Módulo II (Tercera parte)

La corteza de la tierra es considerada como la capa sólida de nuestro planeta, en la cual se puede encontrar tres tipos de rocas, a saber: ígneas, sedimentarias y metamórficas. A su vez, está cubierta rocosa posee características distintivas que la dividen en dos tipos de corteza, una granítica o continental y otra basáltica u oceánica.

Las rocas pueden ser clasificadas en tres grandes grupos: rocas sedimentarias, rocas ígneas y rocas metamórficas.

1. Rocas sedimentarias Rocas originadas por el transporte y deposición de materiales como consecuencia de la acción del viento, el agua, el hielo o depositadas químicamente a partir de un fluido acuoso. También se incluyen en esta definición la acumulación de materiales inorgánicos como caparazones secretados por organismos. Las rocas sedimentarias se dividen a su vez en detríticas y no detríticas.

1.1. Rocas sedimentarias detríticas Son las formadas a partir de la sedimentación de fragmentos de otras rocas después de una fase de transporte. La clasificación de estas rocas se basa en los tamaños y la forma de los fragmentos que las componen. Así las rocas con fragmentos grandes (mayores de 2mm) y redondeados son los conglomerados, mientras que si son angulosos se llaman brechas. Cuando los fragmentos están sueltos son sedimentos que se denominan gravas.

Las areniscas poseen granos de tamaño intermedio (entre 0.06 y 2 mm) visibles a simple vista o con microscopio óptico y los limos y arcillas presentan un tamaño de grano muy pequeño (inferiores a 0.06 mm), sólo visibles con microscopios electrónicos.

1.2. Rocas sedimentarías no detríticas Son formadas a partir de la precipitación de determinados compuestos químicos en soluciones acuosas o bien por acumulación de substancias de origen orgánico.

AGUAS SUBTERRÁNEAS. ZENOTE

Un tipo muy común es la roca caliza, formada en su mayor parte por la precipitación de carbonato cálcico o por la acumulación de fragmentos esqueléticos (corales, gasterópodos, ostrácodos, etc.). En estas rocas es frecuente observar la presencia de estos restos que constituyen los fósiles.

Una variedad de caliza es la toba calcárea, muy porosa y con abundantes restos vegetales que se origina en los ríos cuando el carbonato de calcio precipita sobre la vegetación. Las dolomías es otro tipo de roca que se diferencia de la anterior por tener en su composición química, además de carbonato y calcio, un porcentaje alto de magnesio. Cuando se produce la acumulación de restos de caparazones de organismos que construyen sus caparazones con sílice, como son las diatomeas, o por precipitación de la sílice que lleva el agua, se genera el sílex.

Otro tipo de rocas son las rocas evaporíticas que se generan por evaporación de aguas en medios marinos y lagunares. La roca más importante de este tipo son los yesos, rocas originadas por la precipitación de sulfato cálcico.

Los carbones y petróleos son rocas sedimentarias no detríticas llamadas organógenas ya que se originan a partir de la acumulación de restos de materia orgánica. Los carbones proceden de restos vegetales y el petróleo procede del plancton marino. Poseen un enorme interés económico dado su poder calorífico y de creación de energía por su combustión.

2. Rocas ígneas Son rocas generadas por el enfriamiento de una masa líquida de composición silicatada que procede del interior de la Tierra. Esta masa fundida se encuentra a altas temperaturas. Cuando se enfría y solidifica durante su ascenso hacia la superficie de la Tierra, en zonas cercanas a la superficie (corteza terrestre) da lugar a las rocas plutónicas, mientras que cuando se enfría y solidifica en la superficie da lugar a las rocas volcánicas.

2.1. Rocas plutónicas Las rocas plutónicas se originan bajo la superficie terrestre y Las rocas plutónicas se originan bajo la superficie terrestre y por tanto, al estar sometidas a grandes presiones, sus minerales crecen muy unidos, formando rocas densas no porosas. Su enfriamiento es muy lento por lo que los cristales de los minerales que las forman pueden ser relativamente grandes. En algunas ocasiones se pueden apreciar a simple vista.

Los granitos son las rocas plutónicas más comunes. Están compuestos por una mezcla de los minerales cuarzo, feldespato y mica. Calizas Tobas calcáreas Caliza con fósiles.

El gabro es otra roca plutónica común, se reconoce por la ausencia de cuarzo y sus tonos oscuros. Las rocas plutónicas y principalmente las graníticas tienen una importante producción en España para la construcción. Dado su buen comportamiento se utilizan para la estructura y revestimiento de las fachadas y la pavimentación interior y exterior de los edificios, así como en la fabricación de encimeras de cocinas y baños. También tienen un importante uso en la industria funeraria.

2.2. Rocas volcánicas Se originan cuando los magmas salen al exterior de la superficie de la Tierra, dando lugar a la lava de los volcanes, y se enfrían en la superficie terrestre a temperaturas y presiones bajas. El resultado son rocas constituidas por una masa de cristales de pequeño tamaño o bien materia amorfa sin cristalizar (vidrio). En ocasiones se pueden distinguir algunos minerales rodeados de una masa microcristalina o amorfa. Es común clasificar las rocas volcánicas en función de su composición química.

Una roca muy frecuente y fácil de reconocer por sus tonos oscuros es el basalto. La riolita, por el contrario, presenta tonos claros.

La piedra pómez o pumita tiene una composición muy similar a la riolita pero tiene una alta porosidad que la hace particularmente “esponjosa” (es tan ligera que flota en el agua). Por sus características es utilizada en la industria como elemento filtrante y absorbente, en cosmética, y como polvos abrasivos para limpieza y pulido de piezas. Se utiliza en agricultura como aireador y por su capacidad de retener el agua durante bastante tiempo.

El vidrio volcánico se llama obsidiana y se podría decir que es una roca volcánica. Tiene color oscuro y un brillo vítreo característico. Se utiliza para joyería y adornos. En el pasado se utilizaba para puntas de flechas y lanzas, con un uso similar al del sílex

3. Rocas metamórficas Las rocas metamórficas se generan a partir de rocas prexistentes que, como consecuencia de sufrir un aumento importante de temperatura y de presión por procesos geológicos (enterramiento, intrusión de magmas, etc.), sufren reajustes. Este reajuste ocasiona cambios en sus minerales y composición química de forma que la roca original (sedimentaria, ígnea o metamórfica) se transforma en un nuevo tipo que llamamos roca metamórfica. El proceso metamórfico se realiza en estado sólido, es decir, las transformaciones se producen sin que la roca llegue a fundirse. La mayoría de las rocas metamórficas se caracterizan por un aplastamiento general de sus minerales que hace que aparezcan orientados de forma plana dando lugar a una laminación de la roca. Este fenómeno se denomina foliación. Las pizarras proceden de arcillas que han sufrido un incremento bajo de temperatura y presión por enterramiento. Presentan una estructura foliada que se denomina pizarrosidad (foliación muy recta, paralela y muy fina). Generalmente son oscuras y con frecuencia contienen fósiles. Son utilizadas en placas para techar en construcción, así como para revestimiento de paredes y suelos en viviendas.

Los esquistos son rocas que han sufrido un metamorfismo más intenso. Presentan una estructura foliada más deformada que se denomina esquistosidad. Los fósiles que pudiera tener la roca original desaparecen durante el proceso metamórfico. El gneis es una roca que ha sufrido un metamorfismo muy intenso. Sus principales minerales son el cuarzo, los feldespatos y las micas (como el granito) pero se presentan orientados en bandas claras y oscuras.

El mármol es una roca metamórfica que procede de la transformación de rocas como la caliza y la dolomía por un incremento de la temperatura y presión. Presenta un aspecto cristalino característico. El mármol es una de las rocas o piedras ornamentales más apreciadas, ya que al ser pulida presenta unas características cromáticas y decorativas muy llamativas. Además, tiene unas propiedades de resistencia muy adecuadas para ser utilizada en construcción. La cuarcita procede del metamorfismo de areniscas muy ricas en cuarzo y se utiliza como árido en construcción constructiva y decorativa.

RECONOCIMIENTO DE ROCAS Para poder reconocer una roca, lo primero que tienes que saber es a cuál de los tres grandes grupos pertenece. Para ello, te proponemos las siguientes claves:

GRUPO A. ROCAS ÍGNEAS Aspecto granudo, poroso o vítreo. Nunca dispuesta en láminas. Roca homogénea con cristales pequeños incluidos en una pasta vítrea Roca heterogénea formada enteramente por cristales Color claro Color oscuro PUMITA OBSIDIANA BASALTO GRANITO GABRO • Poco pesada • Muy porosa • Flota en el agua • Ligera • Sin poros • Aspecto brillante • Con fractura típica de vidrio • Pesada • A veces con pequeños cristales visibles de olivino (verde o marrón) • Granos minerales visibles a simple vista • De colores claros • Compuesta por cristales grises, translúcidos de cuarzo asociados a feldespatos (blanco o rosa) y mica negra • Granos minerales visibles • Sólo minerales oscuros (gris, negro y verde).

GRUPO B. ROCAS METAMÓRFICAS Aspecto esquistoso (en láminas), en bandas de colores o rocas homogéneas de colores claros (gris o blanco), grano fino y no porosas.

GRUPO C. ROCAS SEDIMENTARIAS No cumple las condiciones anteriores. Con esquistosidad (láminas) Sin esquistosidad PIZARRA ESQUISTO GNEIS MÁRMOL CUARCITA • Roca oscura • Sin brillo o brillo mate • A veces puede contener fósiles • Roca brillante • A veces se pueden reconocer micas • Esquistosidad menos definidas que las anteriores • Alternancia de bandas claras y oscuras • Roca masiva sin estructura definida • Color blanco • Produce reacción con ácido clorhídrico • No raya el vidrio • Roca masiva sin estructura definida • Color blanco • No produce reacción con ácido clorhídrico • Raya el vidrio Formada por fragmentos (detrítica) Fragmentos imperceptibles Los fragmentos se ven a simple vista CONGLOMERADOS ARCILLA ARENISCA Pudingas Brechas • Si se acerca a los labios húmedos se adhiere ligeramente •

Desde el punto de vista litológico los materiales se clasifican de acuerdo con su génesis o formación, diferenciándose dos grupos de materiales diversos que son: la roca y el suelo.

Deben estudiarse las propiedades de cada tipo de roca, las características de sus discontinuidades y a su vez la interacción de las propiedades y discontinuidades dentro del conjunto.

Inicio del Ciclo Hidrológico

Cuenca Hidrológica e Hidrográfica

En ese sentido, es necesario tener un conocimiento básico de nuestras cuencas hidrológicas, como unidad mínima de gestión; para poder hacer una caracterización y diagnóstico del recurso hídrico, que permita establecer lineamientos a seguir para su protección, y que sirva de base a los usuarios del recurso y planificadores, para considerar su uso y disponibilidad en proyectos actuales y futuros.

Partes de la Cuenca

Fisiografía de Sonora

LA HIDROGEOLOGÍA EN EL CAMPO DE LAS CIENCIAS 

La hidrogeología es la ciencia que estudia las aguas subterráneas, trata de su origen y formación, así como de su movimiento y características físicas, químicas y biológicas.

A su vez, la geología condiciona el funcionamiento de los acuíferos, ya que las aguas subterráneas se mueven en el interior de estas formaciones geológicas.

La hidrogeología es una rama del conocimiento que se basa y utiliza el concurso de muchas y muy variadas disciplinas, una de las principales es la geología ya que son precisamente las formaciones geológicas las que constituyen el medio donde se almacena y se mueve el agua subterránea. Sin un conocimiento básico de ciertos aspectos de la geología es imposible un estudio de los recursos en aguas subterráneas y mucho menos su explotación racional.

 

Otras disciplinas son:

 

·  La hidroquímica que permite el conocimiento de las características químicas del agua que va a ser explotada, aspecto éste esencial tanto desde el punto de vista técnico como en lo que se relaciona con la utilización.

 

·  La mecánica de los fluidos para poder estudiar las leyes que rigen el movimiento de un fluido en un medio poroso.

 

·  La hidrología de superficie ya que los recursos superficiales están íntimamente relacionados con las aguas subterráneas.

 

·  La climatología para evaluar la precipitación y la evapotranspiración, factores esenciales desde el punto de vista cuantitativo, en particular en lo relativo a la recarga de los acuíferos.

 

·  La estadística, en particular con el desarrollo de nuevos métodos basados en variables aleatorias que permiten estimar los recursos en aguas subterráneas de una región dada.

 

 

BREVE RECUENTO HISTÓRICO DE LA HIDROGEOLOGÍA

 

Aunque teorías oscuras y míticas prevalecieron por miles de años, acerca del origen de fuentes y manantiales de aguas subterráneas, su utilización es conocida desde tiempos antiquísimos. En efecto, muchos siglos antes de nuestra era los pueblos del Oriente Medio construían obras de captación de dichas aguas y el uso de los pozos excavados desde la superficie estaba bastante generalizado.

 

Tolman (1933) reportó que los chinos construyeron pozos entubados en bambú, con profundidades de más de 1500 m, con diámetros de 2 a 10 m, que tomaban hasta tres generaciones para construirse. Se usaron muchos mecanismos para extraer agua de estos primitivos pozos, empleando la fuerza humana o la animal. Sin embargo, el sistema más notable de extraer agua subterránea, no requería ningún tipo de mecanismo: Los persas, 800 A.C., desarrollaron un sistema de extracción por medio de túneles y canales que drenaban por gravedad, llamados Kanats. Hay gran número de Kanats, aún funcionando que cubren regiones áridas del sudoeste de Asia y Afganistán. En Irán hay hoy en día aproximadamente 22000 kanats que suplen las 3/4 partes del total del agua usada en el país. P. Beaumont, en 1971, se refería al más largo de ellos, cerca de Zarand. Este tiene 29 km. de longitud y no menos de 966 pozos a lo largo de su recorrido; generalmente éstos son poco profundos, sin embargo se han encontrado algunos cuyas profundidades exceden los 250 m. Los caudales de estos pozos no sobrepasan los 100 m3/h.

 

No obstante lo anterior, fue sólo en el primer siglo de nuestra era cuando el arquitecto romano Marco Vitrubio expuso la primera teorización correcta e importante, determinando que el agua subterránea se originaba principalmente de la infiltración de las lluvias y de la nieve que se funde a través de la superficie y que dichas aguas aparecían luego nuevamente en las zonas bajas.

 

Durante la Edad Media y el Renacimiento no hubo avances significativos en los conceptos teóricos de la hidrogeología, a pesar de los importantes trabajo de Leonardo Da Vinci, reconocidos solamente siglo y medio más tarde.

HISTORIA DE LA MECÁNICA DE LOS FLUIDOS

 

NOMBRE	FECHA	APORTACIÓN A LA HIDRÁULICA
Arquímides	287  - 212 a.c.	Leyes de Flotación
Leonardo Da Vinci	1452 - 1519	Ecuación de Continuidad, configuración de flujos, diseño de máquinas hidráulicas
Torricelli	1608 -1647	Salida por un orificio. Relación entre la altura y la presión atmosférica.
Pascal	1623 - 1662	Ley de Pascal ( transmisiones y controles hidráulicos)
Newton	1642 - 1726	Ley de la viscosidad dinámica.
Bernouilli	1700 - 1782	Teorema de Bernouilli
Euler	1707 - 1783	El mayor genio de la hidrodinámica. Ecuaciones de movimiento.
DÁlembert	1717 - 1783	Ecuación diferencial de Continuidad
Chezy	1718 - 1798	Fórmula de Chezy de la velocidad media de la corriente en un canal
Lagrange	1736 - 1813	Función potencial y función de corriente
Venturi	1746 - 1822	Flujo en embocaduras y contracciones. Medidor de Venturi.
Furneyron	1802 - 1867	Diseño de primera turbina hidráulica práctica
Poiseuille	1799 - 1869	Resistencia en tubos capilares: Ecuc. De Poiseuille
Weisbach	1806 - 1871	Fórmula de resistencia en tuberías
Froude	1810 - 1879	Ley de semejanza de Froude
Navier	1785 - 1836	Mecánica de Fluídos
Stokes	1819 - 1903	Ecuac. Diferenciales Navier-Stokes del movimiento de los fluidos viscosos
Reynolds	1842 - 1912	Definición entre flujo laminar y turbulento. Número de Reynolds
Bazin	1829 - 1917	Estudios de vertederos
Jukowski	1847 - 1921	Estudio sobre el golpe de ariete.
Lanchester	1868 - 1945	Circulación, torbellinos, arrastre inducido.
Prandtl	1875 - 1953	Teoría de la capa límite. Fundador de la moderna mecánica de fluidos.

Sólo se desarrolló en occidente la técnica de la perforación de pozos por el método de percusión, aunque cabe anotar que los chinos ya utilizaban dicho método desde 1500 años antes. Se desarrolló mucho el uso de los pozos emergentes o pozos artesianos, los cuales derivaron su nombre de la región de Artois en Francia que se hizo famosa precisamente por la gran cantidad de dichos pozos que allí se encontraban.

 

Como ciencia puede considerarse que la hidrología comienza propiamente a partir del siglo XVII. Investigadores como los franceses Pierre Perrault (1608- 1680) y Edmé Mariotte (1620-1684) y el inglés Edmund Halley hicieron ver el papel de la infiltración, del agua subterránea y de la evaporación en el ciclo hidrológico. Sin embargo, el inicio de la hidrogeología sólo puede ubicarse a partir del surgimiento y desarrollo de la geología a partir del siglo XVIII y de la consiguiente aplicación de ciertos principios geológicos al tratamiento de algunos problemas hidrológicos, en particular por William Smith. En 1839- 1840 Hazen y Pouiseuille desarrollan la ecuación del flujo capilar y en 1856 el francés Henri Darcy estableció la ley matemática que rige el flujo subterráneo y publicó su obra "Les fontaines publiques de la Ville de Dijon".

 

En 1863 otro francés, Jules Dupuit, desarrolla la fórmula para calcular el flujo del agua en los pozos en régimen permanente, a partir de la aplicación de la ley de Darcy.

 

En el presente siglo se ha desarrollado mucho la hidrología subterránea, en particular sobre la base de la aplicación de la mecánica de los fluidos al movimiento de los líquidos en un medio poroso. En 1935 el norteamericano Theis presenta su trabajo sobre el flujo del agua en los pozos para un régimen transitorio. Después de la segunda guerra mundial la hidráulica de las aguas subterráneas tuvo avances significativos, debido principalmente al problema de evacuación de desechos radioactivos de plantas nucleares, ya que se empezaron a estudiar los efectos que tendría enterrar éstos en las formaciones geológicas y en las aguas que almacenaban, lo que obligó a los investigadores a profundizar en el conocimiento de su hidráulica.