U7 - La hidrosfera

Dinàmica oceànica

Corrents marins

Constitueixen el mecanisme de redistribució de l'energia tèrmica més eficient del planeta. En el seu desenvolupament hi intervenen:

• Energia solar. Varia amb la latitud
• zones amb més incidència d'energia tèrmica = augment de la TºC oceànica
• zones amb menys incidència d'energia tèrmica = disminució de la TºC oceànica
• Vents
• Densitat de l'aigua. Generen cel·les convectives de les aigües.
• Efecte Coriolis (a causa de la rotació terrestre, les masses fluides pateixen un desviament)
• Topografia
• Fons oceànic
• Masses continentals emergides

 Distingim dos tipus de corrents:

1. Corrents superficials. Estan condicionats bàsicament pels vents i constitueixen un reflex de la circulació atmosfèrica. Característiques:

• Consisteixen en grans circuits anticiclònics (sentit horari-N / sentit antihorari-S)
• Els corrents principals són assimètrics: tenen un flux més intens al marge occidental dels oceans. (Ex: corrent del Gof).
• Flux dels marges occidentals (+I) i de latituds subtropicals (20º-30º) acompanyades d'afloraments o ascensió d'aigües profundes.

Es produeix un reemplaçament d'aigües superficials per aigües profundes. al marge occidental dels continents (-I flux). Aquestes zones constitueixen àrees d'interès biològic i de pesca. L'ascens d'aigües profundes i fredes disminueix l'evaporació, impedeix la formació de núvols i genera, juntament amb la zona anticiclònica dels 30º, zones costaneres molt àrides.

2. Corrents profunds (termohalins). 

L'origen d'aquestes corrents es troba en les diferències en la densitat de l'aigua, causades al seu torn per les diferents temperatures i salinitat (d'aquí el terme termohalins).

Les aigües fredes i de salinitat elevada tenen una elevada densitat, la qual cosa fa que s'enfonsin a latituds altes i avancin cap a l'equador, on afloren.

La tendència d'aquestes aigües, igual que en les de corrent superficial, tenen tendència a seguir el marge occidental dels oceans, tot i que poden seguir el seu mateix sentit o fer-ho en sentit contrari.

Onades

Poden tenir un origen divers, com moviments sísmics o activitat volcànica, però usualment són fruit de la interacció del vent amb l'aigua:

1. Les partícules d'aigua són agitades pel vent.
2. Es mouen de manera cíclica quan la profunditat ho permet.
3. Quan la profunditat disminueix a 1/2 L (longitud d'ona) L disminueix i la cresta de l'onada es fa més gran.
4. El fregament amb el fons, a mesura que disminueix, impedeix el desenvolupament complet dels cicles i l'onada acaba trencant.

En   profunditat el moviment s'ateniua ràpidament.

En una zona de vents es generen trens d'onades, que es difonen radialment.

El tamany i la velocitat de les onades depèn de:

• velociatat del vent
• durada del vent
• superfície de l'aigua sobre la que bufa el vent (a mars petits les onades són més petites que als oceans)

Tot i que els hem vist a la unitat 4, no s'han d'oblidar els tsunamis



Marees

Són deformacions de la superfície dels oceans degudes a les atraccions de la Lluna i, en menor mesura, també del Sol.

Només es perceben a zones costaneres, no en alta mar.

El mecanisme complet de generació de les marees és molt complex, de manera que direm que es tracta de la força resultant entre la força d'atracció Lluna-Terra i la força centrífuga del sistema Lluna-Terra: 

• L'atracció és màxima en els punts més propers a la Lluna en cada moment
• La força centrífuga és màxima en els punts oposats a la Lluna

 

L'elevació de l'aigua dels oceans s'orienta, doncs cap a la Lluna, alternant-se en punts oposats de les costes les plenamars (marees altes) i les baixamars (marees baixes).

Qualsevol punt del planeta s'alinia dues vegades al dia amb la Lluna, de manera que hi haurà dos plenamars i dos baixamars, alternades cada 6 hores (6·4=24).

Respcte del Sol, augmenta o disminueix l'efecte de la Lluna sobre les marees:

• Es parla de marea viva quan el Sol s'alinia amb la Lluna i incrementa, per tant, l'efecte de la marea.
• La marea morta és quan el Sol se situa exercint una força gravitacional en sentit contrari sobre la Terra, de manera que disminueix l'efecte de la Lluna.

U6 - El sòl: processos i riscos

L'edafosfera constitueix la capa prima i més superficial de les terres emergides del nostre planeta. Aquesta és discontínua, fràgil i molt important per a la biosfera.

Formació d'un sòl (horitzonació)

En actuar l'edafització d'una manera direccional (de la superfície cap a l'interior) es passa d'un material homogeni (roca mare) a un d'heterogeni i estratificat en capes (sòl).

A aquestes capes se les denomina horitzons i la seva superposició constitueix el perfil d'un sòl. Els horitzons constitueixen les unitats per a l'estudi i la classificació dels sòls.

Els horitzons edàfics són capes aproximadament paral·leles a la superfície, definides en funció de canvis de les seves propietats i constituents (que són el resultat de l'actuació dels processos de formació del sòl) respecte de les capes immediates.

Propietats d'un sòl

- Textura: es determina a partir de la proporció de les diferents mides de partícules (argila, llim o sorres).

- Estructura: es té en compte l'agrupació de les partícules minerals en unitats més grans. Les principals són les següents:

Prismàtica

Columnar

En blocs angulosos

En blocs subangulosos

Laminar

Granular

- Porositat: representa el percentatge d'espais buits entre el materiañ sòlid del sòl. És un paràmetre important perquè d'això depèn el comportament del sòl davant les fases líquida i gasosa. És vital, per tant, per a l'activitat biològica que pugui suportar.

- Quantitat d'aigua: la quantitat d'aigua dependrà de diversos factors, com ara el règim de precipitacions, les reserves d'aigua al sòl, l'evaporació, el tipus de textura i porositat del sòl o la topografia del terreny.

Exercici: com intervindran cadascun dels factors esmentats respecte de la quantitat d'aigua al sòl?

L'aigua del sòl està sotmesa a dos tipus de forces:  la força matricial tendeix a retenir l'aigua als porus, mentre que la força de gravetat tendeix a desplaçar-la a capes profundes. Aquí teniu un enllaç on s'aprofundeix en aquest aspecte.

- Temperatura: la diferència entre entrades i pèrdues calòriques en un sòl constitueix la temperatura d'un sòl. El clima d'un sòl engloba les característiques tèrmiques i d'humitat d'un sòl. Aquestes característiques condicionaran el grau de meteorització i l'activitat biològica dels sòls.

- Color: es tracta d'una característica fàcilment observable però que pot generar confussions. Alguns exemples són: 

• colors blanquinosos: els confereixen components com els carbonats, guix, sulfurs o sulfats.
• colors rogencs: presència d'òxids i hidròixids de ferro i manganès.
• sòls foscos (en general): indiquen un alt contingut en matèria orgànica.
• sòls clars (en general): sòls amb poca matèria orgànica.

- Profunditat: és una propietat important per a l'ús agrícola, ja que cal saber si la roca mare és molt superficial o no. És complicat de comprovar perquè la potència (profunditat) pot ser molt discontínua o sense una clara delimitació.

- Salinitat: els components salins, majoritàriament clorurs de sodi i magnesi , s'acumulen en el sòl per salinització, provocant un increment en la pressió osmòtica de les cèl·lules vegetals (influeix negativament sobre el seu creixement), competència per nutrients o toxicitat.

Un excés de sals pot provocar també l'alcalinització (pH>8'5) del sòl, destruint la seva estructura. 

Factors que determinen la formació d'un sòl


Factors constructors o formadors del sòl.

- Clima: és el factor més important. Del clima en depèn la temperatura i el règim de precipitacions, factors que condicionen directament la meteorització:

TºC / Pluciositat ---> meteorització ---> desenvolupament del sòl

- Temps: el grau de desenvolupament d'un sòl dependrà del temps d'evolució de què aquest hagi disposat. 

• Sòls joves: primeres etapes de desenvolupament; poc/gens desenvolupts els horitzons d'un sòl. 
• Sòls madurs: tenen un perfil edàfic en equilibri amb les seves condicions ambientals; el temps requerit va de desenes a milers d'anys.
• Sòls vells: parcialment erosionats (hn perdut l'horitzó A i el B es troba parcialment a la superfície).

-  Organismes: l'activitat biològica d'animals, plantes i microorganismes generen també el desenvolupament d'un sòl. Intervenen en l'aport de matèria orgànica, en la formació d'humus, mescla de materials i fertilitat del sòl.
Cal fer especial menció als vegetals, que juguen un paper múltiple: a més del que s'ha comentat, les seves arrels meteoritzen el sòl, desenvolupant-lo; al mateix temps són aquestes mateixes arrels que impedeixen que el sòl sigui fàcilment erosionat, ja que el sostenen; retenen aigua de la pluja i fan mantenen una temperatura edàfica més constant. 


Factors destructors del sòl. 

- Impactes generats per l'home: contaminació, desforestació, explotacions agrícoles i ramaderes intensives, acidificació, alcalinització.

- Erosió natural.

Factors fixos.

- Pendent del terreny: un pendent elevat és un factor que tendeix a incrementar l'erosió sobre un sòl degut a l'elevat grau d'ecolament de les aigües per la superfície, amb una força proporcional al grau del pendent.
Una topografia més plana permet una major infiltració de les aigües, propiciant la meteorització i afavorint el desenvolupament d'un sòl.

- Roca mare: el tipus de roca mare condicionarà el tipus de sòl: els materials als quals donarà lloc per meteorització; l'erosionabilitat d'aquesta permetrà saber quin temps d'evolució li caldrà a un determinat sòl per a assolir la seva maduresa. 

U5 - Riscos per fenòmens geològics externs (2)

Ara veurem algunes roques i els minerals principals que les composen, amb la qual cosa podem veure quins materials s'obtindran de les respectives meteoritzacions:

Granit

El granit és una roca plutònica (magmàtica), els components de la qual són:

• quars
• feldspats alcalins
• plagiòclasi en proporcions variables
• biotita
• hornblenda

El sauló és la sorra que resulta de la descomposició del granit (respecte de la granulometria, un 80% són sorres, un 4% llims un 16% argiles).

Pissarra o llicorella

La pissarra o llicorella és una roca metamòrfica d'origen sedimentari i de textura granular fina i homogènia, els compoents de la qual són:

• quars
• mica
• minerals d'argila 
• feldspats

Calcària

 La calcària és una roca sedimentària amb un contingut:

• per sobre del 50% en carbonat de calci (CaCO3)
• carbonat de magnesi (MgCO3)
• si està composada per una certa quantitat d'argila rep el nom de marga.

Gres

El gres és una roca sedimentària detrítica de color variable, que conté clasts del tamany de sorres, i per tant formada bàsicament pel mineral de quars, tot i que  hi ha tipus que poden estar formades totalment per guix o corall; els gresos verds tenen un percentatge elevat de glauconita, i en l'arcosa tenen codominància el quars amb els feldspats.

Argila

L'argila és una roca sedimentària formada per agregats de silicats d'alumini hidratats procedents de la descomposició de minerals d'alumini.

Lutita

La lutita és una roca sedimentària detrítica formada per partícules del tamany de les argiles i del llim. Poden tenir colors diversos: del blanc al verdós sota ambients reductors, del groc al vermellós en condicions d'ambient oxidant o bé fosques si contenen matèria orgànica. 

U5 - Riscos per fenòmens geològics externs (1)

Hem vist en la unitat anterior que les majors pèrdues humanes, tan pel què fa a víctimes com a béns materials, són causats per fenòmens naturals d'origen sísmic i volcànic.

No podem oblidar, però, els riscos generats per fenòmens geològics externs, els quals passen sovint desapercebuts per tenir períodes de retorn molt llargs.

Per poder predir i actuar davant d'aquests tipus de riscos cal conèixer molt bé les causes que els generen, tant les d'origen natural com les antròpiques, així com els diferents indicadors d'inestabilitat.

Causes i riscos

Entre les diverses causes podem trobar les següents:

• Gravitacionals: es cosnsideren risc quan són ràpids.

• caiguda 

• lliscament

• moviments de massa 

• causes humanes (sobrecàrregues, excavacions a peu de vessant , acumulació de materials diversos o alteració del drenatge natural) 

• Subsidènia i esfondraments:

• processos tectònics
• carstificació: és un procés sobre roques solubles, sobretot calcàries (carst), però també en evaporites (sals, guixos) durant el qual es generen cavitats. En el cas de les calcàries, la seva dissolució es produeix quan l'aigua de la pluja es combina amb el CO2 atmosfèric, dissolent-se en forma d'acid carbònic, de manera que aquest pot dissoldre el carbonata de calci que forma les roques calcàries.

• compressió de roques febles i sòls

• causes humanes: mineria, extracció de fluids o abocament de materials poc compactats (rebliments antròpics) 

• Riscos costaners:

1. S'ha de tenir en compte que els sediments costaners poden tenir una procedència fluvial i litoral, i que els corrents marins redistribueixen aquests materials detrítics a les platges. 
2. Cal conèixer també la dinàmica costanera o litoral: la direcció de les onades està condicionada pels corrents marins, la qual cosa fa que arribin de manera obliqua a la platja. 
3. El transport dels materials detrítics és, doncs, paral·lel al litoral i en el mateix sentit que el corrent marí. Això genera una pauta en el moviment de la sorra, que genera cicles de deposició i erosió a la costa.

Riscos:

• Seixes
• Erosió de les platges
• Temporals
• Tsunamis
• causes humanes: construcció d'obres que interfereixin en la dinàmica costanera natural (ports, dics, espigons, esculleres...), així com la restauració de platges o construcció de murs.

• Riscos generats per materials geològics:

• Sòls expansius: argiles / guixos i anhidrites

• Materials radioactius: el radó

• Riscos generats per enterrament per dunes: a regions desèrtiques i litorals on manca la vegetació.

Expliqueu com es forma un relleu càrstic 

U4 - Riscos per la sismicitat i el vulcanisme (3)

Ens centrarem ara en el risc originat pel vulcanisme. Per fer-ho podem començar per recordar l'IEV (índex d'explosivitat volcànica) com a mesura de la perillositat potencial d'una erupció. Els paràmetres que té en compte aquest índex de 8 graus són:

• total de material emès
• volum de piroclasts expulsats a l'atmosfera
• alçària de la columna eruptiva
• durada de l'erupció 

L'IEV està relacionat amb el tipus de magma que expulsi el volcà:

1. Els magmes es classifiquen en funció de la seva acidesa (bàsicament contingut en SiO2)
2. Com més àcid sigui (més SiO2) més viscós serà aquest magma i també menys calent.
3. Un magma molt viscós és molt explosiu perquè no deixa sortir els gasos dissolts que conté.

Us enllaço aquí una presentació que resumeix prou bé els tipus d'edificis que formen els volcans, els materials expulsats i les formacions internes a les quals donen lloc.

Punts calents 

Gairebé tots els volcans del planeta estan associalts a límits entre plaques litosfèriques, és a dir, de tipus interplaca. Existeix, però, un tipus de vulcanisme intraplaca: els anomenem punts calents (hot spots) i estan associats a vulcanisme de baix risc (magmes toleítics, baix contingut en òxid de silici).

 

Els punts calents són zones de connexió directa amb l'astenosfera i que es mantenen actives durant milions d'anys. Com que l'escorça es va desplaçant a mesura que es forma i es destrueix (amb una mitjana de 2,5cm/any) però aquests punts romanen fixos, al llarg del temps geològic es poden anar formant cadenes de volcans dels quals només es troba actiu aquell que se situa sobre el punt calent (el més modern).

És el cas de les illes Hawaii o el parc Yellowstone, i probablement també el de les illes Canàries. En aquest mapa podeu veure les principals zones del planeta associades a punts calents:

1 : Divergent plate boundaries ;

2 : Transform plate boundaries ;

3 : Convergent plate boundaries ;

4 : Plate boundary zones ;

5 : Selected prominent hotspots.

Interessant

• El volcà Tambora, a Indonèsia, va protagonitzar el 1815 una de les més grans erupcions de les que es té constància. Podeu veure les impressionants conseqüències en aquest petit article. 

• Certes erupcions volcàniques són capaces de generar canvis a nivell planetari. Com a exemple recent tots tenim present el volcà Islandès (de nom impronunciable Eyjafjallajökull), que va tenir tot l'espai aeri europeu paralitzat durant molts dies al mes d'abril d'aquest any 2010. A més, certes erupcions molt violentes poden produir canvis a nivell climàtic. El volcà Eyjafjallajökull ho pot haver generat? (llegiu aquí la notícia)

Activitat per entregar

Us poso un enllaç a un documental del National Geographic (Volcanes, montañas de fuego). Mireu-lo i descarregueu-vos aquí el qüestionari corresponent.

U4 - Riscos per la sismicitat i el vulcanisme (2)

SISMES

Observeu ara aquest mapa de la Terra, on es veuen els epicentres dels sismes al planeta durant 35 anys. Podeu observar que coincideixen perfectament amb la distribució de les plaques litosfèriques que hem vist abans (recordeu que el 90% dels sismes es produeixen sobre els límits entre plaques).

A la Terra s'estan produint sismes constantment; mireu un moment aquest quadre.

Una mica de vocabulari

- Hipocentre: és el punt en l'interior de la Terra on es produeix l'inici del terratrèmol.

- Epicentre: és el punt a la superfície de la Terra situat directament a sobre de l'hipocentre o focus, és a dir que l'epicentre és el centre des d'on s'expandeixen les ones sísmiques.

- Ones sísmiques: vibracions en les quals es dispersa l'energia des del focus o hipocentre d'un terratrèmol. Es poden distingir entre diferents tipus d'ones sísmiques.

1. Ones internes

Es desplacen per l'interior de la Terra seguint trajectòries curvilínies degut a la variació en la composició i la densitat dels materials.

• Ones P (primàries): anomenades així perquè són les més ràpides. Són ones longitudinals o compressionals, és a dir, comprimeixen i dilaten alternadament el material pel qual viatgen en la mateixa direcció de propagació. Viatgen a través de qualsevol tipus de material.

 

• Ones S (secundàries): són ones transversals, és a dir que el material pel qual viatgen és desplaçat perpendicularment a la direcció de propagació de manera alternada cap a un costat i cap a l'altre. Només poden viatjar a través de materials sòlids i ho fan a una velocitat que representa un 60% la d'una ona ona P. Les ones S tenen una amplitud més gran que les S.

2. Ones superficials

Es desplacen per la superfície terrestre a una menor velocitat que les ones internes. Degut a la seva baixa freqüència provoquen ressonància en edificis i és per això que són les ones sísmiques més destructives.

 

• Ones de Love (L): produeixen un moviment horitzontal de tall en superfície. La seva velocitat és un 90% la de les ones S.

• Ones de Rayleigh (R o ground roll): produeixen un moviment el·líptic retrògrad al material pel qual viatgen. La seva velocitat és lleugerament inferior a les ones de Love.

- Escala de Richter:  escala sismològica utilitzada per quantificar la magnitud l'energia alliberada d'un terratrèmol, és a dir en ell. Es basa en el registre d'ones en els sismogrames, treient el valor de la magnitud a partir de les ones S i la distància de l'estació a l'epicentre. És una escala oberta i els valors poden ser decimals.

En aquest enllaç a la Wiquipèdia consulteu la taula de magnituds, veureu que és força interessant.

- Escala MSK (o escala de Mercalli modificada): escala sismològica per quantificar la intensitat d'un terratrèmol entesa com la percepció que n'ha tingut la població i el grau de destrucció que ha ocasionat. Es basa en unes enquestes passades a la població de l'entorn de l'epicentre i en l'observació dels efectes produïts a cada indret. Així, s'obtenen graus d'intensitats diferents en relació a la distància a l'epicentre. És una escala tancada de 12 graus expressada en nombres romans, cadascun dels quals equival a uns efectes concrets.

Aquí teniu l'enllaç per veure la taula d'intensitats MSK.

- Ressonància: fenomen que es produeix quan un cos capaç de vibrar és sotmès a l'acció d'una força periòdica, on el període de vibració coincideix amb el període d'oscil·lació característic d'aquest cos.

En aquestes circumstàncies el cos vibra, augmentant de forma progressiva l'amplitud del moviment després de cadascuna de les actuacions successives de la força.

Exemples de ressonància:

Per acabar d'ampliar aquesta part de la unitat 4 veurem quin és el procés de formació d'un tsunami. Cal recordar que un tsunami és un grup d'onades de gran energia i tamany produïdes per un sisme amb epicentre submarí o costaner, de manera que desplaça verticalment una gran massa d'aigua.

Fixeu-vos en les següents seqüències (cliqueu sobre cadascuna per activar l'animació):

Activitats

1. Ara cal que busqueu informació sobre la utilitat de les ones S i P en sismologia. Per a què s'utilitzen?

2. La següent gràfica representa el temps mitjà que les ones P i S triguen a recórrer una distància:

a) Quina diferència en el temps d'arribada hi haurà entre ambdues ones a una estació sísmica situada a 500 km de 'epicentre? I a una ubicada a 2000 km? Dades: Vp = 6 km/s ; Vs = 3,5 km/s

b) Si a una estació ens diuen que entre l'arribada de les ones P i S han passat 4 minuts, a quina distància de l'epicentre estarà aquesta estació?

U4 - Riscos per la sismicitat i el vulcanisme (1)

L'immensa energia interna continguda en capes profundes de la Terra, perdurant encara des dels inicis de la formació del nostre planeta fa 4600 milions d'anys, és el motor que genera dos dels fenòmens més impressionants, espectaculars i destructius del nostre planeta: els sismes i les erupcions volcàniques.

Els terratrèmols, per una banda, constitueixen el fenòmen geològic més devastador per a l'home; per l'altra, les zones volcàniques, estan habitades per 1 de cada 12 persones al planeta. Són, doncs, motiu d'un elevat grau de risc per a l'ésser humà, la qual cosa ha de comportar un màxim coneixement de les seves dinàmiques per poder gestionar aquest risc.

Per començar

Aquí teniu un perfil del nostre planeta perquè recordeu quines són les zones contingudes entre el nucli i la superfície:

Com hem vist a classe, el 90% dels terratrèmols es concentren a les zone limítrofes de les plaques tectòniques, és a dir, just a sobre de les línies representades sobre aquest mapa planetari (feu clic per ampliar la imatge):

El planeta Terra té 12 plaques tectòniques principals, a més d'altres de més petites. Aquí teniu una altra imatge per complementar l'anterior:

Aquestes plaques es troben en moviment, amb una velocitat mitjana de 2'5cm/any (la mateixa velocitat de creixement de les ungles!). Això ho sosté la teoria geològica de la tectònica de plaques, desenvolupada als anys 60, la qual dóna suport a la teoria de la deriva continental (Alfred Wegener, 1912) i que segur us ha de sonar, oi?

Són aquests moviments els que generen l'activitat sísmica i volcànica al nostre planeta. Els límits entre plaques poden ser de tres tipus:

En aquesta imatge podeu veure els límits convergent i divergent, a més d'altres coses que comentarem més endavant (cliqueu per ampliar)

  

Aquesta fotografia correspon a la falla transformant de San Andrés, a Califòrnia, desplaçant-se cap al nord uns 5cm/any (clic per ampliar)

Tenint en compte els tres tipus de límits entre plaques anem ara a recordar quines són les estructures que es formaran:

• Límits divergents o constructius: dosals oceàniques (gran dorsal oceànica meso-atlàntica) o rifts continentals (Rift Valley a l'est africà).

• Límits convergents o destructius: arcs d'illes si el xoc és entre dues plaques oceàniques (Japó) i extenses serralades si col·lisionen dues plaques continentals (Himàlaia) o si xoquen una d'oceànica amb una de continental, subduint la primera, més densa, a la segona (Andes); en aquest cas també es forma una fossa oceànica sota el nivell del mar i en la línia de col·lisió. També es poden donar arcs insulars en aquest últim cas.

• Límits transformants o conservatius: dónen lloc a falles transformants (falla de San Andrés).

Per a aprofundir

Aquí teniu un enllaç a una web (la alianza de Gaia) que explica i amplia molt bé tots aquests conceptes i d'altres, per si us sorgeixen dubtes.