Ciencias de la Tierra

La ciencia de la Tierra o geociencia abarca todos los campos de las ciencias naturales relacionados con el planeta Tierra . ^{[ 1 ]} Esta es una rama de la ciencia que se ocupa de las complejas constituciones físicas, químicas y biológicas, así como de las interrelaciones sinérgicas de las cuatro esferas de la Tierra: la biosfera , la hidrosfera / criosfera , la atmósfera y la geosfera (o litosfera ). La ciencia de la Tierra puede generalizarse dentro de la ciencia planetaria , una rama más reciente de la ciencia.

La geología es, en términos generales, el estudio de la estructura, la sustancia y los procesos de la Tierra. Se centra principalmente en el estudio de la litosfera , o superficie terrestre, incluyendo la corteza y las rocas . Abarca las características físicas y los procesos que ocurren en la litosfera, así como la influencia de la energía geotérmica en ellos . Incorpora aspectos de la química, la física y la biología, ya que los elementos geológicos interactúan entre sí. La geología histórica es la aplicación de la geología para interpretar la historia de la Tierra y cómo ha cambiado a lo largo del tiempo.

La geoquímica estudia los componentes y procesos químicos de la Tierra. La geofísica estudia las propiedades físicas de la Tierra. La paleontología estudia el material biológico fosilizado en la litosfera. La geología planetaria estudia la geociencia en lo que respecta a los cuerpos extraterrestres. La geomorfología estudia el origen de los paisajes. La geología estructural estudia la deformación de las rocas para producir montañas y tierras bajas. La geología de recursos estudia cómo se pueden obtener recursos energéticos de los minerales. La geología ambiental estudia cómo la contaminación y los contaminantes afectan el suelo y las rocas. ^{[ 2 ]} La mineralogía es el estudio de los minerales e incluye el estudio de la formación de minerales, la estructura cristalina , los peligros asociados con los minerales y las propiedades físicas y químicas de los minerales. ^{[ 3 ]} La petrología es el estudio de las rocas, incluyendo la formación y composición de las rocas. La petrofísica estudia las propiedades físicas y químicas de las rocas. La petrografía es una rama de la petrología que estudia la tipología y clasificación de las rocas. ^{[ 4 ]}

La tectónica de placas , las cordilleras , los volcanes y los terremotos son fenómenos geológicos que pueden explicarse en términos de procesos físicos y químicos en la corteza terrestre. ^{[ 6 ]} Debajo de la corteza terrestre se encuentra el manto , que se calienta por la desintegración radiactiva de elementos pesados . El manto no es completamente sólido y consiste en magma que se encuentra en un estado de convección semiperpetua . Este proceso de convección hace que las placas litosféricas se muevan, aunque lentamente. El proceso resultante se conoce como tectónica de placas. ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]} Las áreas de la corteza donde se crea nueva corteza se llaman límites divergentes , aquellas donde se trae de vuelta a la Tierra son límites convergentes y aquellas donde las placas se deslizan una junto a la otra, pero no se crea ni se destruye nuevo material litosférico, se denominan límites transformantes (o conservativos). ^{[ 8 ] [ 10 ] [ 11 ]} Los terremotos resultan del movimiento de las placas litosféricas y a menudo ocurren cerca de límites convergentes donde partes de la corteza son forzadas hacia el interior de la tierra como parte de la subducción. ^{[ 12 ]}

La tectónica de placas puede considerarse como el proceso por el cual la superficie terrestre se renueva. Como resultado de la expansión del fondo oceánico , se crea nueva corteza y litosfera por el flujo de magma desde el manto hacia la superficie cercana, a través de fisuras, donde se enfría y solidifica. Mediante la subducción , la corteza oceánica y la litosfera regresan con vehemencia al manto en convección. ^{[ 8 ] [ 10 ] [ 13 ]} Los volcanes resultan principalmente de la fusión del material de la corteza subducida. El material de la corteza que es forzado a entrar en la astenosfera se funde, y una parte del material fundido se vuelve lo suficientemente ligero como para ascender a la superficie, dando origen a los volcanes. ^{[ 8 ] [ 12 ]}

La ciencia atmosférica se desarrolló inicialmente a finales del siglo XIX como un medio para pronosticar el tiempo a través de la meteorología , el estudio del clima. La química atmosférica se desarrolló en el siglo XX para medir la contaminación del aire y se expandió en la década de 1970 en respuesta a la lluvia ácida . La climatología estudia el clima y el cambio climático . ^{[ 14 ]}

La troposfera , la estratosfera , la mesosfera , la termosfera y la exosfera son las cinco capas que componen la atmósfera terrestre. El setenta y cinco por ciento de la masa de la atmósfera se encuentra dentro de la troposfera, la capa más baja. En total, la atmósfera está compuesta por aproximadamente un 78,0 % de nitrógeno , un 20,9 % de oxígeno y un 0,92 % de argón , y pequeñas cantidades de otros gases, incluidos CO₂ _y vapor de agua. ^{[ 15 ]} El vapor de agua y el CO₂ _hacen que la atmósfera terrestre capture y retenga la energía del Sol a través del efecto invernadero . ^{[ 16 ]} Esto hace que la superficie de la Tierra sea lo suficientemente cálida para el agua líquida y la vida. Además de atrapar el calor, la atmósfera también protege a los organismos vivos al proteger la superficie de la Tierra de los rayos cósmicos . ^{[ 17 ]} El campo magnético —creado por los movimientos internos del núcleo— produce la magnetosfera que protege la atmósfera terrestre del viento solar . ^{[ 18 ]} Dado que la Tierra tiene 4.500 millones de años, ^{[ 19 ] [ 20 ]} habría perdido su atmósfera para ahora si no hubiera una magnetosfera protectora.

La hidrología es el estudio de la hidrosfera y el movimiento del agua en la Tierra . Enfatiza el estudio de cómo los humanos usan e interactúan con los suministros de agua dulce. El estudio del movimiento del agua está estrechamente relacionado con la geomorfología y otras ramas de las ciencias de la Tierra. La hidrología aplicada implica la ingeniería para mantener los ambientes acuáticos y distribuir los suministros de agua. Las subdisciplinas de la hidrología incluyen oceanografía , hidrogeología , ecohidrología y glaciología . La oceanografía es el estudio de los océanos. ^{[ 24 ]} La hidrogeología es el estudio del agua subterránea . Incluye el mapeo de los suministros de agua subterránea y el análisis de los contaminantes del agua subterránea. La hidrogeología aplicada busca prevenir la contaminación del agua subterránea y los manantiales minerales y hacerla disponible como agua potable . La explotación más antigua de los recursos de agua subterránea se remonta al 3000 a. C., y la hidrogeología como ciencia fue desarrollada por hidrólogos a partir del siglo XVII. ^{[ 25 ]} La ecohidrología es el estudio de los sistemas ecológicos en la hidrosfera . Se puede dividir en el estudio físico de los ecosistemas acuáticos y el estudio biológico de los organismos acuáticos. La ecohidrología incluye los efectos que los organismos y los ecosistemas acuáticos tienen entre sí, así como la forma en que estos ecosistemas se ven afectados por los humanos. ^{[ 26 ]} La glaciología es el estudio de la criosfera, incluyendo los glaciares y la cobertura de la Tierra por hielo y nieve. Las preocupaciones de la glaciología incluyen el acceso al agua dulce glacial, la mitigación de los peligros glaciares, la obtención de recursos que existen bajo tierra congelada y el abordaje de los efectos del cambio climático en la criosfera. ^{[ 27 ]}

La ecología es el estudio de la biosfera . Esto incluye el estudio de la naturaleza y de cómo los seres vivos interactúan con la Tierra y entre sí, así como las consecuencias de dicha interacción. Considera cómo los seres vivos utilizan recursos como el oxígeno , el agua y los nutrientes de la Tierra para subsistir. También considera cómo los seres humanos y otras criaturas vivas provocan cambios en la naturaleza. ^{[ 28 ]}

La geografía física estudia los sistemas de la Tierra y cómo interactúan entre sí como parte de un sistema autónomo. Incorpora la astronomía, la geografía matemática, la meteorología, la climatología, la geología, la geomorfología, la biología, la biogeografía, la edafología y la geografía de los suelos. La geografía física se distingue de la geografía humana , que estudia las poblaciones humanas en la Tierra, aunque también incluye los efectos humanos sobre el medio ambiente. ^{[ 29 ]}

Las metodologías varían según la naturaleza de los temas estudiados. Los estudios suelen clasificarse en tres categorías: observacionales, experimentales o teóricos. Los geocientíficos a menudo realizan análisis informáticos sofisticados o visitan lugares de interés para estudiar fenómenos terrestres (por ejemplo, la Antártida o cadenas de islas con puntos calientes ). ^{[ 30 ]}

Una idea fundamental en las ciencias de la Tierra es la noción de uniformismo , que afirma que «las antiguas características geológicas se interpretan mediante la comprensión de procesos activos que son fácilmente observables». En otras palabras, cualquier proceso geológico que actúe en el presente ha operado de la misma manera a lo largo del tiempo geológico. ^{[ 31 ]} Esto permite a quienes estudian la historia de la Tierra aplicar el conocimiento de cómo operan los procesos terrestres en el presente para comprender cómo el planeta ha evolucionado y cambiado a lo largo de la historia.

En las ciencias de la Tierra, es común conceptualizar la superficie terrestre como compuesta por varias capas distintas, a menudo denominadas esferas: la litosfera , la hidrosfera , la atmósfera y la biosfera . Este concepto de esferas es una herramienta útil para comprender la superficie terrestre y sus diversos procesos ^{[ 32 ]} ; estos corresponden a las rocas , el agua , el aire y la vida . Algunos autores también incluyen la criosfera (correspondiente al hielo ) como una porción distinta de la hidrosfera y la pedosfera (correspondiente al suelo ) como una esfera activa e interconectada. Los siguientes campos de la ciencia se clasifican generalmente dentro de las ciencias de la Tierra:

• La geología describe las partes rocosas de la corteza terrestre (o litosfera ) y su desarrollo histórico. Las principales subdisciplinas son la mineralogía y la petrología , la geomorfología , la paleontología , la estratigrafía , la geología estructural , la geología de la ingeniería y la sedimentología . ^{[ 33 ] [ 34 ]}
• La geografía física se centra en la geografía como ciencia de la Tierra. Estudia las estaciones, el clima, la atmósfera, el suelo, los ríos, las formas del relieve y los océanos de la Tierra. La geografía física se puede dividir en varias ramas o campos relacionados, como la geomorfología , la biogeografía , la geografía ambiental , la paleogeografía , la climatología , la meteorología , la geografía costera , la hidrología , la ecología y la glaciología .
• La geofísica y la geodesia investigan la forma de la Tierra , su reacción a las fuerzas y sus campos magnéticos y gravitatorios . Los geofísicos exploran el núcleo y el manto terrestres, así como la actividad tectónica y sísmica de la litosfera. ^{[ 34 ] [ 35 ] [ 36 ]} La geofísica se utiliza comúnmente para complementar el trabajo de los geólogos en el desarrollo de una comprensión integral de la geología de la corteza, particularmente en la exploración de minerales y petróleo. Los sismólogos utilizan la geofísica para comprender el movimiento de las placas tectónicas, así como para predecir la actividad sísmica.
• La geoquímica estudia los procesos que controlan la abundancia, composición y distribución de compuestos químicos e isótopos en entornos geológicos. Los geoquímicos utilizan las herramientas y los principios de la química para estudiar la composición, la estructura, los procesos y otros aspectos físicos de la Tierra. Sus principales subdisciplinas son la geoquímica acuosa , la cosmoquímica , la geoquímica isotópica y la biogeoquímica .
• La ciencia del suelo abarca la capa más externa de la corteza terrestre que está sujeta a los procesos de formación del suelo (o pedosfera ). ^{[ 37 ]} Las principales subdivisiones en este campo de estudio incluyen la edafología y la pedología . ^{[ 38 ]}
• La ecología abarca las interacciones entre los organismos y su entorno. Este campo de estudio diferencia el estudio de la Tierra del de otros planetas del Sistema Solar , ya que la Tierra es el único planeta rebosante de vida.
• La hidrología , la oceanografía y la limnología son disciplinas que se centran en el movimiento, la distribución y la calidad del agua, e involucran todos los componentes del ciclo hidrológico en la Tierra y su atmósfera (o hidrosfera ). «Entre las subdisciplinas de la hidrología se incluyen la hidrometeorología, la hidrología de aguas superficiales, la hidrogeología, la ciencia de las cuencas hidrográficas, la hidrología forestal y la química del agua». ^{[ 39 ]}
• La glaciología abarca las partes heladas de la Tierra (o criosfera ).
• Las ciencias atmosféricas abarcan las partes gaseosas de la Tierra (o atmósfera ) entre la superficie y la exosfera (aproximadamente 1000  km). Las principales subdisciplinas incluyen la meteorología, la climatología, la química atmosférica y la física atmosférica .

• Imagen del día sobre ciencias de la Tierra , un servicio de la Asociación de Investigación Espacial de las Universidades , patrocinado por el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA .
• Geoética en la exploración planetaria y espacial .
• Geology Buzz: Ciencias de la Tierra Archivado el 4 de noviembre de 2021 en Wayback Machine