Geofísica

Es la aplicación de los principios y prácticas de la Física para la resolución de los problemas relacionados con la tierra midiendo de modo indirecto las variaciones de las magnitudes físicas en el espacio y el tiempo.

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Como ocurre en otras ciencias, la Geofísica se divide en dos partes Geofísica Pura y Geofísica Aplicada.

Se denomina Geofísica Pura a la investigación del planeta en que habitamos con fines de conocimiento científico.

Geofísica Aplicada es el estudio de prospectos de interés económico, buscando anomalías de los campos físicos terrestre utilizando tecnología que le permite obtener algún beneficio para la humanidad.

El objetivo principal y actual de la Geofísica es la determinación de la estructura y composición de la Tierra, así como la historia  de sus variaciones pasadas, presentes y futuras.

En la geofísica se distinguen dos grandes ramas:

La Geofísica interna que analiza el interior de la Tierra como son:

Sismología.- Que 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.

Geotermometría, estudia los procesos relacionados con la propagación de calor en el interior de la tierra, particularmente los relacionados con desintegraciones radioactivas y vulcanismo.

Geodinámica, estudia la interacción de esfuerzos y deformaciones en la tierra que causan movimientos 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 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.

Oceanografía u  Oceanología,  estudia el océano.

Meteorología, estudia la atmósfera y el tiempo atmosférico, circunscribiéndose a la Tropósfera.

Aeronomía, es la ciencia que estudia las capas superiores de la atmósfera.

Climatología, estudio del clima terrestre actual y en el pasado geológico.

Estudio de la ionosfera y  magnetosfera.

Clasificación de los métodos geofísicos

Todos los métodos geofísicos estudian la repartición en profundidad de alguna determinada propiedad físico-química de las capas del subsuelo, o de alguna característica relacionada con dichas  propiedades.

1.- Método gravimétrico- Está basado en el campo natural de la gravedad y estudia la variación de la componente vertical del campo gravífico terrestre.

Las pequeñas variaciones o anomalías de la gravedad debida a estos  hechos  u otros  análogos podrán ser detectados con instrumentos adecuados.

El método gravimétrico se emplea como método de reconocimiento general en prospección petrolífera, mientras en minería se suele emplear, generalmente como método de comprobación.

2.- Método magnético- La tierra es un imán natural y da lugar al campo magnético terrestre. Las pequeñas  variaciones de este campo, pueden indicar la presencia en profundidad de sustancias magnéticas, que en algunos casos pueden ser minerales de interés comercial como la magnetita, la pirrotina, la ilmenita, la jacobsita, etc. También, existen minerales de interés asociados a sustancias magnéticas, como por ejemplo los sulfuros de Cu, Pb y Zn que frecuentemente se presentan con pirrotina u otros minerales magnéticos.

Los métodos magnéticos se utilizan como métodos de reconocimiento general en prospección petrolífera  y de reconocimiento y detalle en prospección minera.

3.- Métodos sísmicos- Produciendo artificialmente, un pequeño terremoto y detectando los tiempos de llegada de las ondas producidas, una vez reflejadas o refractas en las distintas formaciones geológicas, podremos llegar a una imagen muy aproximada de las discontinuidades sísmicas. Estas discontinuidades coinciden, generalmente, con las discontinuidades estratigráficas.

Los métodos sísmicos se dividen en dos clases: de reflexión y de refracción.

El método sísmico  de reflexión es el más empleado en prospección petrolífera y es un método de detalle.

El método sísmico de refracción es un método de reconocimiento general y de detalle, sobre todo en prospección petrolífera, pero su empleo es más reducido.

4.- Métodos eléctricos- Utilizan las variaciones de las propiedades eléctricas, de las rocas, y minerales, en general su resistividad. Generalmente, excepto en los métodos autopotencial, telúrico y AFMG que utilizan campos eléctricos naturales, emplean un campo artificial eléctrico creado en la superficie, por el paso de  una corriente en el subsuelo.

Nociones útiles en  geofísica

Noción de escala espacial y temporal- Un estudio geofísico está definido de un espacio que depende del objeto estudiado. A veces las medidas se hacen a lo largo de un perfil o dentro de un bloque 3D, pero generalmente están adquiridas de manera puntual dentro de una malla (cuadricula) con un espacio entre medidas especifico y función de la precisión deseada.

En geofísica, la dimensión de los campos pueden extenderse dentro de 5-6 órdenes de magnitud, desde la escala pequeña (de 1 hasta 10 metros) para la ingeniería civil o al arqueología hasta una escala de 10.000 km. para un estudio global (espacio entre malla: 10 km).

La escala temporal va desde el segundo hasta el millones de años.

Medida y precisión sobre la medida – Una medida tiene interés solamente si conocemos el margen de error que puede tener esta medida siempre, buscamos una señal  dentro de un ruido. Lo que vamos a interpretar, es una colección de datos, el muestreo tiene que ser de acuerdo con la dimensión del objetivo a alcanzar.

Tipos de errores:
-error de los aparatos de medición
-error de los operadores
-error efectuado dentro de las correcciones de las medidas (como la corrección de posición o topográfica)
-error aleatorio
-error sistemático como un ruido ambiental (electrónico, meteorológico, carretera….)
-error de muestreo

La precisión sobre la medida representa un factor importante para poder interpretar cualquier señal dentro de un ruido y dependen del objetivo a alcanzar. El geofísico siempre busca el mejor cociente señal sobre ruido a través del procesamiento
La precisión sobre la medida es diferente de la  resolución de los aparatos. La precisión incluye también todos los parámetros antes mencionados.

Noción de modelo – A partir de las medidas de superficie, el geofísico va a establecer una estructura teórica que podrá acercarse lo más posible de las medidas. Tal estructura se llama un modelo.

-Si aumentamos los datos (un mallado más fino o complemento de datos de otro método), podemos afinar el modelo y mejoralo.

-Nunca el modelo es único. En teoría, siempre va a existir una infinidad de modelos que puedan explicar una serie de datos. En realidad, el número de modelo va a ser limitado para que sea aceptable de un punto de vista geológico.

-Es importante definir la escala del modelo.

Noción de anomalía- Por definición, la anomalía representa la diferencia entre el valor medido en un punto de un parámetro y el valor teórico de este mismo parámetro en el mismo punto. El cálculo del valor teórico se hace mediante un modelo teórico.
Se habla también de anomalía del subsuelo cuando un cuerpo ajeno se encuentra  dentro de un medio encajante.

La interpretación de las anomalías se hace mediante un modelado, 2 métodos para hacer este modelado:

-método directo: parte de un modelo inicial del subsuelo  - calculamos a partir de este modelo  los datos teóricos y los comparamos con los datos reales

-método inverso o inversión: parte de los datos reales – calculamos a partir de los datos reales un modelo teórico – calculamos a partir de este modelo los datos teóricos y los comparamos con los datos reales.

Siempre que no coinciden los datos reales con los teóricos, modificamos el  modelo inicial hasta que coinciden. Por iteraciones sucesivas, decimos que vamos ajustando el modelo.