, se elevó desde el NW, donde la última erupción tuvo lugar hace unos 3.8 millones de años. El derrame de argón es incierto si la roca ha sido expuesta a temperaturas superiores a 125ºC, si fuese el caso, la edad calculada será la del último calentamiento y no la de la formación original. Se puede datar variedad de muestras debido a la abundancia de potasio en micas, feldespatos y hornblendas. 4to. Método Rb-87/Sr-87.Se basa en la desintegración beta de Rubidio 87 a Estroncio 87. Este método sirvió para determinar algunas de las rocas más antiguas de la superficie de la tierra. Ejemplo: En las rocas más antiguas de Manitaba de la Península de Kola, Rusia y Sud África se han determinado edades que exceden 2000 millones de años. - 10 -

5to. Método Ra/C-14.El Carbono 14 es ideal para determinar edades de hasta 50.000 años. Es el más seguro, se comprobó objetivamente aplicándolo en los grandes árboles, cuyo acontecimiento en los últimos 3.000 a 4.000 años lo atestiguan sus anillos. Esta técnica fue desarrollada por primera vez por el químico estadounidense Willard Frank Libby en la universidad de Chicago en 1947. Por la actividad metabólica, el carbono 14 en un organismo vivo se mantiene en equilibrio con la atmosfera, o con el océano. A partir de la muerte del organismo, el isotopo radioactivo empieza a desintegrarse sin ser reemplazado por el carbono del dióxido de carbono atmosférico, por su rápida desintegración limita el periodo de datación a unos 50.000 años.

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2. Edad relativa.- La edad relativa de los estratos ha sido determinado, en gran parte, por la posición de las rocas sedimentarias. Una capa determinada de roca sedimentaria representa cierta cantidad de tiempo, el tiempo que tarda el depósito original en acumularse. Al arreglar varias rocas sedimentarias en su secuencia cronológica apropiada, se está colocando las cantidades de tiempo en su propio orden. El primer paso para construir una escala de tiempo relativo consiste, en arreglar las rocas sedimentarias en su orden apropiado. Para establecer las edades relativas de las rocas de la corteza terrestre se utilizaron cuatro ideas básicas: El principio de la uniformidad de procesos El principio de la superposición El principio de la intrusión Correlación de fósiles. 1. La Ley de Superposición (Steno, 1669).- El principio básico empleado para determinar sí una roca es más antigua que otra, es muy simple, por la Ley de Superposición que dice: “ En una secuencia no deformada de rocas sedimentarias, cada estrato es más antiguo que el que tiene por encima y más moderno que el que tiene por debajo”, ó “en una serie de rocas sedimentarias que no ha sido volcado, la capa más alta siempre es la más joven y la capa más baja es siempre la más antigua”.

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Superposición de estratos La Ley de superposición es muy útil y se la aplica constantemente en Geología, pero tan solo, cuando las capas son horizontales con un ángulo menor a 80º.

La ley de superposición de Steno (1669) 2. Ley de intrusión.- Para establecer la relación de tiempo relativo entre las rocas sedimentarias y las ígneas, se hace uso de la Ley de las relaciones de intrusión, que establece que una roca es más joven que aquella en la que penetra o que una roca ígnea es más joven que en la está introducida.

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Las rocas que componen el sill son más jóvenes. Ley de la Intrusión. Una unidad de rocas es siempre más antigua que cualquier rasgo que la corte o afecte (ej. Fallas, metamorfismo, intrusiones ígneas, superficies erosivas).

Las fallas son más jóvenes que las rocas.

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Ej. Relación de edad con el granito.

Ej. Relación de estratos. - 15 -

Ejemplo de superposición de estratos y su relación entre los mismos. 3. Correlación por Fósiles.- El método más seguro para determinar la edad relativa, es utilizando fósiles, por lo que se ha propuesto un axioma en geología "que los fósiles son un índice para correlacionar rocas y que las rocas que contienen los mismos conjuntos de fósiles son de la misma edad".

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Correlación mediante fósiles. - 17 -

Los " fósiles guías " o característicos son los que tienen mayor importancia para determinar la edad relativa de las rocas. Cada serie de rocas de una misma edad lleva aparejada una serie determinada de fósiles guías. Estos se caracterizan por lo siguiente: 1.- Difusión vertical limitada, lo cual está relacionada con una gran mutabilidad y carácter efímero de las especies. 2.- Amplia distribución horizontal. 3.- Abundancia de los ejemplares, razón que permite hallarlos con frecuencia en los sedimentos.

Correlación de estratos en base a fósiles. - 18 -

DETERMINACION DE LA EDAD DE LAS ROCAS SEDIMENTARIAS.Como edad de un sedimento se entiende la época en la cual se ha depositado. Como edad de una roca sedimentaria la época en la cual se ha depositado el sedimento del cual deriva. Existen dos tipos de conceptos fundamentales que ayudan a determinar la edad de las rocas sedimentarias: Criterios Paleontológicos Criterios Estratigráficos 1. Criterios Paleontológicos.- Son los correlacionados mediante fósiles: PRIMERO.- Los organismos sufren evolución orgánica que se efectúa a través del tiempo geológico; de tal manera que las formas más simples derivan de las más complejas.

Correlación mediante fósiles. SEGUNDO.- Cada una de las formas de evolución, tiene una edad geológica determinada y son en general diferentes de las formas más antiguas que las más recientes. TERCERO.- Cada subdivisión cronológica de la historia de la tierra está en general caracterizada por organismos fósiles particulares. - 19 -

CUARTO.- A la inversa cada fósil caracteriza una determinada época particular de la historia geológica. QUINTO.- Floras y faunas iguales aunque recolectadas en lugares diferentes tienen una misma edad dentro de la historia geológica de la tierra.

2. Criterios Estratigráficos.- Existen dos principios fundamentales: PRIMERO.- En una serie normal de los estratos, los inferiores se han depositado primero y son más antiguos que los superiores.

SEGUNDO.- En general los organismos fósiles se pueden considerar de la misma edad de los estratos que los contienen. - 20 -

Siendo las técnicas de datación los principales métodos para las determinaciones de las edades; existen otros métodos con aplicaciones limitadas, pero de gran importancia; las principales son: Dendrocronología.- Método de sucesos y condiciones del pasado reciente, basándose en la extensión y densidad de los anillos anuales de crecimiento de los arboles longevos, lo que permite datar con precisión eventos y estados climáticos de los últimos 2000 o 3000 años. Cada anillo se compone de dos partes cuales representan en conjunto un año. Cada anillo depende de la característica climática del año. Entonces cada árbol tiene una secuencia característica de anillos - dependiente de su época de vida. La comparación de muchos árboles de diferentes épocas pero con una cierta conformidad permitió la generación de un largo listado con todas las secuencias conocidas. Este listado era "por año" entonces era un real método de datación absoluta. La desventaja era que árboles petrificados no - 21 -

son tan comunes y existen diferencias regionales climáticas que algunas veces alteraron el crecimiento de algunos anillos.

Dendrocronologia. Análisis de varvas.- Depósitos lacustres de tamaño centimétrico en ambientes glaciares que se diferencian por su contenido granulométrico y fosilífero de invierno a verano, alternando tonos oscuros (ricos en materia orgánica, granulometría más fina, de invierno) y los claros (granulometría más gruesa y algo más potentes, de verano). Fueron utilizadas por el sueco De Geer en el siglo XIX. Ha sido un método muy criticado inicialmente, pero que cuando se contrastó resultó ser de gran precisión. El problema que presenta es que son válidos para la última glaciación. Las varvas son estratos muy finos que se componen por una zona clara - gris en el inferior y una sección oscura - negra en el superior. Este conjunto se llama "varva" y representa un año. Uno de los primeros métodos de datación absoluta era el conteo de las varvas en lagos del hemisferio norte. Hasta que finalmente se generó un "calendario" de varvas - un listado con todas las secuencias en el contorno temporal. Lamentablemente los resultados solamente tenían validez en una zona definida. Pero era un método para contar años. Actualmente se usa el método en conjunto - 22 -

con la climatología - una gran ventaja de las varvas es su información climatológica - un registro natural de los hechos climáticos anuales. Varvas

1 año

Hielo Invierno

Verano

Ciclo de formación de varvas.

Varvas, varves o varvitas. Datación mediante la hidratación de obsidianas.- Esta técnica fue aplicada por primera vez por los geólogos americanos Irving Friedman y Robert L. Smith. Este método es llamado también datación por el cerco de hidratación o de obsidiana. Se utiliza para calcular edades en años. Se basa en el principio de que cuando la obsidiana se rompe, comienza a absorber el agua que la rodea para formar una capa de hidratación, que se puede medir en el laboratorio determinando el grosor de las aureolas (anillos de hidratación) producidas por vapor de agua, difundiéndose en superficies recién cortadas de cristales de obsidiana. Se puede aplicar a vidrios de entre 10.000 y 120.000 años aproximadamente. - 23 -

La obsidiana, piedra cristalina de origen volcánico se utiliza para datación midiendo el grosor de las aureolas (anillos de hidratación) producidas por vapor de agua y adheridas sobre superficies recién cortadas de cristales de obsidiana. Un artefacto de obsidiana terminado comienza a acumular esta capa de hidratación. El grosor de esta capa indicará cuantos años trascurrieron desde su fabricación. Una limitación de este método es que el crecimiento de la capa de hidratación en la piedra puede depender mucho de factores medioambientales como temperatura, exposición a la luz solar y humedad. Tampoco se sabe si estos factores reaccionan de la misma manera en los diferentes tipos de obsidiana. Termoluminiscencia.- Minerales expuestos a la radiación natural acumulan electrones, cuyo número es una medida de la cantidad de radiación. Si dichos minerales se someten a temperaturas de 300 a 600°C, la energía radiactiva que contienen se libera en forma de luz, fenómeno llamado termoluminiscencia. Los científicos pueden calcular la antigüedad de objetos de barro midiendo esa energía, con un margen de error de apenas 10%. Fenómeno de la termoluminiscencia

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