![La ecosfera. La litosfera 13
METEORIZACIÓN. Reacción de las rocas con la atmósfera e hidrosfera
100 kg de rocas + 15,5 kg de CO2 O2 H2 O 113 kg minerales + 2,5 kg de sales
CO2 + H2 O - ↔ H+ + HCO3 - ↔ H2 CO3
Rocas ígneas + H2 CO3 + H2 O → Cationes (Na, K, Ca, Al, Mg, Fe, Mg) + Sílice + Arcilla + HCO3 -
CaCO3 + H2 CO3 → Ca++ + 2 HCO3 -
4 FeS2 + 8 H2 O + 15 O2 → 2 Fe2 O3 + 16 H+ + 8 SO4 =
Ca5 (PO4 )3 OH + 4 H2 CO3 → 5 Ca ++ + 3 HPO4 = + 4 HCO3 - + H2 O
Los productos de todas estas reacciones (cationes, P etc.) son fuente de materiales para
la biosfera. Nótese la ausencia de N.
Factores que controlan la meteorización
Meteorización y clima
(Schlesinger, 2000)
Meteorización y actividad biológica (Schlesinger 2000). La respiración del suelo
incrementa la [`CO2 ] y por ello la meteorización. Además, lo ácidos orgánicos que
desprenden plantas y microorganismos atacan a los silicatos y enzimas que meteorizan
los fosfatos. A mayor actividad biológica, estimada a través de la ETP (que se
correlaciona positivamente con la biomasa y PPN), mayor es la [`CO2 ] en el suelo.
Mayor es la meteorización.
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11.%20 litosfera
- 1. La ecosfera. La litosfera 1 11. La Litosfera Estructura de la litosfera. Partes que la forman: corteza continental, corteza oceánica. Manto superior. Astenosfera. Características. Estructura. Isostasia. Composición química de la litosfera. Minerales y rocas. Rocas ígneas y sedimentarias. Dinámica de la litosfera: Movimientos ligados a la dinámica interna de la tierra: tectónica de placas. Fuentes energéticas. Movimiento de las placas a lo largo de la historia de la tierra. El ciclo supercontinental. Efecto de la disposición de tierras y mares sobre la dinámica de las envolturas fluidas del planeta. La corteza continental: dinámica relacionada con la tectónica de placas. Dinámica relacionada con la erosión y la isostasia. Interacciones con el clima. Bucles de realimentación. El ciclo litosférico. Transformaciones químicas de los materiales terrestres. Meteorización. Transporte. Sedimentación. Metamorfismo y fusión. Emisiones de volátiles. Fabricación de nueva corteza. Emisión de volátiles. Vulcanismo y su efecto sobre el clima. Relación con el ciclo supercontinental. El ciclo geoquímico del C. Lecturas recomendadas Dinámica terrestre . Investigación y Ciencia. Temas 20. Berner, R.A. & Lasaga, A.C. Modelización del ciclo geoquímico del C. La atmósfera. Investigación y Ciencia. Temas 12. Pp 87 – 95. Schlesinger, W. H. (2000). Biogeoquímica. Ariel. Cap. 4. Strahler, A. N & Strahler, A. H. (1989). Geografía física. Omega. Caps 12, 13, inicio 17. Martín Chivelet, J. (1999). Cambios climáticos. Ediciones libertarias. Cap. 11. Cuestiones 1. Por el borde convergente de la placa arábica ha subducido el golfo pérsico y todos sus yacimientos petrolíferos. ¿Qué consecuencias cree que puede tener esto sobre el balance de radiación de la tierra?. 2. Dentro de muchos millones de años la energía procedente de la desintegración radiactiva se agotará. ¿Qué consecuencias tendrá sobre el funcionamiento de la ecosfera?. 3. Haga un esquema de los efectos que tiene la tectónica de placas sobre el balance de radiación de la tierra. En que aspectos del balance de radiación incide la litosfera. De que manera les afecta. A que escala temporal actúan. 4. Haga un esquema de cómo esperaría que cambie el clima en relación con el ciclo supercontinental. 5. La actividad humana incrementa el C en la atmósfera quemando materia orgánica y fabricando cemento. Según el IPCC esto está cambiando el clima y la sociedad lo percibe como “malo para la naturaleza”. Ponga estos cambios asociados al hombre en el contexto del ciclo geoquímico del C. Desde esta perspectiva, la actividad humana ¿ es “buena” o “mala” para la naturaleza”?. ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
- 2. La ecosfera. La litosfera 2 Estructura vertical de la litosfera (Strahler & Strahler, 1989 pag 222). La litosfera es sólida y rígida, y está compuesta por dos capas: la corteza y el manto superior. Reposa sobre otra capa del manto, la astenosfera, que está muy caliente y es plástica. El límite entre la corteza y el manto es nítido (discontinuidad de Mohorovicic o Moho) y corresponde a un cambio brusco en composición química. El manto está formado por rocas ultramáficas, muy densas (3,3 g/cm .3 ), mientras que la corteza está formada por rocas máficas (basaltos, 3 g/cm3 ) y félsicas (granitos, 2,7 g/cm3 ). Se pueden distinguir dos tipos de corteza, oceánica y continental, que difieren entre sí en densidad, grosor composición química y duración. La corteza oceánica es basáltica, más densa, tiene un grosor medio de 10 km y se extiende bajo los fondos oceánicos. No dura mas de 200 millones de años. La corteza continental es más heterogénea, con rocas sedimentarias, ígneas y metamórficas, tiene un grosor de hasta 70 km y se extiende por los continentes y plataformas continentales. Su edad va de 0 a 3800 millones de años. En la parte más externa de la litosfera están los sedimentos, rocas menos densas que son el resultado de la interacción de la litosfera con los otros subsistemas (atmósfera, hidrosfera y biosfera). Limite entre la litosfera y la astenosfera en un corte vertical exagerado verticalmente (arriba) y otro sin exagerar (abajo). El límite no es abrupto, sino un gradiente de temperatura. Se considera que el límite está en los 1300 ºC (Molnar, 2000). ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
- 3. La ecosfera. La litosfera 3 Distribución de la superficie de la litosfera por zonas de altitud en %. La corteza continental ocupa las zonas más elevadas: las tierras emergidas y las plataformas continentales del océano, alrededor del 45% de la superficie total. El límite entre la corteza continental y oceánica está mal definida al estar cubierta de sedimentos. ISOSTASIA La corteza, menos densa y rígida, se apoya en la astenosfera, más densa y elástica. La litosfera “flota” sobre la astenosfera. Modelo de Airy Modelo de Veinig-Meinesz Si la litosfera es muy gruesa la compensación isostática es regional. Toda la región se comba como un tablón con un peso encima (Molnar 2000) Excepción a la compensación isostática: Si la astenosfera está muy caliente tiende a subir, levantando la litosfera (Burchfiel 2000) ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
- 4. La ecosfera. La litosfera 4 Composición química Rocas Igneas: Solidificación de magma procedente del interior de la tierra. La densidad aumenta al descender porque disminuye el Si y aumentan átomos mas pesados. Los más ligeros solidifican a temperaturas más bajas. (Strahler & Strahler, 1989) Al Mg Rocas sedimentarias: interacción de rocas ígneas con las envolturas fluidas. Clásticas No clásticas Transformación física: troceado Transformación química: minerales de Transformación química: arcillas nueva creación en superficie Sedimentos piroclásticos : material de Calcita: Ca CO3 erupciones volcánicas Dolomía: CaMg (CO3 )2 Sedimentos detríticos : disgregación de Anhidrita: Ca SO4 rocas: Yeso: Ca SO4 – 2 H2 O Conglomerados (trozos > 2 mm) Halita: NaCl Areniscas (trozos 2-0,2 mm) Hematites: Fe2 O3 Esquistos-pizarras (trozos < 0,2 mm) Calcedonia: SiO 2 Carbón, Petróleo, Gas: CH2 O Creta: esqueletos organismos De Strahler & Strahler (1989). ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
- 5. La ecosfera. La litosfera 5 Dinámica de la litosfera Entre la superficie y el interior de la tierra existe un gradiente de temperatura paralelo y con el mismo sentido que la gravedad. Se establecen celdas convectivas que mezclan los materiales del manto. Esto es posible porque las rocas están fundidas y son plásticas. Estas celdas convectivas mueven la litosfera, que flota sobre el manto, y que es rígida y está dividida en placas independientes.(Siever 2000). G Tª Roca Roca caliente fría Roca Roca caliente fría Transformaciones energéticas en el interior de la tierra. (Strahler &Strahler 1989. Pag 245). La energía que mueve todo el sistema proviene de la descomposición radiactiva de los materiales terrestres. Es un sistema que decae, ya que cuando todos los elementos radiactivos se descompongan la emisión de energía cesará y el sistema se parará. ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
- 6. La ecosfera. La litosfera 6 Principales placas litosféricas y sus límites (Francheteau 2000) Borde divergente Borde convergente Falla transformante Movimiento Tectónica de placas (Martín Chivelet, 1999) ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
- 7. La ecosfera. La litosfera 7 Los movimientos de las placas litosféricas da lugar a cambios en la posición de continentes y océanos en el tiempo: Deriva continental (Siever 2000). Proterozoico Carbonífero Véndico Jurásico Ordovícico Cretácico Devónico Holoceno La posición relativa de tierras y mares afecta a la circulación oceánica y al albedo terrestre, y como consecuencia, al clima. La glaciación del Proterozoico se puede explicar en parte por la posición ecuatorial de los continentes, que incrementa el albedo de la tierra. Si estos se cubren de hielo el albedo incrementa sustancialmente. ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
- 8. La ecosfera. La litosfera 8 ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
- 9. La ecosfera. La litosfera 9 El movimiento de la corteza terrestre sigue un comportamiento ordenado: cada 500 millones de años aproximadamente la corteza continental se congrega en un supercontinente, que posteriormente se disgrega, para volver a reunirse al cabo del tiempo. (Murphy & Nance 2000). ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
- 10. La ecosfera. La litosfera 10 Dinámica de la corteza continental La corteza continental ha crecido a lo largo de la historia de la tierra. Como no subduce, por ser demasiado ligera, se acumula. La corteza crece por la adición de nuevos materiales procedentes de las rocas que subducen bajo la corteza continental, por materiales calientes procedentes del manto que se abren paso a través de los continentes y por la adición de arcos volcánicos o fondos marinos que chocan con los continentes por la acción de la tectónica de placas. (Tailor & McLennan 2000). El crecimiento no es continuo, sino episódico, y esto se relaciona con el ciclo supercontinental. Cuando el supercontinente ha llegado a su máxima dispersión la corteza oceánica alcanza su máximo envejecimiento y, por consiguiente, tiene las mayores posibilidades de formar nueva corteza continental una vez que subduzca. Cuando los continentes convergen de nuevo parte de la corteza oceánica pasa a ser corteza continental con el plegamiento. La corteza continental es rugosa, con altitudes muy variadas. Los materiales a mayor altitud tienden a caer por acción de la gravedad, almacenándose en las zonas bajas. La interacción con la atmósfera e hidrosfera aceleran la caída de los materiales, pues favorecen la disgregación y transporte. Las montañas, al perder materiales pierden peso, y por efecto de la isostasia tienden a levantarse. Las zonas donde se acumulan los sedimentos ganan peso, y tienden a hundirse. Esto genera un reciclado de los materiales de la corteza. (Strahler & Strahler, 1989). ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
- 11. La ecosfera. La litosfera 11 El ciclo levantamiento- erosión – sedimentación interactúa con la atmósfera y la biosfera (vegetación). Da lugar a bucles de realimentación de diferente signo que actúan a tiempos diferentes, y cuyo resultado puede dar lugar a comportamientos complejos. Sombra de lluvia Fuerzas - tectónicas + Vegetación + lluvia + + + + + - - + - ALTITUD - - Elevación + Erosión - + Peso En los últimos 40 millones de años se ha asistido a un progresivo enfriamiento de la tierra, junto a un periodo tectónico especialmente activo que ha formado muchas montañas. ¿Cuál es la causa y cual el efecto?. Incremento de la orogénesis por tectónica de placas + altitud media de los - continentes + erosión y transporte glaciares de montaña + + + precipitación albedo + temperatura - Modificación de la circulación de las envolturas fluidas por tectónica de placas ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
- 12. La ecosfera. La litosfera 12 CAMBIOS QUÍMICOS EN LA LITOSFERA. EL CICLO LITOLÓGICO. Ciclo litológico. Propuesto por Hutton hace casi 200 años. Los movimientos verticales de los materiales en la litosfera continental van acompañados de cambios en propiedades físicas y composición química. (Siever 2000). CAMBIOS QUÍMICOS ASOCIADOS AL CICLO LITOLÓGICO. § Meteorización. Reacción de las rocas con la atmósfera e hidrosfera. Cambios en composición química § Erosión y transporte. Desplazamiento de materiales § Sedimentación. Acumulación de materiales § Metamorfismo y fusión. Cambios en composición química. Expulsión de gases. ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
- 13. La ecosfera. La litosfera 13 METEORIZACIÓN. Reacción de las rocas con la atmósfera e hidrosfera 100 kg de rocas + 15,5 kg de CO2 O2 H2 O 113 kg minerales + 2,5 kg de sales CO2 + H2 O - ↔ H+ + HCO3 - ↔ H2 CO3 Rocas ígneas + H2 CO3 + H2 O → Cationes (Na, K, Ca, Al, Mg, Fe, Mg) + Sílice + Arcilla + HCO3 - CaCO3 + H2 CO3 → Ca++ + 2 HCO3 - 4 FeS2 + 8 H2 O + 15 O2 → 2 Fe2 O3 + 16 H+ + 8 SO4 = Ca5 (PO4 )3 OH + 4 H2 CO3 → 5 Ca ++ + 3 HPO4 = + 4 HCO3 - + H2 O Los productos de todas estas reacciones (cationes, P etc.) son fuente de materiales para la biosfera. Nótese la ausencia de N. Factores que controlan la meteorización Meteorización y clima (Schlesinger, 2000) Meteorización y actividad biológica (Schlesinger 2000). La respiración del suelo incrementa la [`CO2 ] y por ello la meteorización. Además, lo ácidos orgánicos que desprenden plantas y microorganismos atacan a los silicatos y enzimas que meteorizan los fosfatos. A mayor actividad biológica, estimada a través de la ETP (que se correlaciona positivamente con la biomasa y PPN), mayor es la [`CO2 ] en el suelo. Mayor es la meteorización. ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
- 14. La ecosfera. La litosfera 14 La relación que mantiene la biosfera con la litosfera a través de la meteorización es una relación crecimiento-colapso, cuyo colapso está muy retardado (escala de tiempo geológico) por el reciclado de nutrientes a través de la necrosfera. La erosión puede mantener el sistema en crecimiento al permitir una “entrada” continua de rocas, pero la biosfera limita la erosión al retener materiales con las raíces. Erosión Producción Biosfera + + meteorización Erosión Rocas nutrientes EROSION Y TRANSPORTE La biosfera evita la erosión. Se estima que antes de la invasión de los continentes por la biosfera la erosión mecánica podría ser 4 veces superior a la actual. Perdida anual de materiales de lo continentes Schlesinger 2000. ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
- 15. La ecosfera. La litosfera 15 SEDIMENTACIÓN. Rocas sedimentarias: Clasticas No clasticas Transformación física: troceado Transformación química: minerales de Transformación química: arcillas nueva creación en superficie Sedimentos piroclásticos : material de Calcita: Ca CO3 erupciones volcánicas Dolomía: CaMg (CO3 )2 Sedimentos detríticos : disgregación de Anhidrita: Ca SO4 rocas: Yeso: Ca SO4 – 2 H2 O Conglomerados (trozos > 2 mm) Halita: NaCl Areniscas (trozos 2-0,2 mm) Hematites: Fe2 O3 Esquistos-pizarras (trozos < 0,2 mm) Calcedonia: SiO 2 Carbón, Petróleo, Gas: CH2 O Creta: esqueletos organismos Los materiales producto de la meteorización reaccionan entre sí y precipitan, formando las rocas no clasticas. La sedimentación se produce fundamentalmente sobre la plataforma continental. Solo un pequeño porcentaje de los sedimentos pasan a las cuencas oceánicas profundas (litosfera oceánica). FUSIÓN Y METAMORFISMO. En las condiciones de alta presión y temperatura de la parte profunda de la litosfera los materiales sedimentarios reaccionan entre sí, dando de nuevo rocas ígneas. CO3 Ca, Mg + Sílice → Silicatos + CO2 Los elementos volátiles vuelven a la superficie por los volcanes, completándose el ciclo. VOLCANES Emisión de Kudryavy Nevado de Ruiz, Kamchatka volátiles Rusia Colombia Rusia Unidades % moles % peso % volumen H2 O 95,0 94,9 78,6 H2 0,56 3,01 CO2 2,0 2,9 4,9 SO2 1,3 2,7 0,03 SH2 0,4 0,8 0,2 ClH 0,4 0,005 0,6 N2 0,2 11,9 NH3 0,1 O2 0,003 0,01 CH4 0,002 0,4 Composición de gases volcánicos en % de peso. Schlesinger 2000. ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
- 16. La ecosfera. La litosfera 16 FORMACIÓN DE NUEVA CORTEZA. La solidificación de los materiales del manto que crean nueva corteza oceánica da lugar a cambios químicos y a la emisión de volátiles. Material del manto → Basalto + gases Gases volátiles de los magmas en % en peso(Strahler & Strahler 1989 pag 210) Compuesto Gases de los volcanes Volátiles en la atmósfera e Mauna Loa y Kilaunea hidrosfera Agua H2 O 60 93 Carbono CO2 24 5,1 Azufre S2 13 0,13 Nitrógeno N2 5,7 0,24 Argón A 0,3 Indicios Cloro Cl2 0,1 1,7 Hidrogeno H2 0,004 0,07 Estos volátiles son el origen de la atmósfera e hidrosfera actual. Los que faltan están en los sedimentos de la litosfera. Las erupciones volcánicas son episódicas y producen un fuerte impacto sobre el clima. El impacto es a corto plazo (dias-años). Periodos con actividad volcánica continuada pueden tener efectos a mas largo plazo. Los volcanes emiten grandes cantidades de CO2 , gas invernadero, por lo que una actividad volcánica continuada puede incrementar la temperatura de la superficie terrestre. El calentamiento en el mesozoico se asocia a la disgregación de Pangea. La apertura de un océano implica la activación de la formación de corteza oceánica, incrementándose la emisión de CO2 en las nuevas dorsales. La salida del C a la atmósfera está condicionada por la mezcla oceánica. Si el océano no se mezcla el CO2 se acumula en el océano y sale de repente cuando la mezcla se produce. Se ha propuesto como hipótesis para explicar la extinción a finales del Cretácico. ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
- 17. La ecosfera. La litosfera 17 RELACIÓN ENTRE LA DINÁMICA DE LA LITOSFERA Y EL CO2 Disgregación supercontinente → actividad magmática oceánica ↑ → CO2 ↑ Máxima disgregación → Subducción ↑ → CO2 ↑ Formación de supercontinente → Nueva roca para erosionar → CO2 ↓ CICLO GEOQUÍMICO DEL C (Berner & Lasaga) El ciclo litológico controla el balance de radiación de la tierra a través del reciclaje del C, que es un gas invernadero ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
- 18. La ecosfera. La litosfera 18 ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés
- 19. La ecosfera. La litosfera 19 ECOLOGIA DE SISTEMAS 2001/2 Rocío Fernández Alés