Introducción a la Geología

La geología es la ciencia que tiene objetivo el estudio de la Tierra. Los científicos que estudian nuestro planeta se centran fundamentalmente en el análisis de su composición y estructura, y en establecer la dinámica de los procesos que tienen lugar tanto en la superficie como en el interior de nuestro planeta. Para ello, además de utilizar principios y métodos propios, utilizan recursos de otros ciencias como pueden ser la Física y la Química.

También es importante tener en cuenta que la Geología es una ciencia histórica, es decir, los estudios geológicos no solo se realizan para conocer las características actuales, sino también para conocer los procesos que tuvieron lugar en el pasado. Esta característica le proporciona a la Geología una serie de peculiaridades que definen y caracterizan el método científico usado por los investigadores cuando trabajan en este campo.

En primer lugar, cuando se analizan los procesos y fenómenos geológicos en términos físicos, se deben tener en cuenta los valores extremos que pueden alcanzar las magnitudes de las variables físicas que intervienen en estos procesos. Por ejemplo, la presión puede varier entre una atmósfera (presión a la que se produce el proceso de erosión de una montaña) y un millón de atmósferas (presión a la que se produce la deformación de los materiales del núcleo terrestre). De igual modo, las temperaturas a las que tienen lugar los procesos geológicos oscilan también entre extremos: desde 15 ºC para los procesos superficiales hasta varios miles de grados para los procesos que tienen lugar en el interior de la Tierra. El parámetro físico que muestra una mayor diferencia con respecto a las magnitudes usuales es el tiempo. En geología, la unidad de medida del tiempo es un millón de años (1 Ma). La mayoría de los procesos que tienen lugar en la Tierra son extremadamente lentos, desarrollándose en intervalos de varias decenas de millones de años. Por ejemplo, una montaña puede elevarse a una velocidad de 7 mm/año, en un intervalo de unos pocos millones de años. No obstante, existen también numerosos procesos geológicos que se producen en un corto intervalo de tiempo. Por ejemplo, un terremoto que dura varios segundos, o una inundación, que puede durar varios días. Estos procesos, situados en la escala temporal de la Tierra (4.500 millones de años de edad estimada), pueden considerarse instantáneos.

Los intervalos de variación de estas variables físicas (tiempo, temperatura y presión), hacen que sea difícil reproducir en el laboratorio muchos de los procesos que tienen lugar en nuestro planeta. No obstante, con las técnicas de modelización matemática y facilidades de cálculo actuales, comienza a ser posible modelizar y simular mediante ordenador estos procesos.

Otra peculiaridad geológica es que el razonamiento científico, en la mayoría de los casos, sigue un proceso de tipo deductivo, y las hipótesis de partida son confirmadas o rechazadas cuando se confrontan con los datos procedentes de la observación. De ahí la importancia de la precisión y objetividad con que se deben realizar las observaciones geológicas, especialmente las realizadas en el campo.

Debido a que los sitemas geológicos se caracterizan por ser únicos en el espacio e irrepetibles en el tiempo, y a que emplean abundantemente los razonamientos de tipo deductivo, es prácticamente imposible establecer leyes geológicas en sentido estricto, como ocurre en otras ciencias.

Breve historia de la Geología

La naturaleza de nuestro planeta (sus materiales y procesos) ha sido objeto de estudio durante siglos. Los escritos sobre temas como los fósiles, las gemas, los terremotos y los volcanes se remontan a los griegos, hace más de 2.300 años.

Sin duda, el filósofo griego más influyente fue Aristóteles. Por desgracia, las explicaciones de Aristóteles sobre la naturaleza del mundo no se basaron en observaciones y experimentos sagaces. Antes bien, fueron opiniones arbitrarias. Aristóteles creía que las rocas habían sido creadas bajo la influencia de las estrellas y que los terremotos se producían cuando el aire entraba con fuerza en la tierra, se calentaba por los fuegos centrales y escapaba de manera explosiva. Cuando se enfrentaba a un pez fósil, explicaba que muchos peces viven en la tierra inmóviles y se encuentran cuando se excava.

Aunque las explicaciones de Aristóteles pudieran ser adecuadas para su época, por desgracia se las siguió aceptando durante muchos siglos, impidiendo así la elaboración de explicaciones más racionales. Aristóteles fue considerado el principal filósofo, aquél cuya opinión sobre cualquier tema era la definitiva y más autorizada.

Catatrofismo. A mediados del siglo XVI, James Ussher, arzobispo anglicano de Armagh, primado de Irlanda, publicó un importante trabajo que tuvo influencias inmediatas y profundas. Afamado estudioso de la Biblia, Ussher construyó una cronología de la historia humana y de la Tierra en la que determinó que la Tierra tenía sólo unos pocos miles de años, ya que había sido creada en el 4004 a.C. El tratado de Ussher consiguió aceptación generalizada entre los líderes científicos y religiosos de Europa, y su cronología acabó figurando impresa en los márgenes de la misma Biblia.

Durante los siglos XVII y XVIII la doctrina del catastrofismo influyó con gran fuerza en el pensamiento sobre la dinámica de la tierra. Dicho brevemente, los catastrofistas creían que los paisajes de la Tierra habían sido formados inicialmente por grandes catástrofes. Por ejemplo, las montañas o los cañones, cuya formación hoy sabemos que requiere mucho tiempo, se explicaban como si fueran el resultado de desastres súbitos y a menudo a escala planetaria, producidos por causas desconocidas que ya no actúan. Esta filosofía era un intento por encajar la velocidad de los procesos terrestres con las ideas entonces reinantes sobre la antigüedad de la Tierra.

La relación entre el catastrofismo y la edad de la Tierra se puede resumir como sigue: Que la Tierra había sufrido grandes y extraordinarios cambios durante su oscuro pasado era claramente evidente para cualquier ojo inquisitivo; pero concentrar esos cambios en unos pocos y breves milenios precisaba una filosofía hecha a medida, una filosofía cuya base era el cambio súbito y violento.

Nacimiento de la Geología moderna. La Geología moderna se inició en los años finales del siglo XVII, cuando James Hutton, médico y terrateniente escocés, publicó su Theory of the Earth (Teoría de la Tierra). En su trabajo, Hutton estableció un principio que constituye el pilar de la Geología actual: el uniformismo. Establece simplemente que las leyes físicas, químicas y biológicas que actúan hoy, lo han hecho también en el pasado geológico. Esto significa que las fuerzas y los procesos que en la actualidad observamos que dan forma a nuestro planeta actuaron también en el pasado. Por tanto, para comprender las rocas antiguas, debemos entender primero los procesos petrogenéticos y sus resultados en la actualidad. Esta idea suele expresarse diciendo que «el presente es la clave del pasado». Antes de la Theory of the Earth de Hutton, nadie había demostrado de manera eficaz que los procesos geológicos se producían a lo largo de períodos extremadamente largos. Sin embargo, Hutton sostuvo con persuasión que fuerzas que parecen pequeñas producen, a lo largo de lapsos prolongados de tiempo, efectos exactamente igual de grandes que los derivados de acontecimientos catastróficos súbitos. A diferencia de sus predecesores, Hutton citó con sumo cuidado observaciones verificables para apoyar sus ideas.

Por ejemplo, cuando sostenía que las montañas eran esculpidas y, en última instancia, destruidas por la meteorización y la acción de las aguas superficiales, y que sus restos eran llevados a los océanos por procesos observables, Hutton dice: Tenemos una cadena de hechos que demuestran claramente (...) que los materiales de las montañas destruidas han viajado a través de los ríos; y además: No hay un solo paso en toda esta sucesión de acontecimientos (...) que no se perciba en la actualidad. Pasó a continuación a resumir este pensamiento planteando una pregunta y proporcionando inmediatamente la respuesta. ¿Qué más podemos necesitar? Nada, salvo tiempo.

En nuestros días, los principios básicos del uniformismo son tan viables como en época de Hutton. De hecho, nos damos cuenta con más fuerza que nunca de que el presente nos permite una percepción del pasado y que las leyes físicas, químicas y biológicas que gobiernan los procesos geológicos se mantienen invariables a lo largo del tiempo. Sin embargo, también entendemos que esta doctrina no debería tomarse demasiado al pie de la letra. Cuando se dice que en el pasado los procesos geológicos fueron los mismos que los que operan en la actualidad no se pretende sugerir que tuvieran siempre la misma importancia relativa o que actuaran precisamente a la misma velocidad. Además, algunos procesos geológicos importantes no pueden observarse en la actualidad, pero hay pruebas fehacientes de que suceden.

Por ejemplo, sabemos que la Tierra ha sufrido impactos de grandes meteoritos aunque no haya testigos humanos. Acontecimientos como estos alteraron la corteza de la Tierra, modificaron su clima e influyeron enormemente en la vida sobre el planeta.

La aceptación del uniformismo significó la aceptación de una historia muy larga para la Tierra. Aunque la intensidad de los procesos terrestres varía, estos siguen tardando mucho en crear y destruir los principales accidentes geográficos del paisaje.

Por ejemplo, los geólogos han llegado a la conclusión de que en el pasado existieron montañas en zonas de las actuales Minnesota, Wisconsin y Michigan. En la actualidad, la región consiste en colinas bajas y llanuras. La erosión (proceso que desgasta la Tierra) destruyó de forma gradual esos picos. Los cálculos indican que el continente norteamericano está siendo rebajado a un ritmo de unos 3 centímetros cada 1.000 años. A este ritmo, el agua, el viento y el hielo tardarían 100 millones de años en rebajar unas montañas cuya altitud fuera de 3.000 metros.

Pero incluso este lapso de tiempo es relativamente pequeño en la escala temporal de la historia de la Tierra; el registro rocoso contiene pruebas de que la Tierra ha experimentado muchos ciclos de formación y erosión de montañas. En lo referente a la naturaleza en continuo cambio de la Tierra a través de grandes períodos de tiempo, Hutton hizo una afirmación que se convertiría en una cita clásica. En la conclusión de su famoso artículo publicado en 1788 en las Transactions of the Royal Society of Edinburgh, afirmó: Por consiguiente, el resultado de nuestra presente investigación es que no encontramos vestigios de un principio; ni perspectivas de un fin. Una cita de William L. Stokes resume la importancia del concepto básico de Hutton: En el sentido de que el uniformismo requiere la actuación de leyes o principios intemporales e invariables, podemos decir que nada de nuestro conocimiento, incompleto, pero extenso, discrepa de él.