Capitulo 7 : Movimiento en masa

                         
                           MOVIMIENTO EN MASA Y ESTABILIDAD DE TALUDES 

Son los desplazamientos de masas de suelo, causados por exceso de agua en el terreno y por efecto de la fuerza de gravedad.

Los movimientos en masa son procesos esencialmente gravitatorios, por los cuales una parte de la masa del terreno se desplaza a una cota inferior de la original sin que medie ostensiblemente medio de transporte alguno, siendo tan solo necesario que las fuerzas estabilizadoras sean superadas por las desestabilizadoras. Este tipo de procesos gravitatorios se interrelacionan mutuamente con las precipitaciones altas, de tal forma que frecuentemente las lluvias torrenciales son causantes y/o precursoras de los movimientos en masa, ya que aumentan las fuerzas desestabilizadoras y reducen la resistencia del suelo al deslizamiento (Gray y Sotir, 1996; TRAGSA Y TRAGSATEC, 1994).

Por lo general los movimientos masales toman nombres diversos (deslizamientos, derrumbes, coladas de barro, solifluxión, hundimientos desprendimientos y desplomes) (Federación Nacional de Cafeteros de Colombia, Federacafé,1975), los cuales dependen del grado de saturación del terreno, velocidad del desplazamiento, profundidad de la masa desplazada y grado y longitud de la pendiente del terreno.  Por tanto, Dolffus (1973) los agrupa con el nombre de golpes de cuchara, por sus dimensiones siempre pequeñas, profundidad escasa y su relación directa con la intervención del hombre.

Los movimientos masales, están gobernados por la Ecuación de Esfuerzo o Resistencia al Cortante Tangencial.

Para el estudio de la estabilidad de una ladera contra los movimientos masales, se requiere estimar la resistencia del suelo ante la acción de esfuerzos de cortante tangencial, la cual consiste en la modelación física del fenómeno del deslizamiento y que permite establecer la resistencia máxima del suelo al movimiento de sus partículas; es decir: la fuerza que se opone al deslizamiento o resbalamiento del suelo sobre si mismo, la cual es impartida por las fuerzas cohesivas entre partículas y por la resistencia friccional entre estas cuando son forzadas a deslizarse (Gray y Sotir, 1996; Suárez, 1998).

Consecuentemente, el esfuerzo cortante es importante en la capacidad de los fluidos (agua o viento) para causar erosión. La resistencia al cortante tangencial de los suelos tiene su efecto en el arranque de las partículas del suelo, erosión por cárcavas y en las orillas de los ríos y movimientos masales (Lal,1990).

La teoría de Charles Auguste de Coulomb (propuesta en 1773) establece que un material falla cuando el esfuerzo cortante en una dirección iguala la resistencia al cortante en la misma dirección, lo cual depende de la cohesión y la fricción interna entre los granos del suelo, y está dada por la ecuación de Mohr-Coulomb:

El esfuerzo cortante, es definido por la siguiente ecuación, llamada la Ley de Coulomb,

 

S = C+s_n tan F

Donde S es el esfuerzo cortante o resistencia al cortante tangencial, C es la cohesión del suelo, s_n es el esfuerzo normal sobre un plano crítico, tan F es el coeficiente de fricción y F es el ángulo de fricción interna del suelo (Lal,1990). Terzaghi (1925) citado por Lal (1990), reportó la importancia de la presión de los poros con agua sobre el esfuerzo cortante.  Existe una forma modificada de esta ecuación, llamada ecuación de esfuerzo cortante de Coulomb-Hvorslev (Hvorslev, 1937 citados por Lal, 1990).

S = C’ + s’ tan F’

Donde C’ es la cohesión efectiva del suelo (o efecto de la atracción entre partículas), s’ es el esfuerzo normal efectivo y F’ es el ángulo efectivo de la fricción normal.  El esfuerzo efectivo es dado por

s’ = s - U

Donde s’ es el esfuerzo efectivo o intergranular, s es el esfuerzo total y U es la presión de los poros con agua (Lal,1990).

Según Márquez (1984), cuando existen esfuerzos neutros en el suelo, una manera más conveniente de escribir la ecuación de Coulomb es:

S = C + (s - U) tan F

Esta expresión matemática constituye sólo una simplificación muy grande de una relación compleja. Coulomb supuso que C y F eran constantes e independientes una de la otra; sin embargo, no son ni lo uno ni lo otro. No obstante a pesar de su simplicidad, la ecuación de Coulomb ha venido siendo usada actualmente, aún en análisis complicados relativos a la resistencia al cortante de los suelos (Márquez, 1984).

  

                                                               TALUDES

Se comprende bajo el nombre genérico de taludes cualesquiera superficiesinclinadas respecto a la horizontal que hayan de adoptar permanentemente lasestructuras de tierra, bien sea en forma natural o como consecuencia de laintervención humana en una obra de ingeniería. Desde este primer punto de vistalos taludes se dividen en naturales (laderas) o artificiales (cortes y terraplenes).Aun cuando las laderas naturales pueden plantear y de hecho plantean problemasque pueden llegar a ser de vital importancia, en este capítulo se tratarán enforma predominante los taludes artificiales, pero se mencionarán lascaracterísticas más importantes que pueden ser fuente de preocupacióningenieril en las laderas naturales.IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE LA ESTABILIDAD DE TALUDES.-El moderno desarrollo de las actuales vías de comunicación, tales como loscanales, caminos o ferrocarriles, así como el impulso de la construcción de presasde tierra ha recibido en todo momento en los últimos años y el desenvolvimientode obras de protección contra la acción de los ríos, por medio de desbordes, etc.,han puesto al diseño y la construcción de taludes en un plano de importanciaingenieril de primer orden. Tanto por el aspecto de inversión como por el deconsecuencias derivadas de su falla, los taludes constituyen hoy una de lasestructuras ingenieriles que exigen mayor cuidado por parte del proyectista.Es obvio que la construcción de estas estructuras es probablemente tan antiguacomo la misma humanidad; sin embargo, durante casi toda la época histórica yhan constituido un problema al margen de toda investigación científica; hastahace relativamente pocos años los taludes se manejaron con normas puramenteempíricas, sin ningún criterio generalizador de las experiencias adquiridas, laexpansión del ferrocarril y el canal primero y de la carretera después, provocaronlos primeros intentos para el estudio racional de este campo; pero no fue sinohasta el advenimiento de la actual Mecánica de Suelos cuando fue posible aplicaral diseño de taludes normas y criterios, que sistemáticamente tomasen en cuentalas propiedades mecánicas e hidráulicas de los suelos constitutivos, obteniendoexperiencia sobre bases firmes y desarrollando las ideas teóricas que permitenconocer cada vez más detalladamente el funcionamiento particular de estasestructuras. La historia del desarrollo de la técnica constructiva de presas detierra y de los métodos de análisis de las mismas es uno de los tantos ejemplos enapoyo de la afirmación anterior; hoy gracias al aporte de la Mecánica de Suelos alanálisis de taludes, entre otras razones se constituyen doquiera presas que haceapenas 30 ó 40 años se estimarían imposibles de realizar.




 


                                                        AGUAS CONTINENTALES


Aguas superficiales son las aguas que circulan sobre la superficie del suelo. El agua superficial se produce por la escorrentía generada a partir de las precipitaciones o por el afloramiento de aguas subterraneas. Pueden presentarse en forma correntosa, como en el caso de corrientes, rios y arroyos, o quietas si se trata de lagos, reservorios, embalses, lagunas, humedales, estuarios, oceanos y mares.
Para propósitos regulatorios, suele definirse al agua superficial como toda agua abierta a la atmósfera y sujeta a escorrentía superficial. Una vez producida, el agua superficial sigue el camino que le ofrece menor resistencia. Una serie de arroyos, riachuelos, corrientes y ríos llevan el agua desde áreas con pendiente descendente hacia un curso de agua principal.
Una área de drenaje suele denominarse como cuenca de drenaje o cuenca hidrografica.
La calidad del agua está fuertemente influenciada por el punto de la cuenca en que se desvía para su uso. La calidad de corrientes, ríos y arroyos, varía de acuerdo a los caudales estacionales y puede cambiar significativamente a causa de las precipitaciones y derrames accidentales. Los lagos, reservorios, embalses y lagunas presentan en general, menor cantidad de sedimentos que los ríos, sin embargo están sujetos a mayores impactos desde el punto de vista de actividad microbiológica. Los cuerpos de agua quietos tales como lagos y reservorios, envejecen en un período relativamente grande como resultado de procesos naturales. Este proceso de envejecimiento está influenciado por la actividad microbiológica que se encuentra relacionada directamente con los niveles de nutrientes en el cuerpo de agua y puede verse acelerada por la actividad humana.
 
            

             

                          Impactos en aguas superficiales

Por contaminación de las aguas superficiales, se entiende la incorporación de elementos extraños (de naturaleza física, química o biológica), los cuales hacen inútil su uso (para beber, vida acuática, recreación, riego, en industria, energía, transporte).
Distintas actuaciones tienen que ver con la contaminación de las aguas superficiales.

·         Industrias o centrales que utilizan el agua como refrigerante. El correspondiente vertido de agua a mayor temperatura.

·         Industrias que vierten aguas residuales. También, provenientes de zonas urbanas.

·         Dragado de ríos, lagos, estuarios, zonas costeras, en presas.

·         Construcción de presas. Canalización de ríos.

·         Deforestación. Desarrollo agrícola con uso de agroquímicos.

·         Vertido de residuos tóxicos y peligrosos por la explotación minera.

·         Derrames o vertidos por la industria petrolera.

·         Proyectos urbanos adyacentes a ríos, lagos, estuarios o áreas de costa.

La contaminación de las aguas por acción del hombre, comenzó a ser sensible al organizarse las ciudades. La preocupación inicial del hombre urbano era por su salud en relación con los residuos orgánicos, expresada con baños alejados del resto de las casas, en canales abiertos en las calles, y finalmente en drenajes. El sistema de drenajes que conducía el agua servida a letrinas, fue posteriormente reemplazado por vertidos hacia ríos importantes o hacia el mar. Esta situación se agravó por el desarrollo industrial y el uso de las masas de agua como depositarias de tales residuos. Recién a comienzos del siglo XX comenzó la preocupación por el tratamiento en pozas sépticas que ha ido evolucionando a sistemas más avanzados de depuración. Inicialmente, estos sistemas se preocupaban más por la separación de los elementos contaminantes, para ahora incluir en esa preocupación a la eliminación de los elementos residuales de la propia depuración.

La calidad del agua

Pero, ¿qué califica al agua para considerarse apta para distintos usos?. La calidad del agua puede medirse a través de sus características físicas, químicas y biológicas. Cada una de ellas puede a su vez ser caracterizadas por distintos parámetros, generalmente según su origen, conforme se indica en la tabla siguiente.

Características asociadas a la calidad del agua
Características		Fuentes
Propiedades físicas
	·       Color	Residuos domésticos e industriales, descomposición de materiales orgánicos.
	·       Olor	Aguas residuales en descomposición, residuos industriales.
	·       Sólidos	Abastecimiento de agua, residuos domésticos e industriales, erosión de suelos, infiltración de aguas subterráneas, residuos mineros.
	·       Temperatura	Residuos domésticos e industriales y mineros. Centrales.
Componentes químicos
	Orgánicos
	·       Carbohidratos	Residuos domésticos, actividades comerciales e industriales
	·       Grasas animales, aceites, grasas	Residuos domésticos, actividades comerciales e industriales
	·       Pesticidas	Residuos agrícolas
	·       Fenoles	Residuos industriales
	·       Proteínas	Residuos domésticos, actividades comerciales e industriales
	·       Contaminantes principales	Residuos domésticos, actividades comerciales e industriales
	·       Detergentes	Residuos domésticos, actividades comerciales e industriales
	·       Compuestos orgánicos volátiles	Residuos domésticos, actividades comerciales e industriales
	·       Otros	Descomposición natural de materiales orgánicos.
	Inorgánicos
	·       Alcalinidad	Residuos domésticos, abastecimiento de agua, infiltración de aguas subterráneas.
	·       Cloruros	Residuos domésticos, abastecimiento de agua, infiltración de aguas subterráneas
	·       Metales pesados	Residuos industriales
	·       Nitrógeno	Residuos domésticos y agrícolas
	·       Acidez	Residuos domésticos, actividades comerciales e industriales
	·       Fósforo	Residuos domésticos, actividades comerciales e industriales
	·       Contaminantes principales	Residuos domésticos, actividades comerciales e industriales
	·       Azufre	Residuos domésticos, abastecimiento de agua, actividades comerciales e industriales.
	Gases
	·       Sulfuro de hidrógeno	Descomposición de residuos domésticos.
	·       Metano	Descomposición de residuos domésticos.
	·       Oxígeno	Abastecimiento de agua, actividades comerciales e industriales.
Constituyentes biológicos
	·       Animales	Cursos de agua abiertos y plantas de tratamiento.
	·       Plantas	Cursos de agua abiertos y plantas de tratamiento
	·       Bacterias	Residuos domésticos, infiltración de aguas superficiales, plantas de tratamiento.
	·       Virus	Residuos domésticos.

Capitulo 6 : Tiempo Geologico y significado de Fosiles

                                                 TIEMPO GEOLÓGICO

El tiempo geológico es el estudio de la historia de la tierra, desde la formación de su corteza terrestre (unos 4600 millones de años atrás) hasta nuestra actualidad.
El tiempo geológico nos sirve, para situar dentro de un tiempo determinado, aparición o desaparición de especies, algún carácter nuevo de algún organismo, cambios en el clima así como los diversos factores que afectan a la tierra.
Debido a los descubrimientos y las dataciones más rigurosas de fósiles, las rocas y los restos arqueológicos, la división de la escala del tiempo geológico se ha ido tornando más compleja.
La división de la escala esta dada por una segmentación y subdivisión de forma jerárquica, de mayor a menor: en Eones, Eras, Periodos y Épocas. Estos poseen nombres de aplicación universal, asociados generalmente a los fósiles donde fueron encontrados los datos más significativos de la división.

*Eones: representan las mayores extensiones de tiempo, equivalente a un tiempo de 1000 millones de años. Se distinguen 3 eones: Arcaico, Proterozoico, Fanerozoico. Pero además en la geocronología anglosajona es adherido el Hadeico, por la evocación al hades infernal desde la formación hasta el comienzo del arcaico.

*Era: varía desde decenas hasta centenares millones de años. Tomando importantes procesos geológicos y biológicos. En la escala hay 3 eras: Paleozoica (“vida antigua”), Mesozoica (“vida intermedia”) y Cenozoica (“vida reciente”).

*Periodos: son una subdivisión de una era. Se pueden subdividir en unidades más pequeñas denominadas épocas.”(Ej. Triásico. Jurasico, Cretácico, que son correspondientes a la era mesozoica), caracterizados por cambios menos profundos en comparación las eras.

*Época: es una subdivisión de un periodo; como lo es el caso del periodo terciario que posee las épocas de: Paleoceno, Eoceno, Oligoceno, Mioceno, Plioceno.

                         

                                                DIVISION DEL TIEMPO GEOLOGICO

      

*Tiempo absoluto:

El número de protones del átomo, el número atómico,

determina las propiedades químicas del elemento. Los átomos 
varían desde el más simple, el hidrógeno con un sólo protón, 
hasta el nobelio, que tiene 102. De los 102 elementos de la 
tabla periódica, algunos emiten espontáneamente rayos
radiactivos, los cuales son principalmente de tres clases: 
alfa, beta y gamma. Los rayos alfa son partículas
equivalentes a los núcleos de helio, los rayos beta son
haces de electrones disparados a gran velocidad y los rayos 
gamma son haces de ondas electromagnéticas con longitudes de 
onda del orden de 10-8 a 10-9centímetros.
Los núcleos de los átomos de los elementos radiactivos son 
inestables y se descomponen espontáneamente emitiendo
partículas alfa y beta y cambiando la estructura nuclear del 
elemento para transformarse en otro elemento diferente. Por 
ejemplo el 
238U emite rayos alfa y se transforma en el
elemento 234
 Th: el uranio es el elemento progenitor o
parental y el que resulta es el descendiente.

 *Las unidades cronoestratigráficas a su vez dividen el tiempo geológico de la siguiente forma:
 
Eonotema
Eratema
Sistema geológico
Serie geológica
Etapa geológica
Cronozona

Aunque los límites cronológicos no son absolutos, están bien definidos por el contenido fósil de las rocas, estudios magnéticos y de elementos radiactivos. Estos límites siempre llevan consigo un posible rango de inexatitud que se arrastra de los diferentes métodos de datación que se utilizan para determinar la edad de las rocas. Cuando se habla, por ejemplo, del Eón Fanerozoico, este abarca los últimos 540 millones de años del planeta y el error en su datación es de + − 1.6m.a., el cual no es muy alto para la cantidad de tiempo de la que se habla.
A pesar de los problemas para determinar la nomenclatura y concretar el número de años de cada fase de tiempo, existe una concordancia en el ordenamiento de la inmensa mayoría de nombres y acontecimientos que en cada período se produjeron.
La geología histórica es la rama de la geología que estudia las transformaciones que ha sufrido la Tierra desde su formación, hace unos 4.600 millones de años, hasta el presente. Para establecer un marco temporal absoluto, los geólogos han desarrollado una cronología a escala planetaria dividida en eones, eras, sistemas o períodos, épocas o series y edades o pisos. Esta escala se basa en la estratigrafía, esto es, en el estudio e interpretación de los estratos, apoyada en los grandes eventos biológicos y geológicos. Por ejemplo, para la datación de la transición entre Pérmico y Triásico se usa el evento de extinción masiva del Pérmico-Triásico. Las etapas de la Tierra anteriores al Fanerozoico de las que no se dispone de registros fósiles fiables son definidas cronométricamente, esto es, fijando un valor de tiempo absoluto.

RADIACTIVIDAD
La radiactividad (o radioactividad) es el proceso natural por el cual núcleos de elementos pesados se descomponen en núcleos de otros elementos mas ligeros, partículas subatómicas y rayos gama. El fenómeno fue descubierto en 1896 por el físico francés Antoine Henri Becquerel al observar que las sales de uranio podían ennegrecer una placa fotográfica aunque estuvieran separadas de la misma por una lámina de vidrio o un papel negro. En 1898, los químicos franceses Marie y Pierre Curie dedujeron que la radiactividad es un fenómeno asociado a los átomos e independiente de su estado físico o químico. Pronto se descubrió que la radiactividad es una fuente de energía más potente que ninguna de las conocidas. El descubrimiento de la radiactividad inició el periodo que se conoce como era atómica. Su uso civil ha supuesto un gran avance en la producción de energía electrica y en la fabricación de motores atómicos. Sin embargo, su uso militar ha resultado dramático. Por otra parte, el peligro que supone para la salud y el medio ambiente hace que su desarrollo reciba una fuerte oposición ciudadana.

Radiactividad artificial
Se produce la radiactividad inducida cuando se bombardean ciertos núcleos estables con partículas apropiadas. Si la energía de estas partículas tiene un valor adecuado penetran dentro del núcleo bombardeado y forman un nuevo núcleo que, en caso de ser inestable, se desintegra después radiactivamente. Fue descubierta por los esposos Jean Frédéric Joliot-Curie e Irène Joliot-Curie, bombardeando núcleos de boro y aluminio con partículas alfa. Observaron que las sustancias bombardeadas emitían radiaciones después de retirar el cuerpo radiactivo emisor de las partículas de bombardeo.
En 1934 Fermi se encontraba en un experimento bombardeando núcleos de uranio con los neutrones recién descubiertos. En 1938, en Alemania, Lise Meitner, Otto Hahn y Fritz Strassmann verificaron los experimentos de Fermi. Es más, en 1939 demostraron que parte de los productos que aparecían al llevar a cabo estos experimentos era bario. Muy pronto confirmaron que era resultado de la división de los núcleos de uranio: la primera observación experimental de la fisión. En Francia, Jean Frederick Joliot-Curie descubrió que además del bario, se emitían neutrones secundarios en esa reacción, haciendo factible la reacción en cadena.
También en 1932 Mark Oliphant teorizó sobre la fusión de núcleos ligeros (de hidrógeno), describiendo poco después Hans Bethe el funcionamiento de las estrellas en base a este mecanismo.
El estudio de la radiactividad permitió un mayor conocimiento de la estructura del núcleo atómico y de las partículas subatómicas. Se abre la posibilidad de convertir unos elementos en otros. Incluso el sueño de los alquimistas de transformar otros elementos en oro se hace realidad, aunque no resulte rentable.

Radiactividad natural
En 1896 Becquerel descubrió que ciertas sales de uranio emitían radiaciones espontáneamente, al observar que velaban las placas fotográficas envueltas en papel negro. Hizo ensayos con el mineral en caliente, en frío, pulverizado, disuelto en ácidos y la intensidad de la misteriosa radiación era siempre la misma. Por tanto, esta nueva propiedad de la materia, que recibió el nombre de radiactividad, no dependía de la forma física o química en la que se encontraban los átomos del cuerpo radiactivo, sino que era una propiedad que radicaba en el interior mismo del átomo.
El estudio del nuevo fenómeno y su desarrollo posterior se debe casi exclusivamente al matrimonio Curie, quienes encontraron otras sustancias radiactivas como el torio, polonio y radio. La intensidad de la radiación emitida era proporcional a la cantidad de uranio presente, por lo que dedujo Marie Curie que la radiactividad era una propiedad atómica. El fenómeno de la radiactividad se origina exclusivamente en el núcleo de los átomos radiactivos. Se cree que la causa que lo origina es debida a la interacción neutrón-protón del mismo. Al estudiar la radiación emitida por el radio se comprobó que era compleja, pues al aplicarle un campo magnético parte de ella se desviaba de su trayectoria y otra parte no.
Pronto se vio que todas estas reacciones provenían del núcleo atómico que describió Rutherford en 1911, quien también demostró que las radiaciones emitidas por las sales de uranio eran capaces de ionizar el aire y de producir la descarga de cuerpos cargados eléctricamente.
Con el uso del neutrino, partícula descrita en 1930 por Pauli pero no medida hasta 1956 por Clyde Cowan y sus colaboradores, consiguió describirse la radiación beta.
En 1932 James Chadwick descubrió la existencia del neutrón que Wolfgang había predicho en 1930, e inmediatamente después Enrico Fermi descubrió que ciertas radiaciones emitidas en fenómenos no muy comunes de desintegración eran en realidad neutrones.

Clases de radiaciónSe comprobó que la radiación puede ser de tres clases diferentes:
Radiación alfa: son flujos de partículas cargadas positivamente compuestas por dos neutrones y dos protones (núcleos de Helio). Son desviadas por campos eléctricos y magnéticos. Son poco penetrantes aunque muy ionizantes. Y son muy energéticos.
Radiación beta: son flujos de electrones (beta negativas) o positrones (beta positivas) resultantes de la desintegración de los neutrones o protones del núcleo cuando este se encuentra en un estado excitado. Es desviada por campos magnéticos. Es más penetrante aunque su poder de ionización no es tan elevado como el de las partículas alfa. Por lo tanto cuando un átomo expulsa una partícula beta aumenta o disminuye su número atómico una unidad (debido al protón ganado o perdido).
Rayos gamma: son ondas electromagnéticas. Es el tipo más penetrante de radiación. Al ser ondas electromagnéticas de longitud de onda corta, tienen mayor penetración y se necesitan capas muy gruesas de plomo u hormigón para detenerlos.

ESTRATOS
En Geología se llama estrato a cada una de las capas en que se presentan divididos los sedimentos, las rocas sedimentarias y las rocas metamórficas que derivan de ellas, cuando esas capas se deben al proceso de sedimentación. Hay que tener en cuenta que otros fenómenos geológicos distintos pueden dar origen a capas, que entonces no se llamarán estratos. Es el caso, por ejemplo, de las lajas que se forman durante el metamorfismo cuando grandes presiones afectan a las rocas, originando cortes perpendiculares a la fuerza de compresión. Las erupciones volcánicas, tanto en la forma de coladas de lava como en los depósitos piroclásticos pueden dar origen a una especie de estratos similares a los sedimentarios pero de origen y naturaleza distintos, como puede verse en la imagen del volcán Croscat. Por último, las intrusiones ígneas pueden formar diques o capas interestratificadas que aparecen como si fuera un estrato más, aunque debe de tenerse en cuenta que los diques pueden tener una forma lenticular cuando forman un manto o sill) que, cuando llegan a ser bastante abombados suelen llamarse lacolitos.

EstratificaciónLos estratos se forman típicamente como capas horizontales de potencia (espesor) uniforme, limitadas por superficies de estratificación, que son interfases más o menos nítidas respecto el estrato más joven (situado encima) y el más viejo (debajo). En la descripción de los estratos se usa el término base o muro para referirse a la parte más antigua (geométricamente la inferior, si no median alteraciones tectónicas de la posición) y techo para la más reciente. Los estratos son las unidades básicas de estudio de la Estratigrafía.
Los estratos horizontales y uniformes pueden evolucionar, en presencia de fuerzas tectónicas, sufriendo cambios de posición (bascula miento, que puede llevar incluso a su inversión) y de forma (plegamiento). Además algunos estratos aparecen desde su mismo origen inclinados entre sí y de espesor desigual, como ocurre en la estratificación cruzada. La génesis de la estratificación cruzada es bastante simple en los procesos de relleno por sedimentos arrastrados por los ríos (arenas, arcillas) cuando llegan al piedemonte de una cordillera y forman conos de deyección, terrazas y otras formas menores del relieve. Estos sedimentos se disponen de acuerdo con la gravedad y el que se crucen entre sí obedece a un cambio en el curso del río que se desvía con cada crecida importante, que muchas veces son esporádicas como es típico en los climas áridos, por el simple hecho de que la crecida anterior produjo una acumulación que las aguas del río tienen que rodear por su mayor altura, depositándose ahora con buzamiento (es decir, una inclinación), sentido y espesor diferentes. Con el paso del tiempo, esas arenas o arcillas pueden consolidarse y formar rocas sedimentarias (arenisca, por ejemplo, como es el caso de la imagen del Cañón del Antílope) pero que han conservado la disposición original de las arenas que formaron dichas rocas. También puede verse una discontinuidad estratigráfica en el centro de la imagen.
En suma, estas superficies de estratificación reflejan heterogeneidades del proceso de sedimentación, con cambios bruscos en la naturaleza del sedimento o interrupciones más o menos prolongadas del proceso de depósito.
*Terminología
 

La unidad de tiempo mayor utilizada en geología histórica es el tiempo o supereón, que está compuesto por eones. Los eones se dividen en eras, que a su vez se dividen en períodos, épocas y edades. Al mismo tiempo, los paleontólogos definen un sistema de etapas faunales, de duración variable, basada en los cambios observados en los conjuntos de fósiles. En muchos casos, esas etapas de fauna se han adoptado a la nomenclatura geológica, aunque, en general, se han establecido más etapas faunales que unidades de tiempo geológico.
Los geólogos tienden a hablar en términos de Superior/Tardío, Inferior/Temprano y Medio para referirse a partes de períodos y de otras unidades, como por ejemplo, "Jurásico Superior" y "Cámbrico Medio". Los términos Superior, Inferior y Medio se suelen aplicar a las rocas, mientras que Tardío, Temprano y Medio se suelen aplicar al tiempo. Los adjetivos se escriben con la inicial en mayúscula cuando la subdivisión es reconocida oficialmente, y en minúscula cuando no.
Puesto que las unidades de tiempo geológicas que ocurren al mismo tiempo en diferentes partes del mundo pueden parecer diferentes y contener diferentes fósiles, hay muchos ejemplos históricos de diferentes nombres para el mismo período en diferentes ubicaciones. Por ejemplo, en Norteamérica al Cámbrico Inferior se le denominó serie Waucoban. Un aspecto clave de la labor de la Comisión Internacional de Estratigrafía es conciliar estos conflictos en terminología y definir límites universales que puedan ser utilizados en todo el mundo.

Historia de la escala de tiempo geológicoUno de los principios más importantes que subyacen en las escalas de tiempo geológico es el principio de superposición de estratos, propuesto por primera vez en el siglo XI por el geólogo persa Avicena (Ibn Sina). Más tarde en el siglo XI, el naturalista chino Shen Kuo (1031-1095) reconoció también el concepto de "tiempo geológico".[3]
Este principio fue redescubierto a finales del siglo XVII por Niels Stensen. El principio de superposición de estratos establece que las capas de roca (o estratos) están establecidas en sucesión, que cada estrato representa una "ranura" de tiempo y que cualquier estrato es probablemente más antiguo que los que tiene encima y más joven que los de debajo. Pero aunque el principio es simple, su aplicación real a las rocas resultó bastante compleja.
En el transcurso del siglo XVIII los geólogos se dieron cuenta que:
Las secuencias de estratos están a menudo erosionadas, distorsionadas, inclinadas o incluso invertidas, lo que tiene lugar después de su deposición.
Los estratos depositados al mismo tiempo en diferentes lugares pueden tener una apariencia completamente diferente.
Los estratos de cada área representan sólo una pequeña parte de la larga historia de la Tierra.

Los primeros intentos serios para establecer una escala de tiempo geológico que pudiera aplicarse a cualquier lugar en la Tierra tuvieron lugar a finales del siglo XVIII. El más influyente de los primeros intentos (defendido por Abraham Gottlob Werner, entre otros) divide las rocas de la corteza terrestre en cuatro tipos: primarias, secundarias, terciarias y cuaternarias. Cada tipo de roca, de acuerdo con la teoría, se formó durante un período específico en la historia de la Tierra. Por lo tanto, es posible hablar de un "Período Primario", así como de "rocas del Primario".
En 1785 James Hutton, el fundador de la geología moderna, propone que el interior de la Tierra está caliente y que ese calor es el motor que impulsa la formación de nuevas rocas, luego las rocas son erosionadas por el aire y el agua y los sedimentos depositados en capas en el mar, el calor entonces consolida los sedimentos en rocas y levanta nuevas tierras. Esta teoría se denominó Plutonista en contraste con la Neptunista, que consideraba que todas las rocas se depositaron a la vez en el transcurso de una inmensa inundación.
La identificación de estratos por los fósiles que contienen, realizada por primera vez por William Smith, Georges Cuvier, Jean d'Omalius d'Halloy y Alexandre Brogniart a principios del siglo XIX, permitió a los geólogos a dividir la historia de la Tierra con mayor precisión. También les permitió correlacionar los estratos a nivel nacional (o incluso continental). Si dos estratos distantes en el espacio o diferentes en su apariencia contienen los mismos fósiles, hay una alta probabilidad de que hayan sido depositados al mismo tiempo. Los estudios detallados de los estratos y fósiles de Europa que se realizaron entre 1820 y 1850 dieron lugar a la secuencia de períodos geológicos que se sigue utilizando hoy en día.

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El proceso estuvo dominado por los geólogos británicos, y así se refleja en los nombres de los períodos: Cámbrico (el nombre romano de Gales), Ordovícico y Silúrico (nombres de antiguas tribus galesas) fueron definidos utilizando secuencias estratigráficas de Gales.[5] Devónico procede del condado inglés de Devon y Carbonífero de carbón. El Pérmico fue establecido por un geólogo escocés y procede de Perm, Rusia. Sin embargo, algunos períodos fueron definidos por geólogos de otros países. El Triásico fue bautizado así en 1834 por el geólogo alemán Friedrich August von Alberti por las tres capas distintas (del latín tríada) que presentaba el terreno: estratos rojos, tiza y pizarras negras, encontradas en toda Alemania y Noroeste de Europa. El "Jurásico" fue establecido por el geólogo francés Alexandre Brogniart en base a la amplia caliza marina expuesta en los montes Jura. El Cretácico (del latín Creta que significa "tiza") fue definido por vez primera por el geólogo belga Jean d'Omalius d'Halloy en 1822, utilizando los estratos de la cuenca de París[6] y denominado así por las amplios depósitos de tiza (carbonato cálcico depositado por las conchas de invertebrados marinos).
Inicialmente, la escala de tiempo podía estimarse sólo de forma muy imprecisa. Los diversos tipos de tasas de cambio utilizados en las estimaciones eran muy variables. Aún así, los primeros geólogos sugieren millones de años para los períodos geológicos e incluso algunos sugieren una edad casi infinita para la Tierra, lo que contrasta con las fechas en torno a seis o siete mil años de edad para la Tierra que habían propuesto los creacionistas basándose en la Biblia.
Desde entonces, geólogos y paleontólogos han construido la escala geológica sobre la base de las posiciones relativas de los diferentes estratos y fósiles y sobre las estimaciones de las escalas de tiempo basadas en el estudio de las tasas de diversos tipos de meteorización, erosión, sedimentación y litificación. El descubrimiento de la radiactividad en 1896 y el desarrollo de sus aplicaciones a la geología a través del datado radiométrico durante la primera mitad del siglo XX (por geólogos tales como Arthur Holmes), permitieron una datación absoluta de la edad de las rocas.
En 1977, la Comisión Internacional de Estratigrafía inició un esfuerzo para definir las referencias mundiales (Secciones y Puntos de Estratotipos Globales de Límites) de los períodos geológicos y de las etapas faunales. El trabajo más reciente de la comisión se describe en la escala de tiempo geológico de Gradstein et al. de 2004. También está disponible un modelo UML de la forma en que el cronograma está estructurado, relacionándolo con los GSSP.

Escala de tiempo geológicoLa siguiente tabla se basa en la escala propuesta por la Comisión Internacional de Estratigrafía (ICS). Ha de tenerse en cuenta, sin embargo, que la ICS no ha reconocido ninguna fecha ni subdivisión del Eón Hadeico y que tampoco ha establecido la fecha de comienzo del Eón Arcaico.[]
a) Los eones Hadeico, Arcaico y Proterozoico se agrupan en el Tiempo Precámbrico, también denominado Criptozoico.
b) Descubrimientos hechos durante el pasado cuarto de siglo han cambiado substancialmente la forma de ver los eventos geológicos y paleontológicos inmediatamente anterior al Cámbrico. La nomenclatura no se ha estabilizado. El término Neoproterozoico es utilizado aquí, pero otros escritores podrían igualmente usar otros términos como 'Ediacariano', 'Vendiano', 'Varangiano', 'Precámbrico', 'Protocambriano', 'Eocambriano', o podrían haber extendido el período de duración del Cámbrico. Todos estos términos son considerados como un subconjunto del Proterozoico más que como un período entre Paleozoico y el Proterozoico.
c) Estas eras no son reconocidas formalmente por la Comisión Internacional de Estratigrafía (ICS), sino que representan una propuesta que se inspira en la escala de tiempo geológico lunar.
d) Los paleontólogos generalmente hacen referencia a la etapa faunal en lugar de los períodos geológicos. La nomenclatura de etapas es bastante compleja. Véase "The Paleobiology Database" para obtener una lista ordenada por Etapas faunales.
e) Una reciente propuesta de la ICS pretendía eliminar el Cuaternario de la nomenclatura y extender el Neógeno hasta el presente.
f) En América del Norte, el Carbonífero se subdivide en los períodos Misisipiense y Pensilvaniense.
g) Todas las fechas se dan en millones de años para el inicio de la época en cuestión. Las fechas son inciertas mostrando una leve diferencia con las fuentes en común. Esto se debe a la incerteza del fechado radiométrico y el problema que depósitos que son susceptibles de ser fechadas radiométricamente no siempre son examinados en el lugar exacto en la columna geológica que se desea fechar.

La escala del tiempo geológico es un sistema internacional que se estableció por primera vez hace 180 años. Con el correr del tiempo se le ha mejorado, pero en líneas generales se mantiene igual, ya que se basaba en grandes trastornos o alteraciones que se produjeron a lo largo de la historia de la Tierra y de la vida, como las extinciones masivas. La escala del tiempo geológico se basa en la comprensión de dos aspectos del pasado: el tiempo absoluto y el tiempo relativo.
Las divisiones de la columna geológica están basadas en una cronología relativa. Los primeros geólogos, los científicos que estudian las rocas y la historia de la Tierra, se dieron cuenta de que a menudo aparecían juntos fósiles diferentes en formaciones reiteradas, y que en estas formaciones se producía algún tipo de secuencia. Por ejemplo, siempre se encontraban juntos los fósiles A, B y C, en la misma capa o en la misma roca, y siempre por debajo de los fósiles X, Y y Z. De estas observaciones se desprendieron dos conclusiones. En primer lugar, en las rocas estratificadas, las rocas más antiguas se encuentran en la parte inferior y las más nuevas en la parte superior. De este modo, se puede establecer la antigüedad relativa, en un determinado lugar, o de un lugar a otro.
El segundo principio que se estableció sin lugar a dudas es la correlación a través de los fósiles. La formación fósil A-B-C representa una unidad finita del tiempo geológico, y cuando estos fósiles aparecen juntos, el geólogo ha encontrado rocas que corresponden a un determinado momento, aunque una de las muestras proceda de Alaska y la otra de la China. La secuencia y las divisiones de la edad geológica en eras, períodos, y unidades más pequeñas llamadas etapas, subetapa y zonas, se basa en estos dos principios. En algunas partes de la columna, las etapas no constituyen más de un millón de años, aproximadamente, de modo que las técnicas permiten una precisión considerable.
Estas técnicas no determinan edades precisas, es decir, las fechas absolutas en términos de millones de años. ¿Cómo han hecho los geólogos para determinar, con un cierto grado de certeza, por ejemplo, que el Triásico abarcó desde hace 245 hasta hace 208 millones de años, más o menos, con un error de uno a tres por ciento? Estas fechas absolutas se determinan por datación radiométrica. Cuando se forma una roca, algunos de sus elementos físicos, como el uranio, el torio o el potasio, suelen encapsularse en su interior en condiciones inestables. Con el correr del tiempo, estos elementos se deterioran, emiten radiactividad, y se convierten así en otra forma elemental. Por ejemplo, el uranio 238 se convierte en plomo 206, el torio 232 se convierte en plomo 208 y el potasio 40 se convierte en argón 40.
Todas estas transiciones tienen un momento intermedio que se puede medir, es decir, el tiempo que tardan en deteriorarse la mitad de los elementos originales. En los ejemplos mencionados anteriormente, los momentos intermedios corresponden a 4.510 millones de años, 13.900 millones de años y 1.300 millones de años, respectivamente. Si se pueden medir las proporciones de, pongamos por caso, potasio 40 y argón 40 en una muestra rocosa, entonces se podrá calcular su fecha exacta de formación. Evidentemente, está técnica es mucho más compleja de lo que aquí se describe, pero las fechas que se calculan utilizando diferentes pares de deterioro a menudo coinciden sobre la edad absoluta de una muestra rocosa. El problema fundamental es que sólo determinados tipos de rocas, como las lavas, se pueden datar cronológicamente.