Tema 68

La geologia estudia la composició, l'estructura i l'evolució de la Terra, i els seus continguts ocupen la part final del temari del cos 590-007, en la frontera amb les Ciències de la Naturalesa. Aquest tema articula quatre plans complementaris: els materials que constitueixen l'escorça (minerals i roques), la ciència que descriu les formes del relleu (geomorfologia), els processos que les esculpeixen (el modelatge i els seus factors) i, finalment, el sòl, aqueixa prima interfície viva entre la litosfera, l'atmosfera i la biosfera de la qual depèn la vida terrestre. El fil conductor és el principi de l'uniformitarisme o actualisme, enunciat per James Hutton al segle XVIII: «el present és la clau del passat», és a dir, els processos que hui observem són els mateixos que han modelat la Terra al llarg del temps geològic.

Convé distingir des del principi dos grans conjunts de processos. Els processos interns o geològics interns (tectònica de plaques, sismicitat, magmatisme) construeixen relleu i aporten energia procedent de l'interior terrestre. Els processos externs (meteorització, erosió, transport i sedimentació), impulsats per l'energia solar i la gravetat, tendeixen a desmantellar-lo i a anivellar la superfície. El relleu que observem, i en particular el de la Península Ibèrica, és el resultat de l'equilibri dinàmic entre tots dos.

1. Les roques i els minerals fonamentals del relleu espanyol, propietats i importància econòmica

Minerals: concepte i propietats

Un mineral és un sòlid natural, inorgànic, de composició química definida (o variable dins d'un rang) i estructura cristal·lina ordenada. Les seues propietats físiques deriven d'aqueixa estructura interna i permeten identificar-lo:

• Duresa: resistència a ser ratllat. Es mesura amb l'escala de Mohs, d'1 a 10: talc (1), guix (2), calcita (3), fluorita (4), apatita (5), ortosa (6), quars (7), topazi (8), corindó (9) i diamant (10).
• Exfoliació i fractura: tendència a trencar-se segons plans (miques, calcita) o de forma irregular (quars).
• Brillantor (metàl·lica, vítria, nacrada), color i ratlla (color del mineral polvoritzat).
• Densitat, magnetisme (magnetita), efervescència amb àcids diluïts (carbonats).

Els silicats són el grup mineral dominant en l'escorça (més del 90 %). La seua unitat estructural és el tetraedre $[\mathrm{SiO_4}]^{4-}$, que s'enllaça de distintes maneres donant lloc a olivines, piroxens, amfíbols, miques, feldspats i quars ($\mathrm{SiO_2}$). Al costat d'ells, tenen gran importància geològica els carbonats —calcita ($\mathrm{CaCO_3}$) i dolomita ($\mathrm{CaMg(CO_3)_2}$)—, els sulfats —guix ($\mathrm{CaSO_4 \cdot 2H_2O}$)—, els sulfurs —pirita ($\mathrm{FeS_2}$), galena ($\mathrm{PbS}$), cinabri ($\mathrm{HgS}$)— i els clorurs —halita ($\mathrm{NaCl}$)—.

Roques: concepte i classificació

Una roca és un agregat natural d'un o diversos minerals. Segons el seu origen es classifiquen en tres grans famílies, el trànsit de les quals descriu el cicle de les roques:

• Ígnies o magmàtiques: procedeixen del refredament d'un magma. Si cristal·litza en profunditat (plutòniques), dóna roques de gra gros com el granit; si ho fa en superfície (volcàniques), roques de gra fi com el basalt.
• Sedimentàries: es formen per acumulació i diagènesi de sediments. Poden ser detrítiques (gres, argila), químiques (calcària, guix, sals) o orgàniques (carbó, algunes calcàries). Només aquestes roques contenen fòssils.
• Metamòrfiques: resulten de la transformació d'altres roques en estat sòlid per augment de pressió i temperatura. Exemples: pissarra (d'argiles), quarsita (de gres), marbre (de calcària) i gneis (de granit o roques argiloses d'alt grau).

Els materials del relleu espanyol

La Península Ibèrica s'organitza, atenent la seua litologia, en tres grans dominis clàssics:

1. Ibèria silícia (paleozoica): dominada per roques antigues i resistents —granits, pissarres, quarsites i gneis— del Massís Hespèric o Ibèric. Ocupa l'oest peninsular (Galícia, oest de la Meseta, Sistema Central, Muntanyes de Toledo, Serra Morena). Dóna un modelatge de formes arredonides (berrocals) i sòls àcids.
2. Ibèria calcària (mesozoica): formada per calcàries i dolomies disposades en una banda en forma de «Z» invertida (Prepirineu, part de la Serralada Cantàbrica, Sistema Ibèric, Serralades Bètiques i Balears). Sobre ella es desenvolupa el característic modelatge càrstic.
3. Ibèria argilosa (cenozoica): materials tous de rebliment —argiles, margues i guixos— de les depressions de l'Ebre i del Guadalquivir i de les conques interiors d'ambdues submesetes.

Importància econòmica

Les roques i minerals espanyols sostenen sectors industrials de primer ordre:

• Roques industrials i ornamentals: Espanya és líder mundial en producció i exportació de pissarra de teular (Lleó, Galícia); són emblemàtics el marbre de Macael (Almeria) i els granits gallecs i extremenys. Les calcàries i argiles són la matèria primera del ciment, i el país és un dels majors productors europeus de guix.
• Àrids (graves i arenes) per a formigó i obra pública.
• Minerals metàl·lics: la Faixa Pirítica Ibèrica (Huelva) alberga grans jaciments de sulfurs polimetàl·lics (Cu, Pb, Zn, Ag), explotats des de l'Antiguitat a Riotinto. Almadén (Ciudad Real) va ser el major jaciment mundial de mercuri (cinabri), hui Patrimoni de la Humanitat.
• Sals i evaporites (halita, potassa, guix) en les conques cenozoiques.

2. Geomorfologia

La geomorfologia és la branca de la geologia que estudia les formes del relleu terrestre, el seu origen, la seua descripció i la seua evolució en el temps. Se situa en la confluència entre la geologia i la geografia física, ja que el relleu resulta de la interacció entre l'estructura geològica (litologia i tectònica) i els agents externs.

El seu objecte exigeix combinar dues escales d'anàlisi. En l'escala de les formes es descriuen i classifiquen els relleus (muntanyes, valls, mesetes, depressions) i les microformes associades a cada agent. En l'escala dels processos s'estudien els mecanismes que els generen i el seu ritme, mesurat en el temps geològic (milions d'anys), una magnitud que desafia la intuïció quotidiana.

Un concepte integrador és el de nivell de base: la cota per davall de la qual un agent (típicament un riu) no pot continuar erosionant; el nivell de base general és el mar. Sobre aquesta idea, William Morris Davis va proposar a la fi del segle XIX el cicle geogràfic o cicle d'erosió, que descriu l'evolució idealitzada del relleu després d'un aixecament tectònic a través de tres estadis:

• Joventut: valls encaixades en «V», forts pendents, xarxa fluvial poc jerarquitzada.
• Maduresa: vessants suavitzades, valls àmplies, màxima diversitat de formes.
• Senectut: relleu arrasat i aplanat que tendeix a una penillanura pròxima al nivell de base.

El model de Davis, encara que hui matisat (els aixecaments no són instantanis ni el clima constant) per autors posteriors com Walther Penck o Lester King, continua sent una eina didàctica valuosa per a introduir la idea d'evolució del paisatge.

3. El modelatge del relleu i els factors que el condicionen

El modelatge és el conjunt de processos externs que transformen la superfície terrestre. Comprèn tres fases encadenades: meteorització, erosió-transport i sedimentació.

La meteorització

És l'alteració in situ de les roques per la seua exposició a les condicions de la superfície. Es distingeixen dos tipus:

Meteorització física o mecànica: fragmenta la roca sense canviar la seua composició. Els seus mecanismes principals són la gelifracció (l'aigua que es congela en les esquerdes augmenta el seu volum i actua com a tascó), la termoclàstia (dilatacions i contraccions per canvis tèrmics), la haloclàstia (cristal·lització de sals) i la descompressió o lajament.

Meteorització química: modifica la composició mineral, generalment en presència d'aigua. Les seues reaccions fonamentals són:

• Dissolució de sals i carbonats. La reacció clau del modelatge càrstic és la carbonatació, en la qual l'aigua carregada de $\mathrm{CO_2}$ dissol la calcària:

$$\mathrm{CaCO_3} + \mathrm{CO_2} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{Ca^{2+}} + 2\,\mathrm{HCO_3^-}$$

El caràcter reversible d'aquesta reacció explica tant la dissolució (formació de coves) com la precipitació posterior (estalactites i estalagmites).

• Hidròlisi dels silicats, que transforma feldspats en minerals de l'argila, principal font d'argiles del planeta. Per exemple, l'ortosa s'altera a caolinita:

$$2\,\mathrm{KAlSi_3O_8} + 2\,\mathrm{H^+} + 9\,\mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{Al_2Si_2O_5(OH)_4} + 4\,\mathrm{H_4SiO_4} + 2\,\mathrm{K^+}$$

• Oxidació, típica de minerals amb ferro. L'oxidació de la pirita —rellevant en zones mineres com la Faixa Pirítica— genera aigües àcides:

$$2\,\mathrm{FeS_2} + 7\,\mathrm{O_2} + 2\,\mathrm{H_2O} \rightarrow 2\,\mathrm{FeSO_4} + 2\,\mathrm{H_2SO_4}$$

A elles s'afig la meteorització biològica (arrels, líquens, bacteris), que combina acció física i química.

Erosió, transport i sedimentació per agents

Una vegada alterada la roca, els agents geològics externs arranquen (erosió), desplacen (transport) i dipositen (sedimentació) els materials, generant sistemes morfoclimàtics característics:

• Sistema fluvial (rius): l'agent més universal. Genera valls en «V», meandres, terrasses fluvials i, en la desembocadura, deltes i planes d'inundació.
• Sistema càrstic: sobre roques solubles (calcàries, guixos). Dóna un modelatge singular amb lapiaz, dolines, avencs, poljés i xarxes de coves amb espeleotemes.
• Sistema glacial: les glaceres excaven circs i valls en «U» i dipositen morrenes. En la Península es conserven formes heretades en Pirineus, Picos de Europa i Sierra Nevada.
• Sistema eòlic: en climes àrids, el vent erosiona per deflació i abrasió i construeix dunes i dipòsits de loess.
• Sistema litoral: l'onatge modela penya-segats, plataformes d'abrasió, platges i fletxes o cordons litorals.
• Moviments de vessant: sota l'acció directa de la gravetat (despreniments, lliscaments, colades de fang).

Factors que condicionen el modelatge

La forma final del relleu depèn de la interacció de diversos factors:

• Litologia: la naturalesa de la roca determina la seua resistència i la seua resposta (relleu càrstic en calcàries, formes arredonides en granits, bad-lands en argiles).
• Estructura tectònica: plecs, falles i la disposició dels estrats guien el traçat de valls i costes (relleus juràssics, apalatxians, germànics).
• Clima: controla quins agents predominen (gel, aigua, vent) i la intensitat de la meteorització química.
• Temps: l'evolució del relleu requereix escales geològiques.
• Activitat biològica i antròpica: la vegetació protegeix el sòl, mentre que l'acció humana (desforestació, urbanització, mineria) s'ha convertit en un potent agent geomorfològic.

4. El sòl, components, destrucció i recuperació

El sòl és la capa superficial de l'escorça, resultat de la interacció entre la roca mare i els éssers vius, capaç de sostenir vegetació. El seu estudi correspon a l'edafologia, ciència fundada per Vasili Dokucháyev, que el va definir com un cos natural amb organització i evolució pròpies, i no com un mer material inert.

Components

El sòl integra tres fases:

• Fase sòlida: comprèn la fracció mineral —partícules classificades per grandària en arena, llim i argila, la proporció de les quals defineix la textura— i la fracció orgànica o humus, matèria orgànica transformada que aporta fertilitat i estructura.
• Fase líquida: la dissolució del sòl, aigua amb sals i nutrients dissolts.
• Fase gasosa: l'aire dels porus, més ric en $\mathrm{CO_2}$ i més pobre en $\mathrm{O_2}$ que l'atmosfèric.

A ells s'afig l'edafon, el conjunt d'organismes vius (bacteris, fongs, cucs de terra, artròpodes) responsables del reciclatge de la matèria orgànica.

El perfil del sòl

Un sòl madur presenta una successió vertical de capes o horitzons:

• Horitzó O: fullaraca i restes orgàniques en superfície.
• Horitzó A: mineral, fosc, ric en humus; zona de màxima activitat biològica i de rentat (eluviació).
• Horitzó B: d'acumulació dels materials rentats des de dalt (il·luviació).
• Horitzó C: roca mare fragmentada i alterada.
• Horitzó R: roca mare inalterada.

La seua formació (edafogènesi) depèn de cinc factors clàssics: roca mare, clima, relleu, organismes i temps.

Destrucció del sòl

El sòl és un recurs pràcticament no renovable a escala humana: formar un horitzó fèrtil pot requerir segles o mil·lennis. Les seues principals amenaces són:

• Erosió hídrica i eòlica, accelerada per la pèrdua de coberta vegetal.
• Desertificació: degradació en zones àrides i semiàrides; bona part del territori espanyol està en risc alt.
• Salinització per reg mal gestionat.
• Contaminació per abocaments, plaguicides o metalls pesants.
• Segellament (impermeabilització) per urbanització i infraestructures.
• Pèrdua de matèria orgànica i compactació per pràctiques agrícoles intensives.

Recuperació i conservació

Enfront d'aqueixa degradació, les tècniques de conservació busquen protegir el sòl i restaurar la seua fertilitat:

• Reforestació i manteniment de la coberta vegetal.
• Cultiu en terrasses i en corbes de nivell per a frenar l'escolament en vessants.
• Rotació de cultius, ús de cobertes vegetals i llaurada de conservació (mínima llaurada, sembra directa).
• Aportació de matèria orgànica (compost, adobs verds) per a regenerar l'humus.
• Correcció de la salinitat mitjançant drenatge i rentat controlat.

Aplicació didàctica

Encara que aquests continguts pertanyen a l'àmbit de la geologia, en el currículum LOMLOE (Real Decreto 217/2022) es desenvolupen sobretot en la matèria de Biologia i Geologia de l'ESO —on s'aborden els minerals i les roques, el cicle de les roques, el modelatge del relleu i el sòl com a recurs— i s'aprofundeixen en la Geologia de 2n de Batxillerat. Per al professorat de Física i Química, dominar-los és indispensable per la seua presència en el temari 590-007 i per la seua connexió amb la química (enllaç iònic i covalent en els minerals, reaccions àcid-base i redox de la meteorització).

Són continguts idonis per a desenvolupar la competència STEM i la competència ecosocial, i es presten a situacions d'aprenentatge al voltant de problemes reals: la desertificació, la gestió de pedreres, l'ús sostenible del sòl o el patrimoni geològic local. El treball amb mostres de mà, claus d'identificació, mapes geològics i itineraris de camp resulta especialment motivador i connecta amb la indagació científica.

Convé anticipar idees prèvies i errors freqüents de l'alumnat: confondre mineral i roca; creure que el sòl és un material inert i no un ecosistema viu; suposar que el relleu és estàtic o que es va formar de colp, sense percebre la magnitud del temps geològic; o pensar que els processos geològics externs són insignificants enfront dels interns. L'observació directa d'espeleotemes, d'un perfil de sòl o de les terrasses d'un riu ajuda a corregir aquestes concepcions alternatives.

Conclusió

Aquest tema recorre l'escala de la geologia externa des del material fins al paisatge. Els minerals i les roques, definits per la seua composició i la seua estructura, constitueixen els maons de l'escorça i sostenen dominis litològics —silici, calcari i argilós— que expliquen la diversitat del relleu espanyol i la seua rellevància econòmica. La geomorfologia proporciona el marc per a descriure i interpretar les formes, mentre que el modelatge, mitjançant la meteorització, l'erosió, el transport i la sedimentació, i condicionat per la litologia, l'estructura, el clima i el temps, dóna compte del seu origen. En la cúspide d'aquest sistema se situa el sòl, síntesi de litosfera i biosfera i recurs fràgil la conservació del qual és un repte ambiental de primer ordre. Comprendre aquests processos, regits per l'uniformitarisme de Hutton, és entendre la Terra com un sistema dinàmic en permanent transformació.