La Geofísica

La geofísica. Es la ciencia que se encarga del estudio de la Tierra desde el punto de vista de la física. Su objeto de estudio abarca todos los fenómenos relacionados con la estructura, condiciones físicas e historia evolutiva de la Tierra. Al ser una disciplina principalmente experimental, usa para su estudio métodos cuantitativos físicos como la física de reflexión y refracción de ondas mecánicas, y una serie de métodos basados en la medida de la gravedad, de campos electromagnéticos, magnéticos o eléctricos y de fenómenos radiactivos. En algunos casos dichos métodos aprovechan campos o fenómenos naturales (gravedad, magnetismo terrestre, mareas, terremotos, tsunamis, etc.) y en otros son inducidos por el hombre (campos eléctricos y fenómenos sísmicos).

Dentro de la geofísica se distinguen dos grandes ramas: La geofísica interna y la geofísica externa.

La geofísica interna analiza el interior de la Tierra y las principales cuestiones que estudia son:

• Sismología, estudia la estructura interna de la Tierra, el movimiento de las placas tectónicas y los movimientos telúricos, entre otros, valiéndose principalmente del análisis sismogramas que registran la propagación de ondas elásticas (sísmicas) y de observaciones GPS que registran el movimiento de las placas tectónicas.
• Geotermometría, estudia procesos relacionados con la propagación de calor en el interior de la Tierra, particularmente los relacionados con desintegraciones radioactivas y vulcanismo.
• Geodinámica, la interacción de esfuerzos y deformaciones en la Tierra que causan movimiento del manto y de la litosfera.
• Prospección geofísica, usa métodos cuantitativos para la localización de recursos naturales como petróleo, agua, yacimientos de minerales, cuevas, etc o artificiales como yacimientos arqueológicos.
• Ingeniería geofísica o geotecnia, usa métodos cuantitativos de prospección para la ubicación de yacimientos de minerales e hidrocarburos, así como para las obras públicas y construcción en general.
• Tectonofísica, estudia los procesos tectónicos.
• Vulcanología, Es el estudio de los volcanes, la lava, el magma y otros fenómenos geológicos relacionados.

La geofísica externa estudia las propiedades físicas del entorno terrestre.

• Geomagnetismo, estudia el campo magnético terrestre, tanto el interno generado por la propia Tierra como el externo, inducido por la Tierra y por el viento solar en la ionosfera.
• Paleomagnetismo, se ocupa del estudio del campo magnético terrestre en épocas anteriores del planeta.
• Gravimetría, estudia el campo gravitatorio terrestre a través de observaciones en tierra y observaciones satelitales.
• Oceanografía u Oceanología, estudia el océano en todas sus escalas. Desde fenómenos locales, hasta fenómenos globales como El Niño.
• Meteorología, estudia la atmósfera y el tiempo atmosférico, circunscribiéndose a la Tropósfera.
• Aeronomía, es la ciencia que estudia las capas superiores de la atmósfera, donde los fenómenos de ionización y disociación son importantes, desde el punto de vista físico y químico.
• Climatología, estudia el clima terrestre actual y en el pasado geológico.
• Geofísica Espacial, estudia los procesos físicos ligados al plasma presente en la ionosfera y la magnetósfera, y su interacción con el viento solar. La geofísica espacial es principalmente reconocida por el estudio de la transferencia de energía en la magnetósfera que da origen a las auroras polares.

El vocablo geofísica está compuesto con raíces latinas, “geo” que quiere decir “tierra”, mas la palabra “physis” que significa “naturaleza” y finalmente el sufijo “ica” que alude a “relativo a”. La geofísica es la ciencia que se ocupa del estudio de la tierra en cuanto a los principios físicos se refiere; su objetivo comprende el estudio e investigación de los fenómenos que se relacionan a la estructura, la historia de la evolución del planeta tierra y condiciones físicas del mismo; abarca la investigación del interior de la Tierra, de su hidrosfera y de su atmósfera, englobando fenómenos como la gravedad, la electricidad y el magnetismo terrestre. La real academia resume el significado de geofísica como la parte de la geología que se encarga del estudio de física terrestre como tal.

Esta ciencia, en especifico, se ocupa de examinar los fenómenos naturales y su relación en el mundo terrestre interior, entre estos están los flujos de calor, el campo magnético terrestre, la fuerza de la gravedad y la propagación de ondas sísmicas; que para su estudio utiliza métodos cuantitativos físicos como la física de reflexión y refracción de ondas mecánicas, y un conjunto de métodos que se basan en la medida de la gravedad, de campos electromagnéticos, magnéticos o eléctricos y de fenómenos radiactivos. Por consiguiente esta ciencia también estudia los fenómenos extraterrestres, las manifestaciones de la radiación cósmica y del viento solar, que influyen sobre la Tierra.

Un geofísico se encarga de analizar los distintos comportamientos de la tierra entre ellos, la sismología, la oceanografía, la vulcanología, los tsunamis, cambios climáticos, caracterización de suelo, energías renovables, y muchos otros fenómenos o comportamientos de la tierra.

Historia

En la antigua Grecia se encuentran los primeros estudios rigurosos sobre la Tierra y el cielo, que aparecen también después en otras civilizaciones (Chinos, Mayas), destacándose Eratóstenes de Cirene quien a finales del siglo III a.n.e calculó con escaso error el radio terrestre, así como la distancia de la Tierra al Sol y la inclinación del eje planetario.

El conocimiento de la Tierra se aceleró desde el Renacimiento. El término geofísica es empleado inicialmente por Julius Fröbel en 1834 y otros autores en años siguientes, pero aparece publicado por vez primera en Alemania gracias a Adolf Mühry en 1863: Beitraege zur Geophysik und Klimatographie, y luego nuevamente en 1887 en el Handbuch der Geophysik de S. Günther.

Si bien hubo algunas prospecciones geofísicas informales ya desde la alta Edad Media, el primer aparato específico de prospección geofísica data de 1879, el magnetómetro de los alemanes Thalen y Tiberg, con el que prospectaron hierro exitosamente. Y la primera cátedra de geofísica se le debe a Emil Wiechert, en 1898 en Göttingen, Alemania.

Características

La Geofísica es la ciencia que estudia los campos físicos vinculados al planeta. Es decir, que estudia la Tierra mediante métodos de la física, de carácter indirecto, a fin de conocer su evolución y características actuales (geofísica pura) y también como herramienta de prospección de recursos (geofísica aplicada). Las ciencias más estrechamente vinculadas son, lógicamente, la Geología y la Física, y en menor grado la Geoquímica.

Describir y explicar los movimientos del aire, del agua y de la corteza terrestre. Conocer las fuerzas que mantienen estos movimientos, o que generan la formación de nubes cargadas de lluvia o nieve, de marejadas y olas gigantes, de [montañas] submarinas siempre en erupción. Explicar por qué la tierra hace 20 mil años atrás tenía muchas regiones cubiertas con hielo, o por qué en la actualidad se está sobrecalentando el planeta, o por qué el fenómeno El Niño produce impactos en todo el mundo.

Hablar de Geofísica es hablar de muchas disciplinas. Meteorología, Oceanografía Física, Hidrología, Sismología, Gravimetría, Geomagnetismo, Prospección Geofísica, entre muchas otras. La Geofísica es una disciplina experimental, pero también se puede ampliar el conocimiento a través de la teoría, y no sólo de la Tierra, sino incluso de otros planetas.

Objetivos

El estudio de la interrelación tanto en espacio como en tiempo de las diferentes rocas, el comportamiento en el pasado de éstas, según deducciones, el estudio de los minerales en las rocas ordinarias, dicho más brevemente, la aplicación de la geología y de la mineralogía- pueden restringir aún más la zona de prospección. Sin embargo, el área puede ser todavía demasiado grande para que las labores de exploración o cateo, tales como excavaciones y perforaciones, sean prácticas y económicas, por lo que son deseables nuevas restricciones.

Además, tanto la geología como la mineralogía dependen de la existencia de afloramientos de rocas, pero no siempre se dispone de éstos. Si existen, puede que no sean 10 suficientemente abundantes para que la situación de los yacimientos pueda predecirse con certeza razonable. Por otra parte, aunque las formaciones metalizadas sean bien conocidas, los yacimientos pueden hallarse ocultos a profundidad menor o mayor por debajo de la superficie accesible para el estudio directo geológico o mineralógico.

En realidad, este caso se da muy frecuentemente en la prospección moderna, ya que los yacimientos aflorantes han sido descubiertos desde hace mucho tiempo y en muchos casos están agotados. El papel del examen geológico de la superficie, pierde importancia con el desarrollo de la industria minera. Este es el momento en que la Geofísica -la aplicación de la Física al estudio de la Tierra- entra en escena. Los yacimientos suelen diferir en sus propiedades físicas (susceptibilidad magnética, conductividad eléctrica, densidad, etc.) respecto de las rocas que los rodean.

Observando adecuadamente las variaciones de las propiedades físicas del terreno, y mediante cuidadosa interpretación de los resultados, podremos eliminar extensas zonas como de escasa probabilidad para contener menas de ciertos tipos específicos, y encauzar investigaciones más detalladas sobre zonas reducidas y concretas. La elección de la zona inicial para el estudio geofísico, se hace frecuentemente tomando como guía consideraciones geológicas.

Las porciones que la Geofísica puede eliminar son, en términos muy generales, aquellas dentro de las cuales la propiedad física relevante del terreno no presenta variaciones significativas (anomalías), mientras que deben escogerse para ulterior investigación las zonas que muestran variaciones apreciables que puedan atribuirse razonablemente a cuerpos del subsuelo que difieren en dicha propiedad respecto de las rocas encajantes. En este sentido, la prospección de menas es una prospección directa, en contraste con la prospección petrolera, que es indirecta.

En la prospección de petróleo no se puede aprovechar ninguna propiedad física del mismo, sino que se ha de buscar estructuras geológicas capaces de actuar como almacenes petrolíferos. Con sólo datos geofísicos no puede decidirse si los cuerpos por ellos señalados corresponden o no a yacimientos mineros. No obstante, la combinación de estos datos con datos geológicos e información de otro tipo, así como con la experiencia previa, permite con frecuencia escoger algunas de las indicaciones como las que presentan mayor probabilidad de estar causadas por la mina buscada.

Las costosas labores de exploración, tales como perforaciones, calicatas y pozos, únicas capaces de dar la prueba definitiva de la existencia del mineral, pueden concentrarse en esos pocos lugares. Además, la interpretación detallada de las anomalías geofísicas suministra frecuentemente estimaciones confiables acerca de la profundidad, longitud, anchura, posición, más probables, de los cuerpos anómalos.

Estos datos proporcionan ayuda para el establecimiento de programas de explotación racionales y económicos para la estimación del tonelaje y valor del posible yacimiento y para la toma de decisiones sobre su explotación.

Ciencias afines

La Geología y la Física, y en menor grado la Geoquímica, son ciencias muy vinculadas con la Geofísica. Ahora bien, en su definición en sentido amplio están incluidas disciplinas a veces consideradas independientes, como Aeronomía, Meteorología, Oceanología, Hidrología otras que se vinculan con la geología como Geodinámica y Tectonofísica. La Planetología y la Astrofísica pueden, a su vez, considerarse emparentadas o hasta todavía más amplias, inclusivas de la Geofísica.

En un sentido más restringido están comprendidas la Gravimetría (conectada con la Geodesia), la Magnetometría (con Geomagnetismo y Paleomagnetismo), la Geoelectricidad, la Sismología y dos disciplinas también vinculadas con la geología: Radiometría (incluyendo Geocronología) y Geotermia (relacionada a la Vulcanología).

El Perfilaje de Pozos es una subdisciplina común a cada metodología geofísica, y ha tenido un enorme desarrollo principalmente a partir de los requerimientos de la exploración y explotación de hidrocarburos.

Científicos

• Para Gutemberg 1937, era la ciencia que estudia los fenómenos físicos que se verifican sobre la tierra o parte de ella, suficientemente grande, como para que este hecho sea capaz de imprimir al fenómeno físico un carácter especial.
• Para Lozano 1962 era la ciencia que estudia los campos físicos ligados a la Tierra.
• Sharma 1976 amplia los dominios de la ciencia, hasta el estudio de la atmósfera, reconociendo que, por lo general, se aplica el concepto en un sentido restrictivo, es decir sólo a la Tierra sólida. Dividía la Geofísica en Geofísica Global y en Geofísica de Exploración.

Ramas

Dentro de la Geofísica se distinguen dos grandes ramas

• La Geofísica Interna.
• La Geofísica Externa.

La Geofísica Interna

La Geofísica Interna analiza la superficie y el interior de la Tierra y las principales cuestiones que estudia son:

• Gravimetría, estudia el campo gravitatorio terrestre.
• Sismología, estudia los terremotos y la propagación de las ondas elásticas (sísmicas) que se generan en el interior de la Tierra. La interpretación de los sismogramas que se registran al paso de las ondas sísmicas permite estudiar el interior de la Tierra.
• Geomagnetismo, estudia el campo magnético terrestre, tanto el interno generado por la propia Tierra como el externo, inducido por la Tierra y por el viento solar en la ionosfera.
• Oceanología, estudia el océano.
• Paleomagnetismo, se ocupa del estudio del campo magnético terrestre en épocas anteriores del planeta.
• Geotermometría, estudia procesos relacionados con la propagación de calor en el interior de la Tierra, particularmente los relacionados con desintegraciones radiactivas y vulcanismo.
• Geodinámica, la interacción de estrés y fuerzas en la Tierra que causan movimiento del manto y de la litosfera.
• Prospección geofísica, usa métodos cuantitativos para la localización de recursos naturales como petróleo, agua, yacimientos de minerales, cuevas, o artificiales como yacimientos arqueológicos.
• Ingeniería geofísica o geotecnia, usa métodos cuantitativos de prospección para la ubicación de yacimientos de minerales e hidrocarburos, así como para las obras públicas y construcción en general.
• Tectonofísica, estudia los procesos geológicos en la Tierra.

La Geofísica Externa

La Geofísica Externa estudia las propiedades físicas del entorno terrestre.

• Meteorología, estudia la atmósfera y el tiempo atmosférico.
• Aeronomía.
• Estudio de la ionosfera y magnetosfera.
• Relaciones Sol-Tierra.