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1 1 ESO ESO Atención al cliente 902 44 44 41 Libro digital interactivo Cuaderno digital interactivo Biblioteca de recursos digitales Disponible en «Tu espacio personal»: www.edebe.com Biología y Geología Multidispositivo Bloque I: La Tierra edebé proyecto global interactivo edebé edebé n Bloque I ESO Biología y Geología 1 Bloque I: La Tierra Biología y Geología edebé contacta@edebe.net ,!7I 4G8-dbegce! 113721 113721_AL_BIOYGEO_1ESO_CAS_B1.indd 1 edebé n proyecto global interactivo 23/01/15 12:51 3 La geosfera Algunas mitologías antiguas describían el mundo donde vivían como una gran isla que flotaba sobre un inmenso mar. Hoy en día sabemos que vivimos en un planeta con forma de geoide compuesto por tierra, agua, aire y seres vivos. Vamos a conocer la composición de la parte sólida de la Tierra, así como su estructura interna. CONTENIDOS 1. Las capas de la Tierra 2. La estructura de la geosfera 3. Los minerales 4. Las rocas 5. Explotación de minerales y rocas Ciencia a tu alcance: Fenómenos de la geosfera Rutina de pensamiento Mirar: 10 veces 2 • Observa la imagen en silencio durante 30 segundos . • Elabora una lista de 10 palabras o frases sobre cualquier aspecto de la imagen. • Pon en común la lista con el resto de compañeros y compañeras. • Repite los dos pasos iniciales para añadir 10 palabras o frases más a la lista. • Pon en común tu lista de palabras y reflexionad en grupo. 50 51 1. Las capas de la Tierra La Tierra es un planeta de aspecto azulado visto desde el espacio; por este motivo, también se la conoce como el planeta azul. Este color se debe a que la superficie de la Tierra está mayoritariamente cubierta por agua. En la Tierra podemos distinguir cuatro grandes zonas o capas. Estas son: la atmósfera, la geosfera, la hidrosfera y la biosfera. La atmósfera es la capa gaseosa que envuelve la geosfera y la hidrosfera. La hidrosfera es la capa de agua que recubre parcialmente la geosfera. Está formada por todas las formas de agua dulce y salada que encontramos en la Tierra. La geosfera es la parte sólida del planeta Tierra. Su parte más externa constituye la superficie de los continentes y el fondo de los océanos y mares. La biosfera es el conjunto de todos los seres vivos de nuestro planeta. Es una capa constituida por una gran variedad de seres vivos, que pueden encontrarse en la geosfera, la hidrosfera o la atmósfera. En esta unidad nos centraremos en la geosfera, sus métodos de estudio, las características de sus partes y los materiales que la componen. Actividades Actividades 1.Relaciona cada uno de los siguientes elementos con la capa del planeta Tierra a la que hacen referencia. Razona tus respuestas. un charco - un gato - un adoquín de la calle - el humo de una chimenea 52 Unidad 1 1.1. Estudio de la geosfera Desde la Grecia clásica, el ser humano se ha interesado por el conocimiento de la geosfera y sus propiedades. En la actualidad, para conocer cómo es esta capa de la Tierra se utilizan dos tipos de métodos: •Métodos directos. Consisten en el estudio de los materiales de la geosfera, como las rocas de la superficie, los materiales expulsados por los volcanes y los extraídos en las minas o en los sondeos. Los sondeos son perforaciones de varios kilómetros de profundidad que buscan la obtención de muestras de rocas para estudiarlas. stos métodos permiten conocer la composición y la estructura de los maE teriales de la Tierra hasta unos 12 kilómetros de profundidad, que es el límite alcanzado por las perforaciones realizadas hasta ahora. Andrija Mohorovicic (18571936) fue un científico croata que investigó en los campos de la meteorología y la sismología. Determinó las características y el comportamiento de las ondas sísmicas. Gracias a su estudio de los sismogramas, estableció la existencia de diferentes capas de materiales alrededor del núcleo de la Tierra. Estos 12 kilómetros resultan una cifra muy pequeña comparada con los más de 6 000 kilómetros que hay hasta el centro de nuestro planeta. •Métodos indirectos. Se han diseñado para estudiar la parte de la Tierra que no podemos conocer directamente con las técnicas actuales. Se basan en el estudio de los fenómenos que tienen lugar en el interior de la Tierra a partir de los efectos que producen en la superficie. El principal método es el estudio de los terremotos y de las ondas sísmicas que provocan. as ondas sísmicas se originan en el punto del interior de la Tierra en el que L se produce un terremoto. Estas ondas se propagan en todas las direcciones, atravesando las rocas y los materiales fundidos que encuentran a su paso. Los cambios en la velocidad de propagación de estas ondas proporcionan información sobre el tipo de material que ha atravesado la onda. os científicos analizan las ondas sísmicas que son captadas por unos instruL mentos llamados sismógrafos, y esto les permite estudiar y conocer los materiales más internos de la geosfera. Ondas sísmicas Sismógrafo Actividades Actividades 2.Di qué tipo de método de estudio es el análisis de las rocas expulsadas por un volcán y razona por qué nos permite explicar la composición del interior de la Tierra. La geosfera 53 2. La estructura de la geosfera A partir de la información proporcionada por las ondas sísmicas, sabemos que la geosfera está constituida por materiales que se distribuyen formando capas concéntricas. Las ondas sísmicas experimentan una variación de velocidad cada vez que hay un cambio en el material o en el estado del material por el que se transmiten. Por esta razón, podemos detectar los cambios de capa en la geosfera terrestre. Según la composición y el estado de los materiales, se distinguen las siguientes capas: Capas de la geosfera La corteza es la capa más superficial de la Tierra y, a su vez, la más fina. Tiene una media de unos 30 km de profundidad y representa el 2 % del volumen de la Tierra. 0 km 30 km Constituye una dura capa de materiales sólidos que integra los continentes y el fondo de los océanos. Está formada principalmente por compuestos de oxígeno y silicio. 100 km 2 900 km El manto es la capa intermedia de la Tierra y está situada debajo de la corteza. Llega hasta los 2 900 km de profundidad y es la capa que ocupa mayor volumen de la Tierra: el 82 %. 5100 km Se divide en dos subcapas: el manto superior, que contiene una capa de materiales fundidos que forman una masa denominada magma, y el manto inferior, que es sólido. Sus componentes mayoritarios son el oxígeno, el silicio y el magnesio. El núcleo es la capa más interna de la Tierra. Es también la que tiene más grosor, puesto que llega a una profundidad de 6 378 km, y ocupa un 16 % del volumen de la Tierra. 6 378 km Núcleo interno Núcleo externo Manto inferior Manto superior Corteza Según el estado en que se encuentran los materiales que forman el núcleo, se distinguen el núcleo externo y el núcleo interno. Principalmente, está formado por hierro y níquel. A medida que nos acercamos al núcleo de la geosfera, la temperatura y la presión aumentan. Según la temperatura y la presión a que están sometidos los materiales y la naturaleza de estos, las diferentes capas de la Tierra se hallan en estado sólido o fluido. La corteza terrestre y los primeros kilómetros del manto están formados por materiales sólidos. Estos constituyen una capa que se conoce con el nombre de litosfera. La litosfera se encuentra sobre una capa del manto superior constituida por materiales fundidos. Esta capa se llama astenosfera mientras que los materiales fundidos que la forman reciben el nombre de magma. El manto inferior es sólido porque la presión es muy elevada. En cambio, el núcleo externo es fluido porque, aunque las condiciones de presión y temperatura son más altas, los materiales que lo forman (hierro y níquel) tienen un punto de fusión menor que los del manto. En el caso del núcleo interno, la alta presión provoca la solidez de los materiales. 54 Unidad 3 2.1. La corteza terrestre Sodio 3 % La corteza terrestre está constituida por un conjunto de elementos químicos que se combinan y dan lugar a minerales. Estos minerales pueden encontrarse de forma aislada o bien, formando rocas. Calcio 3,5 % Hierro 5 % Aluminio 8 % Aunque existen muchas rocas diferentes, si estudiamos su composición química observaremos que solo ocho elementos constituyen el 98 % de la masa de la corteza terrestre. El resto de los elementos que podemos encontrar, unos 80, únicamente constituye un 2 %. Potasio 2,5 % Magnesio 2 % Otros 2,2 % Silicio 27,5 % Oxígeno 46,5 % Los ocho elementos químicos más abundantes en la corteza son el oxígeno, el silicio, el aluminio, el hierro, el calcio, el sodio, el potasio y el magnesio. En la corteza terrestre, la temperatura aumenta con la profundidad. Así, en la zona más profunda se alcanzan temperaturas de hasta 400 °C. Distinguimos dos tipos de corteza: la continental y la oceánica. 90 km Corteza oceánica Corteza continental La corteza continental es la parte de la corteza que forma las tierras emergidas o continentes. Ocupa, aproximadamente, un 30 % de la superficie de la Tierra. Este tipo de corteza está compuesto por rocas muy antiguas, algunas de hasta más de 3 800 millones de años. El espesor de la corteza continental varía entre los 10 y los 90 kilómetros en las zonas más profundas. La corteza es la capa más superficial de la geosfera, de modo que su zona exterior está en contacto con la atmósfera y la hidrosfera, y su zona interior, con el manto. Esto condiciona su aspecto y sus características. En la zona exterior actúan los fenómenos meteorológicos como la lluvia, el viento… Además, la fuerza de los ríos, los mares y los océanos también la modifican. 6 km La corteza oceánica constituye el fondo de los océanos y mares. Ocupa cerca del 70 % de la superficie de nuestro planeta. Esta parte de la corteza está formada por rocas más modernas, aunque en algunos casos tienen hasta unos 200 millones de años. Esta corteza tiene entre 6 y 12 kilómetros de espesor. La zona interior se ve afectada por la actividad que tiene lugar en el manto, que contribuye a formar nueva corteza. Esta actividad es la que origina la erupción de volcanes o la formación de un terremoto. Actividades Actividades 3.Explica qué sucede con las ondas sísmicas cuando pasan de una capa de la Tierra a otra. ¿A qué es debido? 5.Explica qué tipo de corteza ocupa la mayor parte de la superficie de la Tierra y cuáles son sus características. 4.Dibuja un esquema de la geosfera y sus capas. Indica el nombre de cada capa y colorea de marrón las capas sólidas y de amarillo las fluidas. 6. Explica cuáles son las capas de la Tierra que están en contacto con la corteza. La geosfera 55 3. Los minerales • La dureza Los elementos químicos presentes en la corteza terrestre se combinan formando minerales. Los minerales son materiales sólidos inertes que se forman de modo natural en la Tierra. La dureza es la resistencia que opone un mineral a ser rayado. Los minerales tienen durezas muy diversas. Así, por ejemplo, el yeso es un mineral blando que puede ser rayado por el cuarzo, que es un mineral duro. Cada mineral tiene una composición química específica que depende de los elementos que lo componen. Estos pueden constituir una estructura interna con forma de red denominada estructura cristalina. En algunos minerales, esta estructura se manifiesta externamente formando cristales, como sucede, por ejemplo, en el cuarzo. Para medir la dureza de un mineral, los científicos han ideado la escala de Mohs. La escala de Mohs es una escala ascendente en que cada mineral puede ser rayado por el siguiente de la lista. El talco, de dureza 1, es el mineral más blando de esta escala, que, progresivamente, aumenta en dureza hasta el mineral más duro, el diamante, de dureza 10. La composición de cada mineral les proporciona unas propiedades características que son la dureza, la exfoliación, el color, la raya, el brillo y la diafanidad. Así, por ejemplo, diremos que un mineral tiene una dureza de 5,5 si es capaz de rayar el apatito y, a su vez, es rayado por la ortosa. • La exfoliación La exfoliación es la capacidad que presentan algunos minerales de romperse siguiendo unas formas regulares. Una forma sencilla de identificar la exfoliación de un mineral es mediante la observación de la forma regular que presentan los fragmentos desprendidos al romper ese mineral con el martillo. Por ejemplo, la galena presenta una exfoliación cúbica porque al romperse en pequeños trozos, estos tienen forma de cubos. La mica, en cambio, se exfolia en láminas. Algunos minerales no poseen una estructura interna regular y no presentan exfoliación, sino que se rompen en formas irregulares. En este caso, se trata de una fractura. Mica Talco 1 Yeso 2 Calcita 3 Fluorita 4 Apatito 5 Ortosa 6 Cuarzo 7 Topacio 8 Corindón 9 Diamante 10 Actividades Actividades 7.Indica qué es un mineral, cita alguna de sus características y pon algunos ejemplos. 56 Unidad 3 8.Si frotamos un trozo de calcita con uno de cuarzo, ¿qué mineral se rayará? Razona tu respuesta. • El color • El brillo El color es una de las propiedades más importantes para la identificación de un mineral. Cada mineral suele tener un color característico. Algunos de los minerales que presentan un color constante son la malaquita, que es verde; el lapislázuli, que es azul, y el rubí, que es rojo. El brillo es la propiedad que poseen los minerales de reflejar la luz que incide sobre su superficie. Cuando la luz incide sobre los minerales, esta puede ser reflejada de diferentes maneras. Existen distintos tipos de brillo: nacarado (calcedonia), vítreo (cuarzo), metálico (pirita) y adiamantino (diamante). Sin embargo, algunos minerales pueden presentar diversos colores como consecuencia de impurezas; es decir, de pequeñas alteraciones en su composición. Es el caso del cuarzo, que puede ser transparente, blanco o rosado. Calcedonia Lapislázuli Cuarzo • La raya La raya de un mineral es el color que presenta el mineral en polvo. La raya, a diferencia del color, es una propiedad constante en un mineral a pesar de que este tenga impurezas. Así, por ejemplo, la biotita puede ser de color pardo o verde oscuro, pero su raya siempre es blanca. Pirita • La diafanidad La diafanidad es la propiedad que poseen los minerales de dejar pasar, en mayor o menor grado, la luz. Según su diafanidad, los minerales pueden ser: Transparentes Translúcidos Opacos Permiten el paso de la luz de modo que se distinguen objetos a través de ellos. Permiten el paso de la luz, pero no se pueden distinguir objetos o formas a través de ellos. No permiten el paso de la luz, ni siquiera si el mineral está en forma de fina lámina o en polvo. Espato Yeso Galena Actividades Actividades 9.¿Qué puedes afirmar de unas muestras de un mineral que tienen diferentes colores? 10. ¿Qué grado de diafanidad crees que presentan minerales como el cuarzo y el oro? La geosfera 57 4. Las rocas Los continentes y el fondo de los océanos están formados por rocas. Existen rocas compuestas por un único mineral, y otras que están formadas por varios de ellos. Las rocas son agregados de uno o varios minerales. Los agregados o granos que constituyen las rocas pueden verse a simple vista, como en el caso del granito, o bien, ser visibles solamente con el microscopio, como en las arcillas. Según su proceso de formación, podemos clasificar las rocas en sedimentarias, magmáticas y metamórficas. 4.1. Rocas sedimentarias Las rocas sedimentarias se forman por la acumulación de sedimentos, fragmentos procedentes de otras rocas o de restos de seres vivos. Estas rocas suelen aparecer formando capas o estratos. A su vez, según el origen de estos fragmentos, las rocas sedimentarias se clasifican en los siguientes tipos: •Rocas sedimentarias de origen detrítico. Se originan a partir de fragmentos o detritos de otras rocas preexistentes, que se depositan en capas, se comprimen y se compactan por el peso de las capas superiores. Las rocas sedimentarias de origen detrítico se clasifican según el tamaño de los fragmentos que las componen. Las más comunes son los conglomerados, las areniscas y las arcillas. Sedimentarias de origen detrítico Los conglomerados están compuestos por fragmentos mayores de 2 mm de diámetro. Las areniscas están formadas por fragmentos de entre 0,02 y 2 mm de diámetro. Las arcillas son las que presentan los fragmentos menores de 0,02 mm de diámetro. •Rocas sedimentarias de origen químico. Se forman a partir de la precipitación de sustancias disueltas en el agua cuando tiene lugar un cambio de las condiciones de presión o temperatura del agua. Sedimentarias de origen químico La sal gema se forma por precipitación del cloruro de sodio al evaporarse el agua del mar. 58 Unidad 3 La caliza se forma al precipitar el carbonato de calcio del agua. De este modo, aparecen las estalactitas y las estalagmitas. •Rocas sedimentarias de origen orgánico. Se originan a partir de la transformación de restos de seres vivos, cuando estos quedan enterrados durante miles de años bajo otras capas de sedimentos. Durante este tiempo, tales restos se transforman por la acción de microorganismos y dan lugar a este tipo de rocas. Sedimentarias de origen orgánico El carbón es una roca de origen orgánico formada a partir de la transformación de restos vegetales que habitaron en las zonas pantanosas. El petróleo es una sustancia líquida viscosa procedente de la transformación de restos de organismos marinos que quedaron enterrados en el fondo de algunas cuencas marinas. Asociadas a los yacimientos petrolíferos, siempre suelen hallarse acumulaciones de gas natural. 4.2. Rocas magmáticas Las rocas magmáticas son las más abundantes de la corteza terrestre. Estas rocas se forman a partir de la solidificación del magma del interior de la Tierra. Según el tipo de solidificación, se originan diferentes tipos de rocas magmáticas. Las rocas plutónicas se originan cuando el magma del interior de la Tierra llega a zonas más superficiales de la corteza donde se enfría y solidifica lentamente, permitiendo la formación de cristales. El granito es una roca plutónica muy común en la corteza continental. Las rocas volcánicas se originan cuando el magma sale a la superficie, donde se enfría y solidifica bruscamente. Así pues, la formación de este tipo de rocas magmáticas está asociada a las erupciones volcánicas. La riolita es una roca volcánica que contiene los mismos minerales que el granito. La geosfera 59 Para distinguir el mármol de otras rocas similares, debemos verificar si ante un ácido (como el que encontramos en un limón) reacciona con abundante efervescencia. 4.3. Rocas metamórficas Las rocas metamórficas se forman cuando una roca, de cualquier tipo, se encuentra en determinadas zonas del interior de la corteza terrestre y es sometida a altas temperaturas y presiones, de modo que se alteran la composición y la estructura originales, sin llegar a su fusión. El mármol es una roca metamórfica que se ha originado a partir de la caliza, una roca sedimentaria. La pizarra es otra roca metamórfica muy común que deriva de la transformación de arcillas. ROCAS MAGMÁTICAS Sedimentación 4.4. El ciclo de las rocas Con el paso del tiempo, las rocas se van transformando siguiendo el ciclo de las rocas. Cualquier roca que se encuentre en la superficie de la Tierra experimentará erosión. Los materiales resultantes de la erosión se depositarán en algún lugar estable y se compactarán donde formarán rocas sedimentarias. Estas pueden ser de nuevo erosionadas o bien pueden ser sometidas a fuerzas que provoquen su hundimiento hacia el interior de la Tierra. Allí la presión y la temperatura pueden transformarlas en rocas metamórficas. ROCAS SEDIMENTARIAS Presión y Temperatura Fusión ROCAS METAMÓRFICAS Finalmente, si se llegan a fundir los materiales, se forma magma que, si asciende hacia la superficie y se enfría, puede generar rocas magmáticas. Al mismo tiempo, las rocas magmáticas y las metamórficas pueden ser erosionadas. Actividades Actividades 11. ¿Qué condiciones son necesarias para que un ser vivo origine una roca? 12. Agrupa las siguientes rocas según se formen en el interior de la Tierra o no. Razona tus respuestas. arenisca - basalto - granito - mármol - sal gema 60 Unidad 3 13. Elabora un mapa mental de la clasificación y los tipos de rocas, con un ejemplo de cada una de ellas. Puedes utilizar http://www.examtime.com 14. ¿Es posible que una roca sedimentaria se origine a partir de otra roca sedimentaria? Arguméntalo y explica el proceso necesario para que se convierta en los otros tipos de rocas. 4.5. Uso de las rocas Las rocas que se encuentran en la corteza terrestre pueden explotarse para la extracción de minerales o bien para su propio uso. A continuación, se muestra cómo las rocas son aprovechadas por el ser humano para una gran diversidad de usos. Rocas sedimentarias Las rocas sedimentarias de origen detrítico se utilizan principalmente en la elaboración de materiales de construcción. Las arenas ricas en cuarzo se emplean en la producción del vidrio. La arcilla se usa en la fabricación de ladrillos, en decoración y artesanía. Los guerreros de Xian están hechos con terracota; es decir, arcilla cocida. Rocas magmáticas Las de origen químico presentan usos muy variados. La sal gema se utiliza para el consumo humano y en la industria química. La caliza se emplea en la construcción, directamente como revestimiento o para la obtención de cemento. Los materiales de origen orgánico se emplean como combustible debido a su elevado contenido energético. El carbón se utiliza en las centrales térmicas para la producción de electricidad. El petróleo y sus derivados (gasóleo, gasolina, butano...) se usan en los medios de transporte, en las calefacciones, etc. A partir del petróleo, además, se elaboran materiales tan diversos como el asfalto, los plásticos o las sustancias disolventes. Rocas metamórficas Las rocas magmáticas son muy utilizadas en construcción y en pavimentación, debido a su gran resistencia y facilidad de corte. Estas rocas se usan principalmente en construcción y escultura. En el acueducto romano de Segovia, se usó roca granítica en la mayor parte de su construcción. El mármol, en concreto, se usa en revestimientos y en escultura. Su aspecto estético y su facilidad de corte hace que sea muy apreciado en decoración. Por esta razón, se ha usado en la construcción de numerosos monumentos, como el Taj Mahal de la India. La pizarra se usa en la construcción, en los tejados y en el revestimiento de superficies. Actividades Actividades 15. Busca información sobre qué es el vidrio y su usos. 16. El David de Miguel Ángel está hecho de mármol y se encuentra en el interior de un museo. Por las propiedades del mármol, ¿qué le podría pasar a la escultura en el exterior? La geosfera 61 Diamantes de sangre Los diamantes son uno de los minerales más caros del mundo. Algunas explotaciones de diamantes se encuentran en zonas de guerra donde grupos armados utilizan a personas como esclavos para la obtención de tan preciado mineral. Los diamantes obtenidos de forma tan cruel reciben el nombre de diamantes de sangre. El ser humano siempre ha tenido interés y necesidad de descubrir y aprovechar los recursos naturales a su alcance. En la Antigüedad, la explotación de minerales, o minería, alcanzó un máximo desarrollo en la época romana. Muchos siglos después, en el Renacimiento, los trabajos del científico alemán Agricola marcaron el inicio del estudio de los minerales dentro de la geología. En la actualidad, la minería genera una gran actividad en todo el planeta. Por ellolas, la geología se ha ocupado tanto del estudio de los métodos de explotación como de evitar la degradación del entorno que provoca la actividad minera. Distinguimos dos tipos de explotaciones mineras: Explotaciones superficiales Explotaciones subterráneas Se desarrollan en zonas en que el recurso minero está a escasa profundidad. En este grupo encontramos las canteras, de las que se extraen principalmente rocas, o las extracciones de gravas o áridos que se llevan a cabo en los lechos de los ríos. Se desarrollan a partir de unas perforaciones verticales, denominadas pozos, y otras perforaciones horizontales, las galerías, que siguen las concentraciones del mineral en el subsuelo. Estas explotaciones se conocen habitualmente como minas. Ágora Prácticamente el 100 % de vidrio depositado en los contenedores específicos es reciclado, ya que se puede aprovechar en su totalidad. Además, el hecho de no perder sus propiedades en el proceso de reciclaje, hace que sea uno de los materiales más reciclados en nuestra sociedad. ¿Qué objetos tiráis al contenedor de vidrio? ¿Todos los objetos que tienen vidrio pueden ir a ese contenedor? ¿Dónde deben desecharse? 62 5. Explotación de minerales y rocas Unidad 3 Las explotaciones mineras se ubican en los yacimientos minerales que son depósitos de mineral o roca útil para el ser humano, suficientemente concentrado y de extracción rentable. En un yacimiento mineral se distinguen la mena, o recurso que se explota, y la ganga, los demás minerales y rocas que no se utilizan. En muchos casos, la industria que explota y extrae los minerales y rocas ocasiona, con su actividad, un impacto sobre el medio ambiente. Por este motivo, es importante aplicar medidas encaminadas a reducir este impacto, que consisten en la restauración de los terrenos y de su cubierta vegetal una vez terminada la explotación. Por otro lado, en la actividad minera se produce una extracción a gran escala de minerales y rocas. Estos recursos geológicos son limitados y necesitan del paso de miles de años para volver a formarse. El elevado ritmo de extracción de los minerales y rocas, unido a su lento proceso de formación, puede llegar a agotar estos recursos si no moderamos su uso. Una forma de reducir la extracción de recursos geológicos es incrementar el reciclaje y la reutilización de los productos derivados de los minerales y las rocas. 5.1. Rocas y minerales de nuestro entorno España posee una gran riqueza y diversidad de minerales en su territorio. Desde épocas lejanas, se han explotado algunos yacimientos minerales para la extracción de metales como el oro, la plata y el cobre. Destacan por su antigüedad, los yacimientos de Riotinto (Huelva), que se explotan desde el siglo vii a. C. http://www.igme.es Página web sobre los recursos minerales y las rocas de España. En la actualidad, esta zona de Andalucía y las cuencas mineras de Asturias son las principales zonas de extracción de nuestro país. Como ya sabes, cada tipo de roca está compuesto por unos minerales específicos, de modo que si buscamos un determinado mineral, debemos conocer las rocas que lo contienen. En nuestro territorio se encuentran los siguientes grupos de minerales y rocas, que en muchos casos son explotados industrialmente: •Los minerales metálicos son aquellos que se emplean como materia prima para la extracción de metales. Destacan entre ellos la magnetita, de la que se extrae el hierro; la calcopirita, de la que se obtiene el cobre; y la galena, que es la principal fuente de plomo. C V Sn Zn Cu C En este mapa puedes observar la distribución en nuestro territorio de los principales tipos de terrenos y las explotaciones de minerales y rocas más significativas. C Pb Zn Fe Zn Fe Au Mg C Mg T P Y C C C V Y C Y Sn C Fe Y M C A Y C M C C Sn C Pb Cu Cu Fe Au Zn Pb Ag Hg Pb Fe G G A T P G •Los minerales no metálicos y las rocas industriales y ornamentales se utilizan en usos tan diversos como la construcción y la decoración (yeso, arcilla, caliza, granito, mármol...), así como en la obtención de productos químicos y el consumo humano (potasa, compuestos de fosfato y sal gema). •Los minerales y las rocas energéticos son utilizados como fuente de energía. Son los casos del uranio, el carbón y el petróleo. C G Pb Fe M Zn M Pb M Pb Ag Au M M Terrenos de rocas... Minerales metálicos Rocas y minerales no metálicos Ag Plata Pb Plomo C Plutónicas y metamórficas Au Oro Sn Estaño Mg Sedimentarias químicas Cu Cobre Sedimentarias detríticas Volcánicas Fe Hierro y pirita Hg Mercurio V Zn Volframio T Cinc Y Caolín Magnesita Talco Yeso G M P A Sal gema Sal marina Sales potásicas Rocas arcillosas Rocas y minerales utilizados como fuente de energía C Carbón (lignito, hulla y antracita) Petróleo y gas natural Uranio Actividades Actividades 17. Explica qué es una explotación superficial y una subterránea, e indica sus principales diferencias. 18. El hierro es un metal que se encuentra en la magnetita, un mineral común en las rocas magmáticas y metamórficas. Imagina una explotación en la que se quiere extraer hierro y señala qué es la ganga y qué es la mena. Justifícalo. 19. Fíjate en el mapa de esta página. Según las rocas que se encuentran en el terreno, ¿qué tipo de montañas son las que forman las islas Canarias? 20. Fíjate en la distribución de los terrenos volcánicos de España. ¿Crees que podemos encontrar algún volcán en Galicia? ¿Y en Cataluña? Razona tu respuesta. La geosfera 63 CIENCIA A TU ALCANCE: Fenómenos de la geosfera Investiga: Solidificación de rocas Introducción El magma es una mezcla de minerales fundidos, vapor de agua y otros gases a más de 1 000 ºC que se encuentran en el interior de la corteza terrestre. Los minerales que componen el magma se caracterizan porque sus componentes, cuando se enfrían, se solidifican formando cristales. El tiempo de enfriamiento influye en el tamaño de los cristales del mineral. Cuando en una erupción volcánica el magma sale a la superficie y se enfría rápidamente, no tiene tiempo de cristalizar. En cambio, con un enfriamiento lento, que se produce cuando el magma se enfría en el interior de la corteza, se forman cristales. En esta práctica vas a simular la formación de las rocas plutónicas, que se caracteriza por la cristalización de sus minerales. Para ello, simularemos que una pequeña cantidad de salol en polvo fundido es el magma. Material •Portaobjetos •Vela •Salol en polvo •Pinza de madera •Cuchara •Lupa Si se añade mucho polvo al líquido, comenzarán a crecer demasiados cristales a la vez que interferirán en el crecimiento de otros, y no será posible ver las formas geométricas. Procedimiento —El salol está compuesto de diminutos fragmentos cristalinos que al llegar a la temperatura de 42 ºC se funden, convirtiéndose en líquido. —Toma con la cuchara una pequeña cantidad de polvo de salol, aproximadamente del tamaño de un guisante, y colócalo sobre un portaobjetos. —Sujeta el portaobjetos con la pinza de madera y caliéntalo a la llama de una vela desde abajo. Mantén la vela bastante alejada, aproximadamente a unos 15 cm, para que la llama no ennegrezca el vidrio. —Deja de calentar cuando el salol funda. —Pon un pequeño grano de polvo de salol encima del salol fundido. Este grano servirá como núcleo para comenzar la cristalización en cuanto la temperatura haya disminuido lo suficiente. —Cuando haya finalizado el crecimiento, al cabo de unos minutos, y ya no quede salol fundido, examina el conjunto de cristales con una lupa. El salol no es corrosivo, venenoso ni pegajoso; por tanto, una vez terminada la práctica, puedes quedarte los cristales como recuerdo. El inicio de la cristalización es espontáneo a partir del descenso de la temperatura por debajo del punto de fusión (42 °C). Sin embargo, este proceso requiere mucho tiempo; por este motivo, para reducir la espera se coloca un pequeño cristal o grano de salol que acelera el proceso. Actividades a. Observa atentamente los cristales a través de la lupa y haz un dibujo en tu cuaderno. Describe qué forma geométrica presenta el cristal de salol. b. ¿Por qué necesitamos una «semilla» para la cristalización? Explica qué crees que sucedería si no la añadiéramos. c. ¿Crees que si enfriásemos brusca y rápidamente el salol obtendríamos cristales? d.Describe el proceso de solidificación de las rocas plutónicas y compáralo con la práctica que acabas de realizar. 64 Unidad 3 Visión 360º: Rocas de nuestra casa El ser humano utiliza una gran cantidad de minerales y rocas. La mayor de parte de los materiales de construcción proviene de rocas o están hechos parcialmente de estas. —Haz una lista de los materiales con los que está construida tu casa: el pavimento, las paredes… —Identifica el origen de cada uno de estos materiales. —Agrupa los distintos materiales según el grupo y subgrupo de rocas del que provengan. Hoy día se están utilizando nuevos materiales de construcción de origen artifical como el cartón yeso o la melamina que sustituyen a los materiales de construcción tradicionales. —¿Tienes alguno de estos materiales en casa? ¿Qué material de origen mineral desempeñaría una función similar? —Indica las ventajas y los inconvenientes de este material artificial respecto al material de origen mineral. Muchos otros objetos de nuestros hogares están compuestos por materiales que derivan de los minerales (el grafito de los lápices, el metal de un cubierto, el cristal de una lámpara...). —¿Eres capaz de reconocer 10 objetos de tu habitación constituidos por materiales de origen mineral? Cre@ctividad: Búsqueda de imágenes Internet es una fuente de contenidos en diferentes formatos: texto, imágenes, vídeos, podcast, etc. No obstante, para acceder a toda esta información hay que saber encontrarla y buscadores como Google nos facilitan esta tarea. La búsqueda de imágenes nos permite localizar también páginas web cuyo contenido está relacionado con el tema de la imagen que estamos buscando. En esta actividad deberás utilizar las herramientas que Google pone a nuestra disposición para localizar imágenes con un tamaño determinado. En concreto, tendrás que encontrar cuatro imágenes correspondientes a: ——El ciclo de las rocas. Una roca sedimentaria. Una roca magmática. Una roca metamórfica Todas las imágenes deberán tener una medida que se encuentre entre los 450 y los 550 píxeles en su lado más largo. Una vez localizadas, habrás de copiar sus URL y compartirlas con tus compañeros y compañeras o con tu profesor o profesora de la forma que se te indique. La geosfera 65 Síntesis • Para resumir la unidad, completa en tu cuaderno el siguiente esquema con los conceptos que faltan: la tierra está formada por las siguientes capas Geosfera Hidrosfera Atmósfera Biosfera presenta las siguientes capas Corteza Núcleo ............................................ formada principalmente por que a su vez se divide en Oxígeno, silicio, aluminio, hierro, calcio, magnesio, sodio y potasio .................................... .................................... que se combinan formando Dureza Exfoliación ............................................ Magmáticas ............................................. ............................................. sus propiedades son Color Raya Brillo muchas veces se encuentran formando parte de pueden ser Diafanidad Rocas —En tu cuaderno, añade a este mapa conceptual los métodos de estudio de la geosfera. —Añade también los tipos de rocas sedimentarias y un ejemplo de cada grupo. —Elabora un esquema sobre los distintos tipos de explotación de minerales y rocas, así como los grupos de minerales y rocas que se explotan en nuestro territorio. 66 Unidad 3 Actividades finales 21. a 22. a 23. d Cita las distintas capas o zonas que se distinguen en la Tierra y nombra un elemento característico de cada una de ellas. Explica en qué se diferencian los métodos de estudio de la geosfera directos de los indirectos. Las gráficas sísmicas son parte de los métodos indirectos de estudio del interior de la geosfera. Se confeccionan a partir de los sismogramas procedentes de varios observatorios. Velocidad (km/s) En el eje horizontal de estas gráficas se representa la profundidad a la que transcurre la onda, normalmente en kilómetros. En el eje vertical se indica la velocidad de la onda sísmica representada. En estas gráficas puede apreciarse la velocidad que tiene una onda sísmica y cómo esta va variando según la profundidad a la que se encuentre. 12 Copia y completa la siguiente tabla relativa a las capas de la geosfera: a Capa Profundidad máxima Composición Materiales sólidos Manto superior 5 100 km 26. a 27. s Compara el volumen y el grosor que tienen las tres capas de la geosfera. Lee el siguiente texto sobre la obtención de muestras del manto terrestre: 8 Los científicos piensan perforar los kilómetros de espesor de la corteza de la Tierra para llegar al profundo y cálido manto de esta y así poder conseguir muestras por primera vez. 4 Según los científicos, las rocas del manto proporcionarían también una mayor comprensión sobre los procesos que tienen lugar en el manto, algo muy importante si se quiere entender la tectónica de placas que es el origen de muchos terremotos, tsunamis y erupciones. 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Profundidad (km) —Observa la gráfica anterior en la que se ve el comportamiento de una onda sísmica a medida que aumenta la profundidad. ¿Cuántos cambios de velocidad experimenta la onda? ¿A qué profundidades? 24. 25. El mejor lugar para perforar es en medio del océano, ya que es ahí donde la corteza terrestre es más delgada (unos 6 km de espesor, frente a las decenas de kilómetros que hay en los continentes). —Ahora observa otra vez la imagen de la página 54 y explica qué relación existe entre los cambios de velocidad de la onda sísmica y las diferentes capas de la Tierra. Sin embargo, estas zonas elegidas del océano son, por supuesto, demasiado profundas (unos 4 km). Esta profundidad es casi el doble de la que pueden alcanzar los métodos de perforación submarinos de hoy en día. Hasta ahora, las perforadoras solo han conseguido introducirse unos 2 km dentro de la corteza oceánica. Busca en la página web del Instituto Geográfico Nacional (IGN) cuándo se produjo el último terremoto detectado en vuestra zona. http://www.nationalgeographic.es/noticias/ciencia/la-tierra/ cientificos-manto-terrestre d —Para esto, entra en el catálogo del IGN e introduce las coordenadas de tu zona (http://links.edebe.com/ s58). Puedes encontrarlas en alguna aplicación de la Red tipo https://maps.google.es/ —¿Por qué los científicos aún no han podido efectuar perforaciones hasta el manto? ¿Qué obstáculos se han encontrado? —Si te fijas en la fecha del terremoto, ¿se publicó alguna noticia al respecto? En caso afirmativo, resume la información que presentaba el artículo. —¿Qué información podemos sacar de las muestras de material del manto? —¿Recuerdas si notaste algún temblor? Si la respuesta es negativa, ¿por qué en algunos casos los terremotos se detectan mediante los sismógrafos, pero no son detectables por nosotros? —¿Por qué los científicos quieren perforar en la corteza oceánica y no en la continental para llegar al manto? 28. Describe las propiedades que hemos estudiado de los minerales y pon un ejemplo de cada una de ellas. a La geosfera 67 Actividades finales 32. PBL En una exposición de minerales de la escuela, eres el encargado del apartado sobre la dureza. Para tal efecto, dispones de cuatro cajas con dos muestras de minerales: Agrupa estos términos según definan una roca magmática, metamórfica o sedimentaria, e inventa una oración con cada conjunto de palabras: a magma - presión - químico - agua - alteración mármol - enfriamiento - precipitación - volcán • Caja A: Ortosa - Fluorita • Caja B: Cuarzo - Topacio 33. • Caja C: Diamante - Calcita • Caja D: Yeso - Apatita Con el trajín, se ha caído dentro de cada caja el cartel de cada mineral. Para identificarlos puedes intentar rayar cada pareja de minerales. Disponemos de dos cedazos con un poro de 0,02 mm y 2 mm. Describe y dibuja en qué orden debería disponerse cada uno para separar una mezcla de arcillas, areniscas y conglomerados, y obtener cada grupo de rocas sedimentarias detríticas por separado. a — Busca información sobre la dureza de estos minerales y di cuál será el mineral rayado en cada caso. — Para la exposición, ordena las ocho muestras según su dureza y explica brevemente esta propiedad característica de los minerales. 30. Observa los siguientes minerales y confecciona una ficha para cada uno de ellos en la que se describan el color, el brillo, la raya y su dureza. s Sabemos que el primero raya el talco y es rayado por la calcita, mientras que el segundo raya el yeso y es rayado por la fluorita. —Explica qué grupo de rocas quedará en el primer cedazo, cuál en el segundo y cuál los traspasará hasta el cubo. 31. a 34. a 35. s Observa estos minerales y describe su diafanidad: Define las características principales de los distintos tipos de rocas sedimentarias y di qué diferencias hay entre ellas. Visionad este vídeo sobre el ciclo de las rocas y responde a las preguntas: http://links.edebe.com/cx9ebc —Describe, si es posible, el proceso que transforma una roca magmática en una roca sedimentaria. —Explica cómo se forman las rocas magmáticas. ¿A partir de qué tipo de roca se pueden originar? —¿Qué tienen en común las rocas metamórficas y las rocas magmáticas frente a las sedimentarias? Fluorita —Si nos fijamos en los componentes de las rocas sedimentarias, ¿qué elementos nos permiten saber que se trata de una roca de este tipo? ¿Por qué? 36. Grafito Ágata 68 Unidad 3 Relaciona los conceptos de mineral, roca y elemento químico, haciendo una descripción del material de la corteza terrestre. Para ello, imagina que eres capaz de observar el material cada vez con más detalle. a Actividades finales 37. Lee el siguiente texto sobre la formación de las rocas evaporitas: d Las rocas evaporíticas se forman a partir de la evaporación del agua de mar, la cual, tiene abundantes sales en disolución. Al alcanzarse el nivel de saturación, por evaporación, en las sales correspondientes, se produce la precipitación del mineral que forma ese compuesto. Para que se pueda producir la concentración de las sales que lleve a la saturación, debe darse un mecanismo que favorezca la evaporación del agua en volúmenes reducidos, y sin comunicación con el mar que renueve el agua de concentración normal. Esto se produce en un tipo determinado de medios sedimentarios: las albuferas, en las que existe un brazo de mar individualizado del mismo por una barra de arena, que permite ocasionalmente el paso del agua, pero la aísla durante largos períodos de tiempo. En estas condiciones, y bajo una fuerte insolación, el agua se evapora, aumentando progresivamente la concentración en sales, hasta que durante una tormenta o una pleamar especialmente intensa vuelve a introducir agua de mar en la cuenca, reiniciando el proceso. 41. http://www.unalmed.edu.co —¿Qué tipo de roca son las evaporitas? Justifícalo. —Además de en medios como las albuferas, ¿en qué otra situación se pueden formar evaporitas? —Busca información y localiza algunas cuencas sedimentarias de evaporitas en España. ¿Qué medio había antes de formarse la roca en estas zonas? 38. a 39. s Como ya sabes, existen distintos tipos de explotaciones mineras. A grandes rasgos distinguimos entre explotaciones superficiales y subterráneas. En las explotaciones superficiales, como las canteras, el mineral o roca se extrae de la vertiente de una montaña o de una gran abertura en forma de embudo excavada en el terreno. En las explotaciones subterráneas, o minas, el material se extrae a partir de un entramado de perforaciones practicadas en el interior de la Tierra. Cada vez somos más conscientes de la degradación del entorno que provocan estas explotaciones y, por este motivo, se están realizando trabajos para reducir y corregir la destrucción del medio que causa una explotación minera. —Para poder utilizar los minerales y las rocas en la construcción de casas, la industria…, ¿cuál de los dos tipos de explotaciones crees que supone un menor impacto ambiental? ¿Cuál piensas que tiene un menor coste económico? —Busca información sobre la recuperación de las canteras abandonadas y propón alguna actuación en una de ellas próxima a tu localidad. Para que un yacimiento se considere útil y rentable, ¿crees que se evalúa la concentración de mena o la de ganga? Razona tu respuesta. Busca información sobre las explotaciones mineras de tu comunidad autónoma en la página del Instituto Geológico y Minero de España (http://www.igme.es) dentro del apartado Panorama minero. Observa dónde se extrae cada sustancia y anota las cantidades que hacen referencia a tu comunidad. —Identifica cuáles son las tres sustancias minerales que más se extraen en tu comunidad. —Busca información sobre estas tres sustancias y clasifícalas según su proceso de formación. Puedes utilizar Prezi o cualquier otro programa similar para presentar la información. 40. Los minerales y las rocas de la corteza terrestre son recursos muy utilizados por el ser humano. Para la extracción de estos recursos, la industria minera emplea diferentes técnicas, la mayoría de ellas altera profundamente el entorno. d 42. Di si las siguientes frases son verdaderas o falsas. En caso de que sean falsas, escríbelas correctamente. a a)El sismógrafo es un instrumento que permite estudiar la geosfera de manera directa. b)Tanto el manto superior como el inferior presentan los materiales fluidos, ya que la temperatura es muy elevada. c) Todas las rocas están formadas por minerales. d)Los minerales que presentan exfoliación también pueden presentar fractura. a Construye una oración con cada una de estas parejas de conceptos: e)Las rocas sedimentarias originan cristales, ya que el magma sale a la superficie y se solidifica rápidamente. •Geosfera - temperatura •Mineral - roca •Magmática - metamórfica •Ganga - yacimiento f ) Las rocas magmáticas están formadas por fragmentos de otras rocas. g) Las rocas metamórficas suelen tener poros muy grandes. La geosfera 69 Pon a prueba tus competencias 1. Lee el siguiente artículo y contesta las preguntas: El coltán está formado por dos minerales poco comunes, la columbita y la tantalita, y es el componente fundamental de la mayoría de gadgets relacionados con las nuevas tecnologías como los móviles, las tabletas, las pantallas planas, los GPS, las videoconsolas y cualquier otro aparato electrónico con prestaciones avanzadas. El coltán también es muy importante en el desarrollo de estructuras tan avanzadas como los cohetes espaciales o los satélites artificiales. Se trata de un mineral muy raro y escaso del que más del 80 % de su producción se extrae de la zona central del continente africano, la mayor parte en la República Democrática del Congo. En este país, el coltán se extrae en minas a cielo abierto o en galerías y cuevas superficiales. La República Democrática del Congo es un país con una superficie aproximada cuatro veces más grande que la Península Ibérica, en el que habitan cerca de 71 millones de personas con una esperanza de vida de tan solo 56 años. Lo que debería ser una fuente de riqueza para los habitantes de la región se ha convertido en un problema de primer orden. La minería del coltán en esta zona de África es realizada muchas veces por mineros que trabajan en condiciones de esclavitud, vigilados por guerrillas y fuerzas paramilitares que financian sus actividades con los beneficios derivados de estos recursos minerales. Entre los mineros forzados hay una gran cantidad de niños. En esta zona, un agricultor cobra menos de 15 euros mensuales mientras que trabajando en la mina y extrayendo un kilogramo de coltán al día se ganan más de 150 euros al mes. Ante esta situación se abandonan las actividades agrícolas y ganaderas en pos de la extracción de tan preciado mineral. 1.1. Propón un título para el artículo anterior 1.2. ¿Qué aparatos electrónicos tienes en tu casa que puede que contengan coltán? 1.3. Observa la siguiente tabla sobre la evolución de la venta de smartphones entre el último trimestre de 2013 y el primero de 2014: Posición ventas mundiales Millones de unidades vendidas en el primer trimestre 2014 Marca Porcentaje de ventas en el último trimestre 2013 Porcentaje de ventas en el primer trimestre 2014 1 A 86,8 29,30 % 30,70 % 2 B 43,7 17,80 % 15,50 % 3 C 18,2 6,10 % 6,40 % 4 D 14,1 4,70 % 5% 5 E 12,3 4,60 % 4,40 % a. ¿Qué marca tuvo mejores ventas? b. ¿Qué marca ha mejorado más su porcentaje de ventas? 1.4. Indica aquellas afirmaciones correctas sobre las consecuencias de la venta de tan elevado número de teléfonos móviles. Corrige las falsas. a. La demanda y la escasez de coltán hace que el precio de este sea muy elevado. b. La necesidad del coltán en la producción de los teléfonos móviles beneficia a la población del Congo. c. El reciclado de los móviles, fuera de uso, puede reducir el consumo de coltán. 1.5. En un estudio publicado en el Heraldo de Aragón indica que de media en España cambiamos de móvil cada 9 meses. En cambio, en Japón tienen el mismo smartphone unos 15 meses y en EE. UU. hasta 18 meses. a. ¿Tiene consecuencias, más allá de en nuestra economía doméstica, el cambio tan frecuente de móvil? b. ¿Tener un móvil de último modelo es una necesidad real o generada? 70 Unidad 3 2. Fíjate en los usos de las rocas en la construcción y contesta las preguntas siguientes: Muchas de las rocas de nuestro entorno se utilizan en la construcción. De las rocas sedimentarias, podemos destacar el conglomerado, para la fabricación de hormigón; las areniscas, necesarias para producir hormigón y para elaborar el vidrio; la arcilla, para elaborar ladrillos y productos de cerámica; el yeso, para fabricar escayola; la caliza, para fabricar cemento y, por último, el petróleo, para obtener plásticos, pinturas, alquitranes, etc. Las rocas magmáticas se utilizan también como materia prima para la construcción. Pueden tener función ornamental recubriendo fachadas e interiores. Entre las rocas metamórficas que se utilizan para la construcción, podemos destacar la pizarra, empleada para construir tejados debido a su capacidad de impermeabilizar, y el mármol, usado con fines ornamentales. 2.1. Indica qué material es el más adecuado para cada uno de los elementos de una nueva construcción. En algunos casos, ambas opciones podrían ser correctas, pero habrás de elegir una y razonar por qué priorizarías una opción antes que la otra. Aislamiento térmico Impermeabilización techo Suelo de la vivienda Recubrimiento de la fachada Poliuretano (tipo de plástico) Mármol Pizarra Cemento Cerámica Hormigón Pintura Granito 2.2. Observa el proceso de fabricación de los ladrillos y otros derivados de la arcilla. Reflexiona y responde a las siguientes preguntas: a. Una vez extraídas las arcillas de la naturaleza, se dejan expuestas en grandes montañas durante un tiempo. ¿Con qué finalidad crees que se lleva a cabo esta acción? b. ¿Con qué fin se pasan las arcillas por un tamiz después de la molienda? c. Cuando los ladrillos salen del horno han disminuido un 5 % su volumen. ¿Por qué sucede esto? Reflexiona Diario de aprendizaje • A la hora de aprender, ¿eres capaz de hacerlo por medio de juegos, simulacros o sesiones de prácticas? • ¿Qué es lo que te ha resultado más difícil o complicado de la unidad? • En la unidad aparece un mapa. A la hora de expresar la misma información, ¿existe otro modo que pueda facilitar más tu aprendizaje? ¿Cuál? La geosfera 71