EL MAPA Y EL PERFIL GEOLÓGICOSFrancisco Javier Barba Regidor♣ “El mapa geológico es una representación en dos dimensiones de la naturaleza y estructura de la capa superficial de la corteza terrestre que, por su elevada relación con la presencia y actividad humana, necesita ser conocida con el mayor detalle posible. Al caracterizar los diferentes tipos de litologías, accidentes tectónicos y procesos geodinámicos, un buen mapa geológico es una valiosa infraestructura para campos tan diversos como el aprovechamiento de los recursos minerales, la explotación y gestión de las aguas subterráneas, el almacenamiento de residuos, los obras públicas, la construcción, la protección del medio natural, el diagnóstico y ordenación del territorio, la mitigación de riesgos naturales y, en general, todas aquellas actividades que afectan o están controladas por el medio físico. Es imprescindible, además, para abordar otros tipos de cartografías de interés territorial como las de suelos, erosión, geotécnicas, de riesgos, etc.” Tomado del folleto sobre la Exposición “El Mapa Geológico de España, 1:50.000, 1971-2003” celebrada del 19 al 30 de octubre de 2005 en la Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres, Asturias. CONCEPTO Y TIPOS El mapa geológico es un tipo de mapas temáticos, que tiene como base importante el mapa topográfico, y que, atendiendo al adjetivo que se le añade al sustantivo “mapa”, recoge datos de índole geológica. Según la naturaleza de estos datos, podemos encontrarnos con diferentes tipos de mapas geológicos. De entre ellos, recogemos a continuación algunos ejemplos: 1. Mapa geológico s.str. Se trata de un tipo de mapa general, que nos muestra la distribución de las diferentes formaciones geológicas, así como de las estructuras tectónicas, metamórficas, magmáticas, de la geodinámica externa, de recursos mineros, etc. 2. Mapa del Cuaternario, que muestra la distribución de depósitos y de superficies de erosión de esta época; de gran interés para estudios de riesgos superficiales. 3. Mapa tectónico. Se trata de un mapa que recoge fundamentalmente las relaciones espaciales entre las grandes (y las pequeñas) estructuras tectónicas (Pliegues, fallas, cabalgamientos,...). 4. Mapa de lineaciones. Recoge esencialmente las estructuras tectónicas a lo largo de las cuales pueden identificarse superficies de debilidad en la corteza terrestre; de gran utilidad en el trazado de redes viarias. 5. Mapa morfoestructural. Que expone las relaciones entre los aspectos geomorfológicos y los estructurales para poder explicar el porqué del modelado de una región determinada o, por ejemplo, desde el punto de vista de la geología ambiental, la generación de determinados riesgos geológicos. ♣ Doctor en Ciencias Geológicas. Catedrático de Biología y Geología, IES Ría del Carmen, Muriedas. Profesor Asociado de la Universidad de Cantabria. Responsable A.E.P.E.C.T. en Cantabria. 2/Mapas y perfiles geológicos Francisco Javier Barba Regidor 6. Mapa litológico, de gran interés en geología ambiental (recursos minerales, riesgos geológicos, etc.). Un aspecto de gran interés de los mapas geológicos es que pueden servir de base, a su vez, para la elaboración de otros tipos de mapas temáticos; a continuación, se enumeran algunos ejemplos de ellos: 1. Mapas temáticos geomorfológicos (mapas de deslizamientos de masas, de depósitos, de zonas litorales, hipsométrico, de pendientes, de laderas,...). 2. Mapas temáticos edafológicos (mapas de suelos, de contaminación de suelos, de erosión,...). 3. Mapas temáticos hidrológicos (mapas hidrográficos, de cuencas hidrográficas, de calidad de aguas superficiales, de densidad de cuencas,...). 4. Mapas temáticos hidrogeológicos (mapas de unidades hidrogeológicas, piezométricos, hidroquímicos, de intrusión marina, de permeabilidad y escorrentía,...). 5. Mapas temáticos geotécnicos (mapas de formaciones superficiales, de zonación geotécnica, de aptitud para la cimentación, de ripabilidad, de áridos y rocas para la construcción, de limitación de usos,...). 6. Mapas temáticos de recursos (mapas de rocas industriales, de sustancias mineras no energéticas, de sustancias minerales energéticas, de aguas minerales, de vegetación y cultivos, de recursos geotérmicos, de recursos hidráulicos, etc.). 7. Mapas temáticos de riesgos (mapas de inundaciones, de vulnerabilidad, de caídas gravitacionales, de subsidencia y hundimientos, de arcillas expansivas, de evolución litoral, de sismicidad, de tsunamis, de riesgo volcánico,...). ELEMENTOS DEL MAPA GEOLÓGICO En todo mapa geológico, estrictamente hablando, existen una serie de elementos que deben servirnos para conocer la estructura geológica de la región representada. Si bien la base topográfica (representada por medio de las curvas de nivel) ya ha sido convenientemente explicada para poder conocer su significado, en el mapa geológico suelen incluirse elementos tales como: a) Elementos litoestratigráficos o cronoestratigráficos. Los primeros se refieren a la simple distribución de unidades rocosas independientemente de la antigüedad que puedan tener unas u otras; esto es no interesa más identificar si se trata una caliza carbonífera o cretácica como el simple hecho de que se trate de unas calizas. En cambio, los segundos identifican y separa unas calizas de las otras, esto es, introducen el significado del tiempo geológico en que pudieran haberse originado las distintas formaciones geológicas representadas. b) Elementos estratigráficos de referencia de las diferentes formaciones geológicas. Se trata de identificar la naturaleza de los contactos estratigráficos entre las diferentes formaciones (concordantes, discordantes, supuestos,...). c) Elementos estructurales. En este caso se pretende recoger los contactos tectónicos (diaclasas, fallas, cabalgamientos,...) presentes, así como cualesquiera elementos de interés que el geólogo que ha elaborado el mapa considera de interés para identificar mejor, en cada caso, la orientación de las capas, la existencia de determinados rasgos en las rocas que debieran ser incluidos en el mapa (esquistosidad presente, p. ej.). Francisco Javier Barba Regidor Mapas y perfiles geológicos/3 En la figura 1 se recogen algunos de estos elementos que suelen figurar en un mapa geológico. Seguidamente se explican sucintamente cada uno de dichos elementos. Figura 1. Elementos de un mapa geológico. Tomado de: http://plata.uda.cl/minas/apuntes/G eologia/geologiageneral/ggcap10f. htm. La Escala Como ya debe quedar claro, la escala constituye una relación de proporcionalidad entre la realidad y su representación en el papel. Recordemos ahora que, básicamente, existen dos maneras de expresarla: gráficamente (un segmento graduado indicando lo que representa en la realidad) y numéricamente (una proporción simple con un numerador, 1, y un denominador – 5.000, 10.000, 50.000, 100.000, etc.- que es exactamente el número de veces a que corresponde ese 1 de la realidad; en este caso, el numerador representa a las unidades en el papel, y el denominador a las unidades . Si bien en las representaciones gráficas se debe indicar las unidades en las que se trabaja, en las expresiones numéricas no hace falta, pues se entiende perfectamente que si el numerador fuera indicado en milímetros –por ejemplo-, el denominador debe corresponder a milímetros; si fuera en metros, el denominador en metros, y así sucesivamente. Así, en el caso de la figura, en que se trata de un mapa a escala 1:50.000 (ó 1/50.000), cada unidad en el “papel” equivaldrá a 50.000 unidades en la realidad (1 mm del papel, p. ej., serán 50.000 mm en el terreno, o sea, 50 m). Coordenadas de Longitud/Latitud y UTM Sirven para poder situar convenientemente en el conjunto del planeta el área cartografiada. Esti es, sirve para posicionar inequívocamente cada punto en relación bien en relación con las denominadas, respectivamente, Coordenadas Geográficas (longitud/latitud), bien en relación con las denominadas Coordenadas UTM (Universal Transversa Mercator). En el caso de las coordenadas geográficas, la referencia son un conjunto de líneas imaginarias que cruzan la Tierra de Norte a Sur –los meridianos, que pasan por los polos de rotación terrestre-, y otras líneas perpendiculares a las anteriores que no son otra cosa que círculos menores trazadas de Este a Oeste paralelamente al Ecuador –los paralelos-. La longitud representa la distancia en grados hacia el Este o el Oeste con respecto a un meridiano de referencia, generalmente el denominado Meridiano Cero o de Greenwich; la longitud podrá ser, por lo tanto, Este u Oeste, según el punto se encuentre a un lado o el otro del Meridiano Cero. La latitud, a su vez, será la distancia en grados con respecto al Ecuador; los puntos situados en el 4/Mapas y perfiles geológicos Francisco Javier Barba Regidor Hemisferio Norte tendrán Latitud Norte, en tanto que los situados en el Hemisferio Sur tendrán Latitud Sur. La figura 2 representa estos conceptos gráficamente1. Figura 2. Sistema de coordenadas geográficas: longitud y latitud terrestre y justificación de su expresión. Las coordenadas UTM se basan en una proyección conforme2 que es adoptada por la mayoría de los países del mundo. En general se trata de un sistema fácil de usar, si bien el modelo en que se basan es algo abstracto, lo cual implica la necesidad de dar unas breves indicaciones a continuación. En Principio, la Proyección U.T.M. es un sistema cilíndrico transverso conforme, tangente al globo terráqueo a lo largo de un meridiano, que se elige como meridiano de origen. No obstante, en lugar de proyectar una red imaginaria de líneas que se cruzan sobre el Globo, la UTM proyecta secciones del mismo sobre una superficie plana. Cada una de estas secciones constituye una “zona”, existiendo un total de 60 que cubren toda la Tierra entre los 84ºN y los 80ºS (las áreas polares no aparecen descritas por este sistema, debiéndose aplicar para ellas proyecciones polares). Cada zona tiene una extensión en longitud de 6º de arco desde el centro de la Tierra. Los pilares básicos de la cuadrícula resultante UTM son: • Los 60 husos de 6° de amplitud, numerados del 1 al 60 a partir del meridiano 180° de longitud Greenwich, en el sentido Oeste - Este. • 20 bandas esféricas de 8° de latitud entre los paralelos –80º/+80°, que se alfabetizan con letras mayúsculas, de sur a norte, desde la C hasta la X incluidas (excluyendo las CH, I, LL, Ñ y O). Para una lectura complementaria, consúltese el enlace http://www.igm.cl/usarcarta.html. Estas proyecciones representan la esfera terrestre respetando la forma, pero no el tamaño. Las proyecciones cilíndrica de Mercator o la cónica de Lambert son proyecciones conformes. 1 2 Francisco Javier Barba Regidor Mapas y perfiles geológicos/5 De la intersección de los husos con las bandas resultan 60 x 20 = 1.200 trapecios esferoídicos de 6° de longitud por 8° de latitud, que reciben el nombre de zonas y se designan cada una de ellas por el número del huso seguido por la letra de la banda, no habiendo repeticiones. Esta es la cuadrícula básica. España está en las zonas (figura 3): 27R y 28R, para las Islas Canarias 29S y 29T 30S y 30T, 31Sy31T Figura 3. División en husos de la superficie terrestre en la proyección UTM. Una posición de UTM se describe a través de tres elementos: la zona en la que dicha posición se encuentra, el “easting” y el “northing”. Así, el “easting” son una medida este/oeste y correspondería generalmente a la longitud, en tanto que el “northing”, que se correspondería con la latitud, es una medida del norte/sur, y en las aplicaciones técnicas de la proyección U.T.M. (levantamientos topográficos, construcción de mapas,...) constituyen las coordenadas rectangulares X, Y utilizadas en su correspondiente huso. • • Para localización vertical (Norte-Sur), el origen será el Ecuador (latitud 0º). Para terminar de definir las zonas, la zona 31 está comprendida entre el meridiano de Greenwich (longitud 0º) y el meridiano de longitud 6º. Su referencia para las coordenadas horizontales será, pues, el meridiano de longitud 3º, cuya coordenada X será 500 Km.; las zonas más al oeste tendrán coordenadas X menor de 500 Km. y las más al este, mayor. La letra C corresponde a la banda que va de 80º latitud Sur hasta 72º latitud Sur. Las demás se suceden hasta llegar a la banda de letra X, que comprende desde 72º latitud Norte hasta 84º latitud Sur. Designación de un punto en coordenadas U.T.M Easting (Abscisas): el origen de las abscisas se encuentra en una recta paralela al meridiano central a 500 km al oeste de éste (con ello se evitan abscisas negativas). Cada huso tiene unos 710 km a la altura del Ecuador. En los mapas 1:50.000 se omiten las tres últimas cifras correspondientes s las centenas (hm), decenas (dm) y unidades (m). Estas deben calcularse 6/Mapas y perfiles geológicos Francisco Javier Barba Regidor para obtener la posición de un punto dentro de un cuadrado de la cuadrícula kilométrica, el cual ya está determinado por las unidades de millar. Northing (Ordenadas): su origen se sitúa en el Ecuador, por lo que en España las ordenadas empiezan por un 4 seguido de seis cifras. En los mapas 1:50.000 se omiten las tres últimas cifras correspondientes a las centenas (hm), decenas (dm), y unidades (m). Estas deben calcularse para obtener la posición de un punto dentro de un cuadrado de la cuadrícula kilométrica, el cual ya está determinado por las unidades de millar. La altura del punto se tomará de las curvas de nivel del mapa topográfico. Leyenda La leyenda del mapa es el elemento de referencia que nos permite entender la estructura del mapa. Para ello, son elementos indispensables tanto las unidades litoestratigráficas (rocas presentes), como una identificación de sus edades geológicas respectivas (unidades cronoestratigráficas). Este último rasgo suele representarse por medio de columnas estratigráficas, donde cada unidad se representa en una secuencia vertical donde las más antiguas se sitúan en la base de la columna, de modo que a medida de que van apareciendo rocas más modernas, se sitúan progresivamente encima de las anteriores. Paralelamente a este dato, pueden recogerse aspectos tales como tipos de contactos estratigráficos, si hay o no fósiles y, en caso de haberlos, cuáles son los más característicos de cada unidad, lo cual puede ser indicador de algunos aspectos relacionados con el ambiente donde dichas rocas se formaron en su momento. Así mismo, es necesaria la identificación de las relaciones tanto estratigráficas (transiciones de unas unidades rocosas a otras), como cualesquiera otros contactos que pudieran estar relacionados con el desarrollo de procesos tectónicos: diaclasas, fallas y tipo de fallas, cabalgamientos, mantos de corrimiento,... Incluso si hay pliegues y el tipo de éstos, y de ahí que suelan aparecer un grupo de símbolos: los que hacen referencia a las direcciones de las capas, al buzamiento de las mismas (figura 4), etc. Figura 4. Dirección y buzamiento de capas. El perfil geológico También conocido como corte geológico, consiste en añadir al perfil topográfico a lo largo de una determinada dirección en el mapa, la estructura geológica existente. Para ello se deben pasar a aquél los contactos geológicos que se observan en el mapa y unirlos de manera lógica, coherente. La metodología es sencilla y consiste en seguir los siguientes pasos: 1. Para situar los contactos mencionados es preciso bajar verticales desde cada contacto en la dirección citada hasta cortar el perfil topográfico en otros tantos puntos, correspondientes a los afloramientos de las superficies de separación entre las diferentes unidades rocosas consecutivas: son los contactos en sentido estricto. Francisco Javier Barba Regidor Mapas y perfiles geológicos/7 2. A continuación se trazan, a partir de los contactos líneas que representan la separación entre distintas unidades rocosas, con una inclinación de las mismas (buzamiento), tal y como la que indican los signos de dirección y buzamiento que aparecen en el mapa. Hay que tener en cuenta aquí que el buzamiento real –el máximo- corresponderá a los cortes realizados perpendicularmente a la dirección de las capas. Para cortes realizados en otra dirección se tendrán que calcular buzamientos menores o aparentes, los cuales pueden calcularse con ayudas de nomogramas como el de la figura 5. Figura 5. Nomograma para la conversión de buzamientos. 3. Una vez trazados los límites iniciales entre capas se unen entre sí en las distintas partes del corte, dando a las capas una continuidad lógica. La figura 6 recoge estos pasos en la elaboración de un perfil geológico que permite constatar que se trata de una sencilla estructura de capas inclinadas hacia el extremo A’ (supuestamente el Este). Es importante tener en cuenta que la superficie de afloramiento de una capa no depende sólo de su potencia (espesor), sino también del ángulo con el que la superficie topográfica intersecta a dicha capa. La figura 7 recoge esto último: una capa de espesor constante cortada por una superficie de terreno irregular dando lugar a distintas secciones en dicha superficie; fácilmente se puede determinar en qué casos la anchura es mayor y en qué casos es menor y cómo interviene en ello tanto la orografía del terreno como la inclinación de las capas. Conversión de buzamientos Tal como se recoge en la figura 4, la dirección de la capa es el ángulo que forma con la línea NS una línea horizontal trazada sobre dicha capa; el buzamiento es el ángulo que forma la capa con un plano horizontal, y se mide perpendicularmente a la dirección antes citada. El buzamiento máximo de los estratos, el buzamiento real, es el que se mide perpendicularmente a la dirección de los mismos. Cuando se realiza un corte en una dirección 8/Mapas y perfiles geológicos Francisco Javier Barba Regidor diferente –con otra orientación- , el buzamiento resultante se tratará del buzamiento aparente, que siempre será menor que el real. Figura 6. Fases en la elaboración de cortes geológicos. Figura 7. El espesor de las capas y la topografía del terreno . El nomograma de la figura 5 permite el cálculo de los diferentes tipos de buzamiento tal y como se señala en los ejemplos siguientes: 1. Sea una capa con buzamiento real de 55º y se desea saber el buzamiento aparente en una dirección A-A’ que forma un ángulo de 75º con él. Todo ello se representa gráficamente en la figura 7. Para operar sobre el nomograma basta con trazar una línea que una los 55º sobre la columna de buzamiento real (la de la izquierda en la figura) con los 75 º en la columna denominada “divergencia”; la escala central queda cortada en el valor 20º (“buzamiento aparente”), que corresponderá al buzamiento aparente del estrato según la dirección del corte. Francisco Javier Barba Regidor Mapas y perfiles geológicos/9 2. Un estrato buza 10º y se desea obtener un corte con un buzamiento de sólo 5º. Para determinar la divergencia se une el punto que marca los 10º de buzamiento real con el de 5º de buzamiento aparente; la dirección deseada del corte será la indicada en la columna “divergencia”, es decir, 60º con respecto al sentido del buzamiento real. 3. El buzamiento aparente a lo largo de un corte que forma un ángulo de 50º con la perpendicular a la dirección de la capa es de 30º; se desea saber su buzamiento real. Para ello basta con unir mediante una línea el punto 50º de la columna “divergencia” con el 30º correspondiente a “buzamiento aparente”. La intersección de esta línea con el buzamiento real en el punto 45º nos dará la solución buscada. Efectos de la topografía en los afloramientos: la regla de las “UVES” En las áreas planas y con capas horizontales, la formación superficial es el propio estrato continuo. Ahora bien, cuando la superficie del terreno es irregular, al cruzar las capas por los valles dan lugar a figuras en forme de “V” o de “U” que, si bien pueden asemejarse a estructuras plegadas, no obstante, son fáciles de identificar sobre el plano y se pueden clasificar en seis casos típicos que se enuncian a continuación y que, en conjunto, constituyen lo que se conoce como “regla de las uves” (figura 8). • • • Caso “a”: Estratos horizontales: los contactos entre las formaciones se disponen paralelamente a las curvas de nivel. Caso “b”: Si el buzamiento es contrario a la pendiente topográfica, los contactos se disponen en el mismo sentido que las curvas de nivel, aunque con un ángulo más abierto. Caso “c”. Cuando la estratificación es vertical, la topografía no ejerce ningún efecto en la forma del afloramiento y las capas aparecen en la cartografía (en el mapa) con trazado rectilíneo. Caso “d”. Cuando las capas buzan en el mismo sentido que la pendiente pero con un ángulo mayor, se forma una ”V” en sentido opuesto al de las curvas de nivel. Caso “e”. El buzamiento que tiene el mismo sentido y ángulo que la pendiente topográfica da lugar a fajas paralelas en el plano. Caso “f”. Es el caso de capas con buzamiento en el mismo sentido que el de la pendiente topográfica, aunque con menor inclinación. Se forma una “V” en el mismo sentido que laa curvas de nivel, aunque más cerrada. • • • Interpretación de los cortes geológicos La realización de un corte geológico no es un fin en sí mismo, sino que tiene como objeto poder llegar a una comprensión más completa de la geología de una determinada zona. El análisis e interpretación del corte, junto con el estudio del mapa geológico, permite establecer los tipos de materiales y su disposición (estructura geológica) profunda, los procesos que los originaron y la secuencia cronológica de acontecimientos (historia geológica) que han configurado desde el punto de vista geológico una determinada región. Para realizar esta interpretación es preciso tener en cuenta una serie de aspectos de tipo estructural o estratigráfico. Los aspectos estructurales se refieren a la configuración y disposición en el espacio de los materiales geológicos como consecuencia de su comportamiento físico ante la actuación de determinados procesos. Los aspectos estratigráficos, por otro lado, están en relación con el ordenamiento espacial y temporal de los materiales, en respuesta a las condiciones reinantes en los ambientes en que se formaron. 10/Mapas y perfiles geológicos Francisco Javier Barba Regidor Figura 8. La Regla de las “V”. Referencias Cendrero, A. y otros (1992): Geología ambiental: casos prácticos. Ed. Interfac. Univ. de Cantabria. 144 p. Enlaces de interés en la Web. http://ingeodav.fcen.uba.ar/aula-gea/mapa/quees.htm http://plata.uda.cl/minas/apuntes/Geologia/geologiageneral/ggcap10f.htm Francisco Javier Barba Regidor Mapas y perfiles geológicos/11