1 Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente 2º Bachillerato - Salesianos Atocha 2015-2016 Luis Heras

2 1. Recursos minerales Un yacimiento mineral es una acumulación natural de minerales debida a procesos petrogenéticos cuya concentración hace rentable su explotación. En él hay 2 partes: la mena, mineral de dónde se extrae el elemento químico deseado, y la ganga, mineral sin interés económico que acompaña a la mena.

3 TIPOS DE YACIMIENTOS: A) De origen endógeno: actividad metamórfica y magmática. Metamórficos: mármol, pizarra, granate… Magmáticos: Ortomagmáticos: cámaras magmáticas superiores a 800 ºC. Granito, diorita… y menas de Fe, Co, Ni, Cu. Pegmatíticos: cámaras magmáticas entre 600-800ºC. Menas de Sn, Li, U… gemas (esmeraldas, rubíes), cuarzo, feldespato y mica. Neumatolíticos: cámaras magmáticas entre 374-600ºC. Blenda, galena o magnetita, que son menas de Zn, Pb y Fe, respectivamente. Hidrotermales: fluidos enriquecidos con elementos metálicos disueltos. Oro, plata puros, minerales como la pirita… que son menas de Fe, Cu, Hg… Volcánicos: expulsados por volcanes: obsidiana, basalto…. Y menas de Fe, Zn, Pb, Cu.

4 B) De origen exógeno: a causa de la meteorización y los procesos de erosión, transporte y sedimentación. Yacimientos residuales: se crean por lixiviado (lavado) de los materiales más superficiales, y los que quedan debajo son los más resistentes (ricos a veces en oro y plata). Lateritas: depósitos de minerales de Fe. Bauxitas: depósitos de hidróxidos de Al. Gossans: capas superficiales de Mg y Fe. Yacimientos sedimentarios: por los agentes erosivos. Detríticos: se crean cuando el agente de transporte pierde su fuerza. Se forman así las gravas, arenas y arcillas. Un caso especial son los placeres, acumulaciones de minerales metálicos densos y resistentes a la acción de los agentes erosivos – muy frecuentes a lo largo de los ríos - y que originan depósitos de oro, plata, piedras preciosas y menas de Fe y Sn. Evaporíticos: los solutos disueltos, al evaporarse el agua, van formando capas cristalinas. Ej: yeso. De precipitación química: forman depósitos de Fe, Mn… Bioquímicos: Se originan por la acumulación de restos de seres vivos. Ej: calizas (restos de conchas y esqueletos). De rocas organógenas: generan petróleo, gas natural y carbón.

5 Menas de elementos de interés económico Realizar una selección de 4-5 materiales de interés de cada cuadro.

6 Minerales de interés económico

7 Rocas de interés económico

8 Rocas empleadas en la construcción (áridos) Los más significativos son: Bloques de piedra de las canteras (granito, caliza…) Arena y grava de los sedimentos fluviales Cemento: mezcla de caliza y arcilla calentada a altas T. Otros: hormigón, yeso, vidrio…

9 Explotaciones mineras Minas: explotaciones de minerales metalíferos. Canteras: explotaciones destinadas a la obtención de grandes bloques rocosos (denominados áridos) destinados a la construcción. Tipos de explotaciones: Subterráneas: perforación de pozos y excavación de galerías. A cielo abierto: para extraer minerales poco profundos, se quitan las capas que recubren el yacimiento.

10 Impactos derivados de la minería Atmósfera: provoca contaminación acústica, además de liberar grandes cantidades de polvo, incluso de sustancias radiactivas. Agua: Las aguas superficiales y subterráneas pueden resultar contaminadas de forma directa. Los ríos cercanos se llenan de sedimentos y se toma agua de ellos para las actividades mineras. También puede modificar las corrientes de aguas subterráneas. Suelo: Desaparición del suelo y pérdida de su capacidad productiva. También se genera contaminación., o queda cubierto por los escombros y deja de ser útil. Seres vivos: Se les priva de su hábitat, o lo transforman cambiando radicalmente el ecosistema. Por otro lado, provocan migraciones o dificultan el acceso a fuentes de agua y alimentos, zonas de nidificación. La contaminación los puede erradicar. Paisaje: Especialmente si son a cielo abierto, originan un gran impacto visual Medio humano: Las minas generan impactos positivos y negativos. Entre los primeros: puestos de trabajo y riqueza económica. En el plano negativo: destrucción de yacimientos arqueológicos/ paleontológicos, así como la privación del uso del suelo para otras actividades (agrícolas…). Además las sustancias emitidas pueden ser fuente de daño directo a las personas. Las explosiones usadas para fragmentar la roca pueden provocar grietas en infraestructuras.

11 Medidas correctoras Recuperación del suelo: relleno de cavidades para restaurar la morfología del terreno. Revegetación: una vez restaurado el suelo, mantiene y renueva el componente orgánico. Sujetar los taludes o disminuir la pendiente (evitar la erosión) Sistemas de drenaje: dado que el agua al almacenarse puede desprender la roca con facilidad. Planificación del uso: como zona recreativa, hacer un lago…

12 2. Recursos energéticos Los recursos son bienes (materias primas, formas de energía) que la humanidad obtiene de la naturaleza para satisfacer sus necesidades. Las reservas representan el conjunto de recursos realmente disponibles y económicamente viables con la tecnología actual (suele ser una pequeña proporción de los recursos). El término “reserva” es variable, pues el desarrollo tecnológico o el aumento de precio de un recurso puede convertirlo en reserva y viceversa.

13 Las “energías primarias” son las que se obtienen directamente de la naturaleza: ej: eólica, petróleo, carbón Las “energías secundarias” provienen de la transformación de energía primaria con destino al consumo directo o a otros usos: ej: gasolinas, electricidad

14 2.1 Combustibles fósiles Depósitos que se formaron hace millones de años a partir de restos orgánicos de animales y plantas muertas, a través de procesos muy lentos. Actualmente estamos volviendo a poner en circulación estas reservas a tal velocidad que estamos desequilibrando la capacidad de regeneración de la Tierra. Carbón Petróleo Gas natural

15 Carbón Es una roca sedimentaria que se origina a partir de la mineralización de restos vegetales depositados en el fondo de lagunas. Requiere que tras la deposición se produzca una fermentación anaeróbica por parte de las bacterias presentes, lo que solo es posible si: se produce un rápido enterramiento que impida el acceso del O2 o si se dan condiciones naturales de escasez de oxígeno, como en las turberas (encharcamiento, poca actividad microbiana por la baja temperatura y acumulación de materia orgánica muerta). Las bacterias transforman lentamente la celulosa y la lignina de los vegetales y enriquecen los restos en carbono, proceso conocido como carbonificación.

16 Según su grado de carbonización podemos distinguir cuatro tipos: Turba: Es un carbón con un contenido de carbono entre el 45 y el 60%, en el que todavía se observan restos vegetales. Lignito: Su contenido en carbono es del 60-70%. Hulla: Contiene un 75-90% de carbono. Antracita: Es un carbón con un 90-95 % de carbono, producido por metamorfismo sobre la hulla. (si se siguiera enriqueciendo, generaría grafito, un mineral de carbono puro)

17 Impactos asociados a la extracción y procesamiento del carbón Gran cantidad de polvo que ensucia los alrededores y pone en peligro la salud de sus habitantes. Los mineros pueden padecer silicosis por inhalación de polvo de carbón. La lluvia que cae sobre las escombreras arrastra materiales hacia las corrientes de aguas superficiales y acuíferos, contaminándolos. Colapsos de tierra, impacto paisajístico.

18 Petróleo Es un líquido oleoso compuesto por una mezcla de hidrocarburos. Se crea por fermentación anaerobia y posterior transformación geológica durante millones de años de restos de plancton depositados en los fondos de lagos o mares. La continua deposición de material aumenta la presión y temperatura a las que se ve sometida una masa fangosa inferior llamada sapropel. El material comprimido empieza un proceso de maduración geológica, y los restos orgánicos y sus alrededores se van convirtiendo en depósitos petrolíferos. El petróleo se suele extraer de rocas almacén (rocas porosas impregnadas de petróleo) cercanas al sapropel. Si el proceso de maduración continua, pueden aparecer fragmentos hidrocarburos de menor peso molecular que generan bolsas de gas natural.

19 Impactos de la extracción y el procesamiento del petróleo Se extrae perforando los estratos mediante torres de perforación. Normalmente los gases subterráneos empujan hacia arriba el petróleo, si la presión no es suficiente habría que inyectar fluidos o usar bombas. Para que el petróleo sea utilizable se somete a destilación fraccionada. Los riesgos van asociados a: construcción de la instalación de la explotación y oleoductos pérdidas durante extracción, refinamiento y transporte.

20 Medidas preventivas ante las mareas negras Medidas preventivas Doble casco en los petroleros Vigilancia de rutas por satélite Legislación adecuada que regule el tráfico y actividades petrolíferas Medidas correctoras Aislar el perímetro con flotadores Microorganismos capaces de descomponer el petróleo Incendiar la masa de petróleo Limpiado de rocas y playas, de animales impregnados

21 Gas natural Es una mezcla de hidrocarburos gaseosos que se encuentra en depósitos rocosos en el interior de la litosfera. Más del 75% es CH4, con mezcla de butano y propano, entre otros. Su origen está asociado al del petróleo, aunque requiere presiones y temperaturas mayores.

22 Impactos de la extracción y el procesamiento del gas natural Se extrae del mismo modo que el petróleo. Es frecuente que se extraigan ambos de un mismo yacimiento. Su transporte se realiza mediante gasoductos o metaneros (buques). Se licúa enfriándolo y una vez que ha llegado a su destino, se vuelve a convertir en gas. Los impactos que genera son los mismos que los del petróleo: asociados a su extracción, transporte y refinamiento.

23 Centrales térmicas Es donde se libera por combustión la energía contenida en los combustibles fósiles. El calor liberado es usado para generar corriente eléctrica. Centrales tradicionales: la quema de combustible genera calor que se utiliza para calentar agua y transformarla en vapor. Este vapor a gran presión mueve unas turbinas que generan la corriente eléctrica. R = 30% Centrales de cogeneración*/ciclo combinado*: se aprovecha en primer lugar el gas en combustión para mover una turbina y generar electricidad, y el calor residual que aún tiene el aire se aprovecha para otros fines (mover otra turbina de vapor, calefacción, agua caliente). Aumenta la eficiencia energética. R= 55%. *Cogeneración: energía eléctrica + energía térmica útil. *Ciclo combinado: doble producción de energía

24 2.2 Minerales radiactivos Los elementos radiactivos desprenden energía al desintegrarse. El más fácil de obtener y aprovechar es el uranio. El isótopo útil es el 235 U (0,7% del U total, debe enriquecerse para aumentar su concentración mediante métodos físicos). Fisión: Al ser golpeado por un neutrón se fragmenta en 141 Ba + 92 Kr + energía + 3 neutrones (que pueden fisionar más núcleos de 235 U, generando una reacción en cadena). La energía se aprovecha como en la central térmica: generando vapor y moviendo turbinas.

25 Centrales térmicas nucleares Fisión: un circuito cerrado de agua se calienta al estar en contacto con los núcleos y calienta otro sistema aislado de agua (así no se contamina) que mueve las turbinas. Se aíslan con moderador de neutrones (agua pesada D2O o grafito). Las centrales están diseñadas para liberar la energía de forma controlada, para evitar fugas y para almacenar sus propios residuos. Fusión: unión de varios núcleos de hidrógeno ( 2 H + 3 H) para formar uno mayor ( 4 He), con gran liberación de un neutrón y mucha energía. Aún en investigación para vencer las grandes fuerzas de repulsión atómicas.

26 Además de los riesgos de una mina, la extracción y manipulación de uranio conlleva riesgo de contaminación del agua, suelo y atmósfera. Si ocurre, se aisla la zona. Se depura o se almacena el material contaminado, o bien se espera a que descienda por medios naturales.

27 Tipo de energíaVentajasInconvenientes Combustibles fósiles Elevado rendimiento Fácil extracción Precio no muy elevado Contaminación atmosférica, del agua y del suelo Incrementan el efecto invernadero No son renovables Crean dependencia energética Energía nuclear Se puede producir en cualquier parte Tiene elevado rendimiento energético No emite CO2 con la tecnología adecuada Es peligrosa (fugas, accidentes) Problema de qué hacer con los residuos radiactivos Carece de aceptación social No es renovable

28 PAU 2015 Junio En las figuras adjuntas (Figura 1) se representa el origen de la energía eléctrica y de la energía total consumida en España en 2013, por fuentes de energía (a y b, respectivamente). a) Analice los datos de la gráfica a) y realice un juicio crítico del modelo de producción de energía eléctrica en España en 2013. b) Analice y justifique las principales diferencias que se observan en la producción de electricidad y el consumo de energía total (gráficas a y b). c) Defina los conceptos de recurso energético y reserva energética y a qué tipo de energías de las que aparecen en las figuras puede aplicarse. d) Indique dos ventajas y dos inconvenientes de la energía eólica.

29 2.3 Energía geotérmica Energía calorífica que desprende el interior de la geosfera. El calor se aprovecha para mover unas turbinas que generan la electricidad. Tipos de yacimientos Yacimientos húmedos: acuíferos de aguas termales y géiseres. Extraen el agua, la usan para obtener energía y la vuelven a inyectar. Yacimientos secos: piedras calientes en las profundidades. Se inyecta agua que se calienta al contacto con ellas, la sacan para obtener energía y la vuelven a inyectar

30 *Renovable: - Las tasas totales de consumo son inferiores a las de su generación en la naturaleza. Ventajas Renovable* No genera gases invernadero Producción barata Desventajas La perforación puede llevar riesgos (gases venenosos, microsismos…) Sólo en algunas regiones

31 2.4 Gestión de los recursos energéticos Nuestra base actual es sobre todo de recursos no renovables: Distribución amplia: problemas geopolíticos, ambientales Se agotarán en las próximas décadas Causan calentamiento global Habría que reducir poco a poco su demanda, la dependencia energética (con sus costes asociados) y sustituirlos por renovables. También hay que priorizar el uso eficiente de la energía (bombillas, coches de bajo consumo, transporte público, mejora de la red eléctrica…) y de las medidas administrativas (subvenciones al ahorro…)

32 3. Riesgos geológicos Toda situación de peligro debida al medio geológico que pueda provocar daño a personas o bienes y que se puede predecir, prevenir y corregir. Tipos: Internos: generados por la dinámica interna: terremotos, tsunamis, volcanes. Externos: inundaciones, movimientos de ladera, colapsos. Inducidos: antrópicos (ej: inundaciones por rotura de una presa, colapsos por explosiones…)

33 El riesgo depende de: Peligrosidad: probabilidad de que ocurra una catástrofe en un lugar e intervalo de tiempo determinado. Exposición: cantidad de personas y/o bienes que pueden sufrir el riesgo. Vulnerabilidad: susceptibilidad o grado de preparación de personas y/o bienes para resistir el riesgo. Riesgo = P · E · V

34 3.1 Riesgo sísmico Los terremotos están causados por la repentina liberación de la tensión acumulada en las rocas. Su origen puede ser por movimientos de placas, erupciones o bien por origen antrópico (embalses, infraestructuras…) La peligrosidad sísmica viene determinadas por la magnitud, la intensidad y la duración del terremoto.

35 Magnitud sísmica: cantidad de energía elástica liberada por un terremoto, que es indicativa de la cantidad y fuerza de las oscilaciones generadas. Es un dato objetivo. Se calcula a partir de las medidas de los sismógrafos. Hay que calcular Es (energía elástica) a partir de: log Es= 11,8 + 1,5·M ( donde M es la magnitud ) M = log A + 3 log 8  t - 2,92 ( donde A es la amplitud de las ondas P y S en mm, y  t el tiempo transcurrido en seg entre la aparición de las ondas ) Ej: el sismógrafo determina que la longitud de las ondas P y S es de 3·10 -3 m, y aparecen cada cuarto de minuto. Calcule la magnitud y el valor de la energía elástica.

36 La magnitud se mide empleando la escala de Richter, que es logarítmica (eso implica que un terremoto de magnitud 5 es diez veces mayor que uno de magnitud 4). El mayor terremoto conocido (Indonesia en 2004) tuvo una magnitud de 9.

37 Intensidad sísmica: se relaciona con los efectos sobre las personas y el grado de daño sobre las estructuras. Es subjetiva, evalúa los daños, y va a depender de la edificación y población de la zona. Se usa la escala de Mercalli que tiene 12 niveles proporcionales.

38 El sureste de España es una región sometida a riesgo sísmico, debido a la reciente creación del Mediterráneo por el choque de la placa Africana contra Europa, y a las colisiones de la Placa Ibérica y la Placa de Alborán en las Cordilleras Béticas. Los Pirineos tienen cierta sismicidad, ya que debajo de las cordilleras se da la falla entre placas.

39 Predicción sísmica: es muy difícil saber dónde y cuándo ocurrirá. Aquí hay algunas aproximaciones: Aumento de los microsismos: inicio de la fracturación de las rocas subterráneas, registrados por el sismógrafo y por la conducta animal. Liberación de gas radón almacenado en las rocas. Oscilaciones del agua en los pozos Cambios en la conductividad eléctrica de las rocas y en el magnetismo local Estudios históricos: frecuencia de los sismos e intervalos de tranquilidad entre ellos.

40 Prevención sísmica: Medidas estructurales Evitar alterar la topografía al construir Construir los edificios separados unos de otros Adecuar las viviendas con medidas sismorresistentes: cimientos amortiguadores, usar materiales flexibles, incluir reforzamiento interno… Medidas no estructurales: Elaborar una cartografía de riesgos Ordenación del territorio: para disponer cada zona de la mejor forma para resistir el seísmo Protección civil: educación, planes de evacuación Seguros de riesgo sísmico

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42 3.2 Riesgo volcánico Va a depender de varios factores que pueden presentarse: Tipo de erupción: son más violentas si los magmas son ácidos, si emiten más material y si las nubes son altas. Se mide con el índice de explosividad volcánica (IEV) que tiene 8 niveles.

43 La explosividad está relacionada con la viscosidad del magma y el contenido en gases. Si el magma es muy viscoso, atrapará al gas hasta que reviente provocando explosiones.

44 Gases (posible asfixia) lavas (riesgo bajo, se mueven muy lentamente) y piroclastos (pueden volar lejos en forma de ardientes nubes piroclásticas, causando daños por incineración y dificultad respiratoria) Formación de calderas: por desplome de la cámara, con riesgo sísmico Formación de domos: la lava es tan densa que tapa el cráter y puede originar explosiones muy violentas. Peligros indirectos: tsunamis, movimientos de laderas y lahares (mezclas de cenizas con agua de alrededor que crea corrientes de gran fuerza y puede sepultar zonas).

45 Predicción volcánica: al igual que con los sismos, hay aproximaciones. Seísmos y deformación del terreno Emisión de gases, más comunes como el CO2, o más específicos como el Rn o el He Cambios en el potencial magnético y potencial eléctrico de las rocas locales. Estudios históricos: establecer el riesgo y la actividad de un volcán.

46 Prevención volcánica Medidas estructurales: Construir diques y túneles para desviar la lava Edificaciones con tejados muy inclinados para que los piroclastos no se acumulen Refugios incombustibles y con ventilación interna Medidas no estructurales: Cartografía de riesgos Ordenación del territorio Protección civil Seguros

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48 3.3 Diapiros Masas de rocas plásticas que ascienden atravesando los estratos y emergen (100 -3000 metros de diámetro). Además pueden disolverse con el agua. Se pueden detectar y ordenar el terreno para evitar la inestabilidad asociada a cuando surgen y desaparecen.

49 3.4 Inundaciones Causan avenidas: se desborda una cuenca hidrográfica debido a un aporte de agua muy superior al que admite. Orígenes: Gota fría, lluvias torrenciales, huracanes, deshielo, mareas…. Rotura de presas y alteración de cuencas por parte humana. La peligrosidad de una inundación viene dada por: Velocidad de la corriente (V): determinada por la pendiente Caudal (Q): volumen que pasa por una sección transversal de la corriente (A) en un tiempo determinado. Se calcula: Q = A · V

50 Tipos de avenidas Crecidas frontales: precipitaciones continuas de carácter persistente prolongada durante varias jornadas. El caudal punta se mantiene durante varios días. Crecidas relámpago: lluvias muy fuertes en periodos de tiempo muy cortos, la cuenca se llena súbitamente con gran rapidez. El caudal punta está muy concentrado en un tiempo corto.

51 El caudal depende de… Precipitaciones: el agua de lluvia discurre por escorrentía y se une al caudal. Si supera los 200 l/m 2 se considera lluvia torrencial. Deshielo: hielo/nieve de las montañas se une al caudal Infiltración: si el terreno es permeable, el agua se infiltra a capas profundas, disminuyendo la escorrentía superficial. La vegetación también retiene al agua y facilita la infiltración. El agua infiltrada no se suma al caudal, a no ser que atraviese estratos permeables. Estaciones: el hidrograma de un río define que el caudal varía a lo largo del año

52 Predicción de inundaciones Predicción metereológica: gota fría, lluvias torrenciales, huracanes…. Estudio de hidrogramas: variación del caudal fluvial respecto al tiempo para ver sus variaciones periódicas, y saber cuándo se producen históricamente los periodos donde hay aumentos de caudal pronunciados con posible riesgo. (Máximo caudal: crecida/avenida. Mínimo caudal: estiaje) Curva de concentración: aumento del caudal a consecuencia de la tormenta Punta del hidrograma: máximo caudal registrado Curva de descenso Curva de agotamiento: fin de la tormenta

53 Prevención Medidas estructurales Construcción de embalses reguladores: retiene el agua y la libera de forma controlada. Modificación de cauces: ampliación de cauces, desvíos, dragado para darles más profundidad, construcción de diques, limpieza de obstáculos. Revegetación: frena el agua de escorrentía y facilita su infiltración. Medidas no estructurales: cartografía de riesgos. Incluye una simulación de la avenida usando los SIG. Ordenación del territorio Protección civil Seguros

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55 a) Dibujo del hidrograma (0,5 p) Representa un evento muy rápido, del tipo inundaciones relámpago. El hidrograma es el característico de una crecida en el que la concentración del caudal máximo se produce de forma muy rápida. En general en este tipo de crecidas los hidrogramas son muy apuntados, con el tiempo de base corto, ascenso empinado y descenso algo más lento. (0,5 p) b) El alumno debe explicar los fenómenos de tipo gota fría. En el caso de las cuencas hidrográficas del Mediterráneo las crecidas se relacionan con fenómenos convectivos asociados a las llamadas gotas frías como una situación frecuente (no exclusiva) en el área mediterránea de la Península Ibérica, sobre todo a finales de verano y comienzos de otoño. (1 punto) c) Canalización y construcción de diques a ambos lados del cauce Desviación de cauces Embalses (0,5 puntos cada medida)

56 3.5 Movimientos de ladera Es difícil establecer dónde acaba la causa natural y dónde comienza la irresponsabilidad humana. Predicción Estudio de las masas de roca. Prevención Medidas estructurales: Drenaje para evitar el agua que cause desplazamientos Revegetación de laderas (retendrá el agua y partículas sueltas) Estructuras de soporte (muros, mallas) Anclaje de rocas Zanjas Geotextiles: tejidos sintéticos resistentes a la tracción. Modificación de taludes (disminuir o rellenar pendientes) Medidas no estructurales: cartografía de riesgos para la ordenación del terreno.

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58 3.6 Suelos colapsables y subsidencias Hundimientos del terreno. Los colapsos son más rápidos, ocurren por el derrumbe de una cavidad kárstica o mina, mientras que las subsidencias son lentas y ocurren por extracción de fluidos (agua, petróleo).

59 Se predice estudiando la potencia del subsuelo y de sus cavidades. La prevención es fundamentalmente de ordenación de territorio, relleno de cavidades y evitando esas actividades humanas. Por ejemplo, la ciudad de Murcia está sobre acuíferos explotados en tal punto que la ciudad se hunde lentamente y asciende cuando los acuíferos se recargan.

60 3.7 Suelos expansivos Ricos en arcillas. Se hinchan mucho con el agua y se agrietan al perderla. Las estructuras construidas sobre ellos peligran: caída de muros, deformación de pavimento, rotura de redes urbanas… Prevención: Estabilizar el suelo arcilloso con cal Impermeabilizar la zona Cimentar sobre un estrato rocoso inferior a las arcillas