Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2014

Geodesia Física y Geofísica I semestre, 2014 Ing. José Francisco Valverde Calderón Email: jose.valverde.calderon@una.ac Sitio web: www.jfvc.wordpress.com Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2014 Prof: José Fco Valverde Calderón

Tectónica de placas • En 1915, Alfred Wegener, “padre” de la tectónica de placas, mientras trabajaba cerca del Polo Norte, vio que su aguja de la brújula no señalaba al PN. • Esto quería decir que el norte verdadero y el norte magnético estaban en dos lugares separados. Wegener teorizó que los polos (norte y sur) “vagaban” con tiempo. Él lo llamó “deriva polar” • También notó como los continentes se armaban como un rompecabezas muy notorio entre la costa occidental de África y la costa del este de América del sur. Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2014 Prof: José Fco Valverde Calderón

Tectónica de placas • Además, las rocas en estos lugares son del mismo tipo, misma edad y con igual tipo de fósiles. • Su teoría revisada se conoce como “deriva continental • Wegener murió de un ataque al corazón durante un viaje donde estudiaba los glaciares cerca del Polo Norte a principios de 1930 y su trabajo fue olvidado virtualmente por varias décadas. Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2014 Prof: José Fco Valverde Calderón

Tectónica de placas • Evidencia adicional usada por Wegener para apoyar la hipótesis de la deriva continental: • Las montañas se alinean en el hemisferio norte • América del Norte, Europa, América del Sur, y África se agrupan. • Otra explicación de Wegener era que África, América del sur, la India, y Australia sufrieron una glaciación al mismo tiempo. Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2014 Prof: José Fco Valverde Calderón

Tectónica de placas • Se parte de dos postulados: • Que la Tierra consiste en una “litosfera”, fría y por tanto rígida y la “astenósfera”, caliente y por tanto dúctil. • La litosfera consiste en un conjunto de placas (casi) rígidas, que se mueven sobre la astenósfera. • La energía interna de la Tierra es disipada en los márgenes de placa por medio de terremotos (mecánicamente) y vulcanismo (térmicamente). • Los movimientos de las placas rígidas son gobernados por leyes matemáticas que rigen los movimientos en una esfera. • El movimiento entre dos placas puede ser definido por un polo de rotación (polo de Euler) y por la velocidad angular relativa. Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2014 Prof: José Fco Valverde Calderón

Tectónica de placas Cadena montañosa Fosa oceánica Zona de subducción Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2014 Prof: José Fco Valverde Calderón

Leyes de la tectónica de placas • La superficie de la Tierra está dividida en placas rígidas (segmentos esféricos de aprox. 100 Km. de espesor) que forman la litosfera. • Las placas se crean en las dorsales oceánicas • Las placas se mueven sin deformación en un medio viscoso. • Las placas se destruyen en las zonas de subducción • La parte continental de una placa no es sumergible • Los límites de placas se definen por métodos sísmicos. Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2014 Prof: José Fco Valverde Calderón

Zona de subducción “frente” a Costa Rica Estación ISCO Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2014 Prof: José Fco Valverde Calderón

Zona de subducción (gravimetría) Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2014 Prof: José Fco Valverde Calderón

Tectónica de placas • La teoría de la tectónica de placa propone que las placas rígidas se mueven a través de la superficie de la Tierra. Hay aproximadamente 12 placas importantes y 8 de menor importancia que se mueven una con otra. • Algunas se separan, otras se empujan y algunas se mueven horizontalmente. • El movimiento de la placa se da por uno o más de los mecanismos siguientes: • Convección: calor transferido por el movimiento de un líquido • Conducción: calor transferido por la fricción de las placas. • Push-PullSlab (movimiento reciproco de las placas): placas densas van hacia abajo y el magma genera fuerzas ascendentes. • Varios procesos geológicos ocurren en los límites o márgenes de las placas: 1. Los volcanes tienden a entrar en erupción en los márgenes de placa como resultado de la subducción. 2. Los terremotos ocurren donde las placas se oponen unas contra otras. 3. El cinturón montañoso ocurre mientras que una placa es empujada sobre otra. 4. El “seafloor” (suelo oceánico) ocurre donde dos placas oceánicas se separan. Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2014 Prof: José Fco Valverde Calderón

Zonas de colisión Continente vs. Oceánica Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2014 Prof: José Fco Valverde Calderón

Zonas de colisión Oceánica vs. Oceánica Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2014 Prof: José Fco Valverde Calderón

Zonas de colisión Continente vs. Continente Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2014 Prof: José Fco Valverde Calderón

Ejemplo de colisión Continente vs. Continente: India vs. Asia Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2014 Prof: José Fco Valverde Calderón

Colisión de la Placa Índica con la placa Euroasiática Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2014 Prof: José Fco Valverde Calderón

Limites entre placas, divergente Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2014 Prof: José Fco Valverde Calderón

Limites entre placas, Convergente Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2014 Prof: José Fco Valverde Calderón

Limites entre placas, transforme Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2014 Prof: José Fco Valverde Calderón

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Tectónica de placas Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2014 Prof: José Fco Valverde Calderón

Modelo NNR-Nuvel-1A Tomado de: http://www.dgfi.badw.de/fileadmin/platemotions/index.html Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2014 Prof: José Fco Valverde Calderón

Modelo PB2002 (52 placas) Tomado de: http://www.dgfi.badw.de/fileadmin/platemotions/index.html

Modelo APKIM2005 Tomado de: http://www.dgfi.badw.de/fileadmin/platemotions/index.html

Estructura interna de la Tierra Clasificación de las capas en función de su composición:CortezaCorteza OceánicaCorteza ContinentalMantoNúcleoClasificación de las capas en función de sus propiedades físicas:LitosferaAstenosferaMantoNúcleo

Corteza • La corteza oceánica tiene un espesor aproximado de 7 km y esta conformada en su gran mayoría por basaltos. • La corteza continental tiene un espesor aproximado de 30 km a 60 km y esta conformado por rocas de tipo ígneo, sedimentario y metamórfico.

Estructura interna de la Tierra • Manto: Capa entre la corteza y el núcleo de la Tierra. • Esta conformado por silicatos ferro-magnesianos. • La astenosfera es parte del manto terrestre. • Esta tiene una viscosidad suficiente baja como para generar el lento movimiento de las placas tectónicas. • Núcleo externo: Es una capa liquida conformada por Hierro y Níquel fundido. • Núcleo interno: Se sabe que esta conformado por Hierro, Níquel y otros metales, sin embargo, no se sabe a ciencia cierta porque se encuentra en estado sólido. • La teoría mas fuerte referente al porque la Tierra tiene un campo magnético, indican que esta composición del núcleo terrestre es la responsable de este fenómeno.

Estructura interna de la Tierra Corteza Manto Núcleo externo Núcleo interno Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2014 Prof: José Fco Valverde Calderón

Estructura interna de la Tierra

Geodinámica • El poliedro fundamental • La rotación de la Tierra en el espacio es una función complicada, dependiente del tiempo, que puede ser representado como una combinación de : • rotación variable • movimiento del polo, • nutación y precesión • (todos ellos variando con el tiempo) • Para el TRS, las posiciones de las estaciones se definen una época arbitraria de referencia. • Las posiciones se determinas a partir de observaciones de SLR, VLBI y GPS • Estas posiciones definen un "poliedro fundamental". • Implícitamente en las coordenadas de los vértices tenemos los ejes cartesianos convencionales que definen el TRF (TerrestrialReferenceFrame, Marco de Referencia Terrestre)

Geodinámica • El mantenimiento del marco de referencia implica relacionar el poliedro, rotado, trasladado y deformado en una época posterior con el poliedro fundamental. • Las deformaciones del poliedro son, por definición, aquellos movimientos que no contienen rotaciones o traslaciones (en los ejes). • Las deformaciones son acomodadas, al menos en un primer orden, añadiendo al catálogo de estaciones, velocidades de las estaciones derivadas de un modelo de placas global y/o medidas geodésicas de largo periodo • El sistema de referencia: • No cambia, a menos que se defina uno nuevo, por supuesto. • Esta fijo a las posiciones de la estación en t0, el poliedro fundamental. • Consiste en unos ejes cartesianos espaciales con un origen y orientación particular. • El marco de referencia es el que cambia y se mueve con el poliedro.

Geodinámica • El sistema no es sólo un conjunto de posiciones cambiantes, sino cualquier cosa que influya en esas posiciones: • Posiciones iniciales • Modelo de placas • Modelo de gravedad • Constantes fundamentales • Modelo de precesión y nutación • El posicionamiento, por tanto, está ligado al sistema de referencia. El sistema de referencia está realizado por el marco, el cual está definido por las posiciones de las estaciones, modelos físicos, marcos de referencia y sistemas de referencia. • Las posiciones geodésicas espaciales son un proceso de mejoras incrementales en las posiciones de las estaciones, modelos físicos, marcos de referencia y sistemas de referencia.

Modelado del movimiento entre placas • Uno de los factores que afectan a la rotación de la Tierra es el movimiento de placas tectónicas. • Debido a que estas placas se mueven, las coordenadas consideradas como fijas se vuelven inconsistentes. • Las observaciones actuales de las placas son consistentes con las medias observadas geológicas deducidas en millones de años. • Fijando cualquier placa a una velocidad cero se obtienen las velocidades relativas en el modelo NUVEL1. • Estas velocidades están obtenidas de datos paleomagnéticos, azimutes de fallas de transformación, vectores desplazamiento en terremotos.

Fenómenos que deforman la corteza • Atracción por la Luna y el Sol • La atracción gravitacional del Sol y La Luna induce deformaciones maréales en la Tierra sólida. • El efecto es que las coordenadas de las estaciones varían periódicamente. • Para una observación GPS no tener en cuenta variaciones de marea será más grande cuanto mayor sea la base línea. • En principio, los modelos de mareas terrestres necesitan ser definidos como parte del TRS • Carga oceánica • Es la respuesta elástica de la corteza de la Tierra a las mareas oceánicas. Pueden alcanzar decenas de milímetros para estaciones cercanas a los escudos continentales. • Carga atmosférica • Es la respuesta elástica de la corteza terrestre a la variación temporal de la distribución de presión atmosférica. Tiene magnitudes de varios milímetros en el desplazamiento vertical de la estación. Al contrario que la carga oceánica, no tiene una fuerza generadora periódica definida.

Fenómenos que deforman la corteza • Marea polar • Es la respuesta elástica de la corteza de la tierra causada por los desplazamientos en el polo de rotación. • Considerando que las componentes del movimiento del polo son del orden de 10m o menos, el máximo desplazamiento es de 10-20 mm. • Efectos regionales y locales • Deformaciones cosísmicas y post-sísmicas, con magnitudes hasta de varios metros y varios mm/día • Rebote postglacial (mm/año en vertical ) en altas latitudes. • Inestabilidad de la monumentación • Efectos no físicos • Antena GPS desplazada o no orientada adecuadamente, con altura mal introducida. • Errores en la unión del pilar GPS al punto VLBI (colocaciones) • Errores similares se producen cuando se mezclan antenas con diferentes características de centro de fase. Se requiere siempre una cuidadosa calibración de antena

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