Geología

Naturaleza de la Investigación científica

Toda la ciencia se basa en la suposición de que el mundo natural se comporta de una manera constante y predecible que puede comprenderse mediante el estudio atento y sistemático. El objetivo general de la ciencia es descubir los modelos subyacentes en la naturaleza y luego utilizar ese conocimiento para hacer predicciones sobre lo que cabría o no cabría esperar que ocurriera dados ciertos hechos y circunstancias. Por ejemplo, sabiendo como se forman los depósitos de petróleo, los geólogos pueden predecir los sitios más favorables para la exploración y , quizá igual de importante , cómo evitar las regiones con escaso o nulo potencial.

El desarrollo de nuevos conocimientos científicos implica algunos procesos lógicos básicos que son universalmente aceptados. Para determinar qué está ocurriendo en el mundo natural, los científicos recogen científicos a través de la observación y medida. Como el error es inevitable , la exactitud de una medida o una observación particulares es siempre cuestionable. No obstante , esos datos son esenciales para la ciencia y sirven como trampolín para el desarrollo de las teorías científicas (Vease recuadro INTGEO-01).

Hipótesis.

Una vez recogidos los datos y formulados los principios que describen un fenómeno natural , los investigadores intentan explicar cómo o por qué las cosas suceden de la manera observada. Lo hacen elaborando una explicación provisional ( o no probada) , que denominamos una hipótesis científica o modelo. (El término modelo , aunque a menudo se utiliza como sinónimo de hipótesis, es un término menos preciso, ya que también se emplea a veces para describir una teoría científica ) Es mejor que un investigador pueda formular más de una hipótesis para explicar un conjunto determinado de observaciones. Si un solo investigador no puede idear múltiples modelos, los otros miembros de la comunidad científica desarrollarán casi siempre explicaciones alternativas. Con frecuencia, a todo ello le sigue un debate encendido. Como consecuencia , quienes proponen modelos opuestos llevan a cabo uan investigación extensa y los resultados se ponen a disposición del resto de la comunidad científica a través de las publicaciones científicas.

Antes de que una hipótesis sea aceptada como parte del conocimiento científico, debe someterse a pruebas y análisis objetivos. (Si una hipótesis no puede probarse, no es científicamente útil, por muy interesante que pueda parecer.) el proceso de verificación requiere que las predicciones se hagan según el modelo que se esté considerando y que las predicciones se prueben comparándolas con observaciones objetivas de la naturaleza. En otras palabras, las hipótesis deben poder aplicarse a observaciones distintas de las utilizadas para formularlas en primer lugar. A la larga, las hipótesis que suspenden esta prueba se descartan. La historia de la ciencia esta repleta de hipótesis descartadas. Una de las mejor conocidas es la idea de que la Tierra era el centro del universo , una propuesta que se sustentaba en el aparente movimiento diario del Sol, la luna y las estrellas alrededor de la Tierra. Como afirmó con tanta habilidad el matemático Jacob Bronowski:

Extracto :"Ciencias de la Tierra 8 Edicion – Una Introducción a la Geología Física.  Edward J. Tarbuck, Frederick K. Lutgens".

Teoría

Cuando ha sobrevivido a una comprobación intensiva y cuando se han eliminado los modelos competidores, una hipótesis puede ser elevada al status de teoría científica. En el lenguaje cotidiano solemos decir . pero una teoría científica es una visión bien comprobada y ampliamente aceptada que, en opinión de la comunidad científica, es la que mejor explica ciertos hechos observables.

Las teorías muy documentadas se sostienen con un elevado grado de confianza. Las teorías de esta talla con gran alcance tienen un status especial. Se denominan paradigmas, porque explican en gran de aspectos interrelacionados del mundo natural. Por ejemplo, la teoría de la tectónica de placas es un paradigma de las ciencias geológicas que proporcionan un marco para la comprensión del origen de las montañas, los terremotos y la actividad volcánicas. Además. La tectónica de placas explica la evolución de los continentes y las cuencas oceánicas a lo largo del tiempo.

Extracto :"Ciencias de la Tierra 8 Edicion – Una Introducción a la Geología Física.  Edward J. Tarbuck, Frederick K. Lutgens".

El método científico

El proceso que se acaba de describir , en el cual los investigadores recogen datos a través de observaciones y formulan hipótesis y teorías científicas , se denominan método científico. Al contrario de la creencia popular , el método científico no es una receta estándar que los científicos aplican de una manera rutinaria para desenmarañar los secretos de nuestro mundo natural. Antes bien, es una empresa que implica creatividasd e intuición, Rutherford y Ahlgren lo expresaron de esta forma:

No hay un camino fijo que los científicos puedan seguir siempre y les conduzca infaliblemente el conocimiento científico. No obstante, en muchas investigaciones científicas intervienen las siguientes etapas : (1) recogida de datos científicos a través de observación y la medida (2) desarrollo de una o varias hipótesis de trabajo que expliquen esos datos; (3) desarrollo de observaciones y experimentos para probar la hipótesis; y (4) aceptación, modificación o rechazo de la hipótesis sobre la base de extensas pruebas (véase recuadro INTGEO-02).

Otros descubrimientos científicos pueden proceder de ideas simplemente teóricas, que se enfrentan resueltamente a un extenso examen. Algunos investigadores utilizan computadores de gran velocidad para simular lo que sucede en el mundo . Estos modelos son útiles para tratar los procesos naturales que suceden es escalas de tiempo muy largas o que se producen en lugares extremos o inaccesibles. También, otros avances científicos tienen lugar después de un suceso totalmente inesperado durante un experimento. Estos descubrimientos casuales son mñas que pura suerte; como dijo Louis Pasteur,

El conocimiento científico se adquiere a través de varias vías, de modo que quizá sea mejor describir la naturaleza de la investigación científica como métodos de la ciencia y no como el método científico. Además, debe recordarse siempre que incluso las teorías científicas más convincentes siguen siendo sólo explicaciones simplificadas del mundo natural.

Extracto :"Ciencias de la Tierra 8 Edicion – Una Introducción a la Geología Física.  Edward J. Tarbuck, Frederick K. Lutgens".

La Tectónicade Placas y la Investigación científica

En las últimas décadas, se ha aprendido mucho sobre dinámica de nuestro planeta .este período ha constituido una revolución sin igual en nuestra comprensión de la Tierra. La revolución empezó a principios del siglo XX con la propuesta radical de la deriva continental , la idea de que los continentes se movían sobre la superficie del planeta . esta hipótesis contradecía el punto de vista establecido, según el cual los continentes y las cuencas oceánicas eran características permanentes y estacionarias sobre la superficie terrestre. Por esta razón, la idea de los continentes a la deriva se recibió con gran escepticismo . tuvieron que pasar más de 50 años antes de que se recogieran datos suficientes para transformar esta hipótesis controvertida en una teoría sólida que enlazara todos lso procesos básicos que, se sabía , actuaban en la Tierra. La teoría que finalmente apareció, denominada teoría de la tectónica de placas, proporcionó a los geologos el primer modelo exhaustivo del funcionamiento interno de la Tierra.

Extracto :"Ciencias de la Tierra 8 Edicion – Una Introducción a la Geología Física.  Edward J. Tarbuck, Frederick K. Lutgens".

Una visión de la Tierra

Una imagen de la Tierra proporcionó, a los astronautas de Apolo 8 y el resto de la humanidad una perspectiva única de nuestro planeta. Vista desde el espacio, la Tierra es espectacular por su belleza y llamativa por su soledad

Una imagen como ésta nos recuerda que la Tierra es, después de todo, un planeta pequeño, autónomo y, de algún modo, incluso frágil.

A medida que nos acercamos a nuestros planeta desde el espacio, se pone de manifiesto que la Tierra es mucho más que roca y suelo. De hecho, los rasgos más llamativos no son los continentes, sino las nubes turbulentas suspendidas encima de la superficie y el enorme océano global. Estas características subrayan la importancia del aire y el agua en nuestro planeta.

La visión cercana de la Tierra desde el espacio no ayuda a apreciar por qué el medio físico se divide tradicionalmente en tres partes principales: la porción de agua de nuestro planeta, la hidrósfera; el envoltorio gaseoso de la Tierra, la Atmósfera; y por supuesto, La Tierra sólida.

Debe destacarse que nuestro medio ambiente está muy integrado. No está dominado únicamente por rocas, agua o aire. En cambio, se caracteriza por interacciones continuas entre ellas a medida que el aire entra en contacto con las rocas, las rocas con el agua y el agua con el aire. Además, la biosfera, que constituye la totalidad de vida vegetal y animal sobre nuestro planeta. Interacciona con cada uno de los tres reinos físicos y es una parte igualmente integrada del planeta . Así, se puede pensar que la Tiene está formada por cuatro esferas principales:

la hidrosfera, la ionósfera, la Tierra sólida y la biosfera.

Las interacciones ent¡e l¡s cuaoo esferas de la Tierra son incalculables. La línea de costa es un lugar obvio de encuentro entre las rocas, el agua y el aire. Las olas oceánicas. que se forman por el arrastre de aire que se mueve sobre el mar, se rompen contra le costa rocosa. La fuerza del agua puede ser poderosa y el trabajo de erosión que se lleva e cabo, importante.

Hidrosfera

A la Tierra se le llama a veces el planeta azul. El agua, más que cualquier otra cosa, hace que la Tierra sea única. La hidrosfera es una masa de agua dinámica que esta en movimiento continuo, evaporándose de los océanos a la atmósfera, precipitándose sobre la Tierra y volviendo de nuevo al océano por medio de los ríos. El océano global es, por supuesto, el rasgo más destacado de la hidrosfera: cubre casi el 71 por ciento de la superficie terrestre hasta una profundidad media de unos 3.800 menos y representa alrededor del 97 por ciento del agua de la Tierra. Sin embargo,

la hidrosfera incluye también el agua dulce que se encuenta en los torrentes, lagos y glaciares. Además, el agua es un componente importante de todos los seres vivos.

Aunque estas últimas fuentes constituyen tan sólo una diminuta fracción del total. son mucho más importantes de lo que indica su escaso porcentaje. Además de proporcionar el agua dulce, tan vital para la vida en la Tierra, los torrentes, glaciares y ,aguas subterráneas son responsables de esculpir y crear muchos de los variados paisajes de nuestro planeta.

Extracto :"Ciencias de la Tierra 8 Edicion – Una Introducción a la Geología Física.  Edward J. Tarbuck, Frederick K. Lutgens".

Atmósfera

La Tierra esta rodeada de una capa gaseosa denominada atmósfera. En comparación con la Tierra sólida, la atmósfera es delgada y tenue. Lá mitad se encuentra por debajo de una altitud de 5,6 kilómetros y el 90 por ciento ocupa una franja de tan sólo l6 kilómetros desde la superficie de la tierra. En comparación, el radio de la Tierra sólida (distancia desde la superficie hasta el centro) es de unos 6.400 kilómetros. Apesar de sus modestas dimensiones, este delgado manto de aire es una parte integral del planeta. No sólo proporciona el aire que respiramos, sino que también nos protege del intenso calor solar y de las peligrosas radiaciones ultravioletas. Los intercambios de energía que se producen de manera continua entre la atmósfera y la superficie de la tierra y entre la atmósfera y el espacio, producen los efectos que denominamos tiempo y clima.

Si, como la Luna, la Tierra no tuviera atmósfera, nuestro planeta no sólo carecería de vida, sino que, además, no actuarían muchos de los procesos e interacciones que hacen de la superficie un lugar tan dinámico. Sin la meteorización y la erosión , la faz de nuestro planeta se parecería mucho a la superficie lunar, que no ha cambiado apreciablemente en casi tres mil millones de años de historia.

Extracto :"Ciencias de la Tierra 8 Edicion – Una Introducción a la Geología Física.  Edward J. Tarbuck, Frederick K. Lutgens".

Biosfera.

Debajo de la atmósfera y los océanos se encuentra la tierra sólida. Gran parte de nuestro estudio de la Tierra sólida se concentra en los accidentes geográficos superficiales más accesibles. Por fortuna, muchos de estos accidentes representan las expresiones externas del comportamiento dinámico de los materiales que se encuentran debajo de la superficie. Examinando los rasgos superficiales más destacados y su extensión global, podemos obtener pistas para explicar los procesos dinámicos que han conformado nuestro planeta.

Extracto :"Ciencias de la Tierra 8 Edicion – Una Introducción a la Geología Física.  Edward J. Tarbuck, Frederick K. Lutgens".

Tierra Sólida

Debajao de la atmósfera y los océanos se encuentra la Tierra sólida. Gran parte de nuestro estudio de la Tierra sólida se concentra en los los accidentes geográficos superficiales más accessibles. Por fortuna, mucho de estos accidentes  representan las expresiones externas del comportamiento dinámico  de los materiales que se encuentran debajo de la superficie. Examinando los rasgos superficiales más destacados y su extensión global, podemos obtener  pistas para explicar los procesos dinámicos  que han conformado nuestro planeta.

Extracto :"Ciencias de la Tierra 8 Edicion – Una Introducción a la Geología Física.  Edward J. Tarbuck, Frederick K. Lutgens".

La Tierracomo un Sistema.

Cualquiera que estudie la Tierra aprende pronto como nuestro planeta es un cuerpo dinámico con muchas partes o esferas separadas pero interactuantes. La hidrosfera, la atmósfera, la biosfera, la tierra sólida y todos sus componentes pueden estudiarse por separado,. Sin embargo, las partes no están aisladas. Cada una se relaciona de alguna manera con las otras para producir un todo complejo y continuamente interactuante que denominamos sistema Tierra.

La ciencia del Sistema Tierra

Un ejemplo sencillo de las interacciones entre distintas partes del sistema Tierra tiene lugar cada invierno, cuando la humedad se evapora del océano pacífico y cae después en forma de lluvia en las colinas del sur de California, provocando deslizamientos destructivos. Los procesos que mueven el agua desde la hidrosfera hacia la atmósfera y luego hacia la Tierra sólida tienen un profundo impacto en las plantas y los animales (incluidos los seres humanos) que habitan las regiones afectadas.

Los científicos han reconocido que para comprender mejor nuestro planeta, debemos aprender cómo están interconectados sus componentes (tierra, agua, aire y formas de vida). Esta tentativa, denominada ciencia del sistema Tierra, tiene el objetivo de estudiar la Tierra como un sistema compuesto por numerosas partes interactuantes o subsistemas. Mediante un enfoque interdisciplinario, quienes practican la ciencia del sistema Tierra intentan alcanzar el nivel de comprensión necesario para entender y resolver muchos de nuestros problemas ambientales globales.

¿Qué es un sistema? Muchos de nosotros oímos y utilizamos el término sistema a menudo. Quizá atendamos al sistema de enfriamiento de nuestro coche, hagamos uso del sistema de transporte de la ciudad y participemos en el sistema político. Una noticia quizá nos informe de la aproximación de un sistema meteorológico. Además, sabemos que la Tierra es tan sólo una pequeña parte de un gran sistema conocido como Sistema Solar y que, a su vez, es un subsistema de un sistema todavía mayor llamado VíaLáctea.

Una definición poco precisa de sistema podría ser la de un grupo, de cualquier tamaño, de partes interactuantes que forman un todo complejo. La mayoría de los sistemas naturales pueden funcionar gracias a fuentes de energía que desplazan la materia o la energía de un lugar a otro. Una analogía simple es un sistema de enfriamiento de un coche, que contiene un líquido (habitualmente agua y anticongelante) que sale del motor hacia el radiador y vuelve. El papel de este sistema es transferir el calor generado por combustión en el motor al radiador, donde el aire en movimiento lo hace salir del vehículo. De ahí el término sistema de enfriamiento.

Los sistemas como el de enfriamiento de un coche son autónomos con respecto a la materia y se denominan sistemas cerrados. Aunque la energía se desplaza libremente dentro y fuera de un sistema cerrado, no entra ni sale materia (líquido en el caso de nuestro sistema de enfriamiento de un coche) del sistema. (En el supuesto de que no haya una fuga en el radiador.) Por el contrario, la mayoría de los sistemas naturales son sistemas abiertos y son mucho más complicados que el ejemplo anterior. En un sistema abierto, tanto la energía como la materia fluyen hacia dentro y hacia fuera del sistema. En un sistema meteorológico como un huracán, factores como la cantidad de vapor de agua disponible para h formación de nubes, la cantidad de calor liberado por el vapor de agua que se condensa y la corriente de aire que entra y sale de la tormenta pueden fluctuar mucho. En ocasiones la tormenta puede fortalecerse; en otras ocasiones puede permanecer estable o debilitarse.

Mecanismos de realimentación. La mayoría de los sistemas naturales tiene mecanismos que tienden a intensificar el cambio, así como otros mecanismos que tienden a resistirlo y, de este modo, estabilizar el sistema. Por ejemplo, cuando tenemos demasiado calor' transpiramos para enfriarnos. Este fenómeno de enfriamiento sirve para estabilizar nuestra temperatura corporal y se denomina mecanismo de realimentación negativa. Los mecanismos de realimentación negativa sirven para mantener el sistema tal como es o, en otras palabras, para mantener el status quo. Por el contrario, los mecanismos que intensifican o impulsan el cambio se denominan mecanismos de realimentación positiva.

La mayoría de los sistemas terrestres, en especial el sistema climático, contienen una amplia variedad de mecanismos de realimentación negativa y positiva. Por ejemplo, pruebas científicas sustanciales indican que la Tierra ha entrado en un período de calentamiento global. Una consecuencia del calentamiento global es que algunos de los glaciares y los casquetes polares han empezado a fundirse. Las superficies cubiertas por nieve o hielo, muy reflectantes, están siendo sustituidas de una manera gradual por suelos marrones, árboles verdes u océanos azules, todos ellos más oscuros, de modo que absorben más luz solar. El resultado es una realimentación positiva que contribuye al calentamiento.

Por otro lado, un aumento de la temperatura global también provoca un incremento de la evaporación del agua de la superficie continental y oceánict de la Tierra. Un resultado de la existencia de más vapor de agua en el aire es el aumento del espesor de las nubes. Como la parte superior de las nubes es blanca y reflectante, una mayor cantidad de luz solar se refleja de nuevo hacia el espacio, con lo cual se reduce la cantidad de luz solar que llega a la superficie terrestre y las temperaturas globales disminuyen. Además, las temperaturas más cálidas tienden a fomentar el crecimiento de la vegetación. Las plantas, a su vez, toman el dióxido de carbono (CO₂) del aire. Como el dióxido de carbono es uno de los gases invernadero de la atmósfera, su eliminación tiene un impacto negativo en el calentamiento global*.

Además de los procesos naturales, debemos considerar el factor humano. La tala y el desbroce extensivos

de las selvas y la quema de los combustibles fósiles (petróleo, gas natural y carbón) provocan un aumento del CO₂ Atmosférico. Esta actividad parece haber contribuido al aumento de le temperatura global que nuestro planeta está experimentado. Una de las tareas abrumadoras de lo. científicos del sistema Tierra es predecir cómo será el clima en el futuro teniendo en cuenta muchas variables: los cambios tecnológicos, las tendencias de la población y el impacto general de numerosos mecanismos de alimentación positiva y negativa.

* Los gases invernadero absorben la energía calorífica emitida por le Tierra y de este modo ayudan a mantener la atmósfera cálida.