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5.8: La superficie cambiante de la Tierra - Geociencias

5.8: La superficie cambiante de la Tierra - Geociencias


Los geólogos saben que Wegener tenía razón porque los movimientos de los continentes explican mucho sobre la geología que vemos. La mayor parte de la actividad geológica que vemos en el planeta hoy en día se debe a las interacciones de las placas en movimiento. En el mapa de América del Norte, ¿dónde están ubicadas las cadenas montañosas? Utilizando lo que ha aprendido sobre la tectónica de placas, intente responder las siguientes preguntas:

  1. ¿Cuál es el origen geológico de Cascades Range? Las cascadas son una cadena de volcanes en el noroeste del Pacífico. No están etiquetados en el diagrama pero se encuentran entre Sierra Nevada y la Cordillera de la Costa.
  2. ¿Cuál es el origen geológico de Sierra Nevada? (Sugerencia: estas montañas están hechas de intrusiones graníticas).
  3. ¿Cuál es el origen geológico de las montañas Apalaches a lo largo del este de los Estados Unidos?

Recuerde que Wegener usó la similitud de las montañas en los lados oeste y este del Atlántico como evidencia de su hipótesis de deriva continental. Las montañas Apalaches se formaron en un límite de placa convergente cuando Pangea se unió.

Antes de que Pangea se uniera, los continentes estaban separados por un océano donde ahora está el Atlántico. El océano protoatlántico se encogió a medida que crecía el océano Pacífico. Actualmente, el Pacífico se está reduciendo a medida que el Atlántico crece. Este ciclo supercontinente es responsable de la mayoría de las características geológicas que vemos y de muchas más que desaparecieron hace mucho tiempo.


MAPAS: CONTORNO, PERFILES Y GRADIENTE: páginas 45 a 58 en el manual de su laboratorio

LÍNEAS HACHURADAS: representan depresiones, cráteres volcánicos y cuencas. El contorno sombreado más interno tiene la elevación más baja, el contorno sombreado más externo tiene la elevación más alta.

REGLA DE "Vs" - Las curvas de nivel forman una "V" cuando cruzan un arroyo o río. El punto de la V apunta cuesta arriba los tramos de la "V" apuntan cuesta abajo.

Líneas de contorno muy juntas = pendiente pronunciada

Gradiente: los mapas topográficos no solo se utilizan para determinar la elevación, sino que también se pueden utilizar para ayudar a visualizar la topografía. Una de las observaciones topográficas más básicas que se pueden realizar es la pendiente (o pendiente) de la superficie del suelo.

Los gradientes altos (o empinados) ocurren en áreas donde hay un gran cambio de elevación en una distancia corta. Los gradientes bajos (o suaves) ocurren cuando hay pocos cambios en la elevación en la misma distancia.

El gradiente es simplemente la subida sobre la carrera o la pendiente (cambio en y (elevación) dividido por el cambio en x (distancia)). El gradiente es igual al cambio de elevación dividido por la distancia horizontal.

Dado que la mayoría de los ríos son curvilíneos, no podemos usar la regla directamente para medir sus longitudes. En su lugar, tenemos que dar un paso adicional, es decir, tenemos que usar una cuerda y colocarla con cuidado a lo largo de las líneas curvas que hace el río. Una vez que tenemos esa longitud en la cuerda, vamos y medimos esa longitud contra la regla. Solo entonces, habremos medido la longitud real a lo largo de las curvas del río.

Relieve: una propiedad importante de un paisaje es su relieve: la diferencia de elevación entre el punto más alto y el punto más bajo.

Para el mapa a continuación, etiquete todas las curvas de nivel, indique la dirección en la que fluye la corriente, calcule el gradiente promedio a lo largo de la corriente entre los puntos A y B, calcule el relieve máximo y mínimo en el mapa, y dé las posibles elevaciones para los puntos D, E y F Las líneas punteadas son corrientes.

La escala es una pulgada = 5 millas. El CI. es de 50 pies. La elevación del punto C es de 774 pies.

Etiquete los contornos: primero determine dónde fluye la corriente (regla de Vs), para que pueda ver dónde están los contornos altos y bajos.

Dirección del flujo de la corriente: el agua fluye cuesta abajo, al mirar el mapa (las V) podemos ver que la corriente fluye hacia el norte.

Pendiente entre los puntos A y B = 11,85 pies por milla (consulte los cálculos a continuación). Usé su manual de laboratorio para medir la longitud del río.

Para el mapa a continuación, etiquete todas las curvas de nivel, indique la dirección en la que fluye la corriente, calcule el gradiente promedio a lo largo de la corriente entre los puntos A y B, calcule el relieve máximo y mínimo en el mapa, y dé las posibles elevaciones para los puntos D, E y F Las líneas punteadas son corrientes.

La escala es 1 = 50.000. El CI. mide 100 pies. La elevación del punto C es 546 pies.

Etiquete los contornos: primero determine dónde fluye la corriente (regla de Vs), para que pueda ver dónde están los contornos altos y bajos.

Dirección del flujo de la corriente: el agua fluye cuesta abajo, al mirar el mapa (las V) podemos ver que la corriente fluye hacia el norte.

Pendiente entre los puntos A y B = 266,67 pies por milla (consulte los cálculos a continuación). Usé su manual de laboratorio para medir la longitud del río.

Para el mapa a continuación, etiquete todas las curvas de nivel, indique la dirección en la que fluye la corriente, calcule la pendiente promedio a lo largo de la corriente entre los puntos A y B, calcule el relieve máximo y mínimo en el mapa y proporcione las posibles elevaciones para los puntos D, E y F. Las líneas punteadas son corrientes.

La longitud de la barra de escala es de 2000 pies. El CI. mide 25 pies. La elevación del punto C es de 467 pies.

Etiquete los contornos: primero determine dónde fluye la corriente (regla de Vs), para que pueda ver dónde están los contornos altos y bajos.

Dirección del flujo de la corriente: el agua fluye cuesta abajo, al mirar el mapa (las V) podemos ver que la corriente fluye hacia el sur.

Pendiente entre los puntos A y B = 37,5 pies por milla (consulte los cálculos a continuación). Usé su manual de laboratorio para medir la barra de escala y la longitud del río.

Para el mapa a continuación, etiquete todos los contornos dibujar un perfil a lo largo de la línea AB en la cuadrícula provista debajo del mapa indique la dirección en la que fluye la corriente determinar la exageración vertical del perfil calcular la pendiente promedio a lo largo de la corriente entre los puntos M y N calcular el relieve máximo del área del mapa. Observe la escala de una pulgada proporcionada para el perfil. Las líneas discontinuas son corrientes.

Escala horizontal 1 = 62,500. El CI. es de 50 pies. La elevación del punto X es de 727 pies.

Etiquete los contornos: primero determine dónde fluyen los arroyos (regla de las V), para que pueda ver dónde están los contornos altos y bajos.

Dibuje un perfil a lo largo de la línea A-B: desde cada punto en el que la línea A-B toca una línea de contorno, dibuje una línea perpendicular sobre el perfil (asegúrese de que la línea sea recta y exactamente a 90 grados de las líneas del perfil). Vea el gráfico completo a continuación.

Dirección del flujo de la corriente: el agua fluye cuesta abajo, al mirar el mapa (las V) podemos ver que la corriente de la izquierda fluye hacia el noreste y la corriente de la derecha fluye hacia el suroeste.

Exageración vertical del perfil - Al bucear la escala horizontal por la escala vertical (medidas del bot en las mismas unidades), vemos que el VE = 52.08 (ver cálculos a continuación).

Pendiente entre los puntos M y N = 62,5 pies por milla (consulte los cálculos a continuación). Usé su manual de laboratorio para medir la longitud del río.

Alivio máximo: tome el punto más alto posible alrededor de 850 'y reste el punto más bajo posible alrededor de 500'. 850 '- 500' = 350 '. El alivio máximo es poco menos de: 150 '

Para el mapa a continuación, etiquete todos los contornos dibujar un perfil a lo largo de la línea AB en la cuadrícula provista debajo del mapa indique la dirección en la que fluye la corriente determinar la exageración vertical del perfil calcular la pendiente promedio a lo largo de la corriente entre los puntos M y N calcular el relieve máximo del área del mapa. Observe la escala de una pulgada proporcionada para el perfil. Las líneas discontinuas son corrientes.

Escala horizontal 1 = 62,500. El CI. mide 20 pies. La elevación del punto X es de 623 pies.

Etiquete los contornos: primero determine dónde fluyen los arroyos (regla de las V), para que pueda ver dónde están los contornos altos y bajos.

Dibuje un perfil a lo largo de la línea A-B: desde cada punto en el que la línea A-B toca una línea de contorno, dibuje una línea perpendicular sobre el perfil (asegúrese de que la línea sea recta y exactamente a 90 grados de las líneas del perfil). Vea el gráfico completo a continuación.

Dirección del flujo de la corriente: el agua fluye cuesta abajo, al mirar el mapa (las V) podemos ver que ambas corrientes fluyen hacia el sur.

Exageración vertical del perfil: buceando la escala horizontal por la escala vertical (medidas del bot en las mismas unidades). VE = 65,1 (realice los cálculos y vea si puede obtener el mismo número).

Gradiente entre los puntos M y N = 11.58 pies por milla (realice los cálculos y vea si puede obtener el mismo número). Usé su manual de laboratorio para medir la longitud del río.

Alivio máximo: el alivio máximo es un poco menos de: 120 '(realice los cálculos y vea si puede obtener el mismo número).


Historia de la evolución del sistema terrestre - Cambiando la vida

A continuación se muestran las historias que fueron diseñadas por Cheryl Mosier, profesora de Ciencias de la Tierra en Columbine High School en Littleton, Colorado.

  1. El cambio a través del tiempo produjo la Tierra, el resultado neto de la constancia, los cambios graduales y los cambios episódicos en escalas de tiempo y espacio humanas, geológicas y astronómicas.
  2. Las esferas de fluidos dentro del sistema terrestre incluyen la hidrosfera, la atmósfera y la criosfera, que interactúan y fluyen para producir un tiempo, un clima, glaciares, paisajes marinos y recursos hídricos en constante cambio. Estos afectan a las comunidades humanas, dan forma a la tierra, transfieren materiales y energía de la Tierra y cambian los entornos y ecosistemas de la superficie. Los peligros naturales asociados con los procesos y eventos de la Tierra incluyen sequías, inundaciones, tormentas, actividad volcánica, terremotos y cambio climático. Representan riesgos para los seres humanos, sus propiedades y comunidades. Las ciencias de la tierra se utilizan para estudiar, predecir y mitigar los peligros naturales de modo que podamos evaluar los riesgos, planificar sabiamente y aclimatarnos a los efectos de los peligros naturales.
  3. Los entornos y ecosistemas dinámicos se producen por la interacción de todas las geosferas en la superficie de la Tierra e incluyen muchos entornos, ecosistemas y comunidades diferentes que se afectan entre sí y cambian a lo largo del tiempo.
  4. Para mantener la presencia y la calidad de la vida humana, los seres humanos y las comunidades deben comprender su dependencia de los recursos y el medio ambiente de la Tierra, darse cuenta de cómo influyen en los sistemas de la Tierra, apreciar la capacidad de carga de la Tierra, gestionar y conservar los recursos y el medio ambiente no renovables, desarrollar fuentes alternativas de energía. y materiales necesarios para el sustento humano, e inventar nuevas tecnologías.

Actividad 1 - Clima actual en su comunidad

Actividad 2 - Paleoclimas

Actividad 3: ¿Cómo afectan al clima las variaciones orbitales de la Tierra?

Actividad 4 - ¿Cómo afectan la tectónica de placas y las corrientes oceánicas al clima global?

Actividad 5 - ¿Cómo afectan las concentraciones de dióxido de carbono en la atmósfera al clima global?

Actividad 6: ¿Cómo podría afectar el calentamiento global a su comunidad?


Cómo los huracanes cambian la superficie de la Tierra

Gracias al GPS basado en satélites, los geólogos pueden medir los cambios en la superficie de la Tierra en grandes áreas y en el tiempo. El sistema se utiliza para medir movimientos tectónicos lentos, como el deslizamiento de grandes fallas. El lunes, el Laboratorio Geodésico de Nevada publicó un mapa que muestra cómo los puntos de monitoreo GPS alrededor de Houston experimentaron un movimiento vertical de casi 0.8 pulgadas en un día.

Tweet del geofísico Chris Milliner que muestra el movimiento del suelo alrededor de Houston, 4 de septiembre de 2017.

Las estaciones ubicadas tanto en suelo aluvial (sedimentos blandos depositados por ríos) como en afloramientos rocosos mostraron las mismas tasas de movimiento. Por lo tanto, es poco probable que la saturación de agua del suelo y la compactación por las inundaciones que ocurren en Houston puedan explicar los desplazamientos por sí solos. Según los expertos, es más probable que el patrón de movimiento observado haya sido causado por el peso de toda el agua que inunda Houston.

El huracán Harvey provocó lluvias torrenciales y empujó entre 25 y 33 billones de galones de agua, equivalente a una masa de 275 billones de libras, desde el mar hacia las regiones costeras. La masa agregada fue suficiente para empujar la superficie de la Tierra hacia abajo. En geología, este efecto se conoce como isostasia. Como las capas inferiores de la corteza terrestre no son rígidas, sino dúctiles, reaccionan a los cambios en la distribución de masa en la superficie mediante flexiones locales. Agregar masa hará que el suelo se hunda. Retirar la masa de nuevo provocará un rebote y un levantamiento.

El huracán Harvey cerca de la costa de Texas alcanzó su máxima intensidad a última hora del 25 de agosto de 2017. Fuente y. [+] Crédito: RAMMB / CIRA SLIDER, Imagen en Dominio Público.

Según algunas investigaciones preliminares publicadas en 2013, los huracanes pueden desplazar suficiente masa y cambiar el campo de tensión tectónica local, aumentando el riesgo de terremotos más pequeños. Después de que el huracán Irene azotara Virginia en 2011, se registraron más terremotos pequeños en la región. Solo una semana antes, se sintió un terremoto de 5.8 en el este de los Estados Unidos y el sureste de Canadá, entre los eventos más grandes que ocurrieron en esta región en el último siglo. El terremoto de 5.8 posiblemente rompió varias fallas más pequeñas en el área. A medida que los cambios de presión de aire causados ​​por Irma ejercen un estrés adicional sobre las fallas activadas, se deslizaron más fácilmente, provocando réplicas menores.

Los huracanes también se pueden detectar con sismómetros, que se utilizan en la detección de terremotos. El martes, cuando el huracán Irma se actualizó a una tormenta de categoría 5, el ruido producido por los vientos rápidos de 175 mph y las olas que golpeaban la costa, fue captado por sismómetros en Guadalupe, una isla en el sur del Mar Caribe.

Tweet del sismólogo Stephen Hicks que muestra la proximidad del huracán Irma en el sismómetro. [+] grabaciones de Guadalupe, 5 de septiembre de 2017.

Puerto Rico y las Islas Vírgenes de los Estados Unidos han declarado estados de emergencia debido a esta tormenta entrante.


5.8: La superficie cambiante de la Tierra - Geociencias

Circulación y vorticidad

1. Conservación del momento angular absoluto

La velocidad lineal tangencial de una parcela en un cuerpo en rotación está relacionada con la velocidad angular del cuerpo por la relación

(1)

Si la ecuación (1) se aplica a un punto de la Tierra en rotación, w es la velocidad angular de la Tierra y r es la distancia radial al eje de rotación, r = R cos donde R es el radio de la Tierra y es latitud. [1]

El momento angular se define como Vr y, en ausencia de momentos de torsión, se conserva el momento angular absoluto (es decir, el momento angular relativo a un observador estacionario en el espacio)

(2)

donde Vmi es la velocidad tangencial de la superficie terrestre.

La ecuación (2) establece que el momento angular absoluto de una parcela de aire es la suma del momento angular impartido a la parcela de aire por la superficie giratoria de la tierra y el momento angular debido al movimiento de la parcela de aire en relación con la superficie giratoria. de la tierra (donde se elimina el subíndice r de relativo a la tierra .

(3)

Una parcela de aire en reposo con respecto a la superficie de la tierra en el ecuador en la troposfera superior se mueve hacia el norte a 30N debido a la circulación de las células de Hadley. Suponiendo que se conserva el momento angular absoluto, ¿qué velocidad tangencial poseería la parcela de aire en relación con la tierra al alcanzar los 30 N?

(1)

Tenga en cuenta que w es positivo si la rotación es en sentido antihorario con respecto al Polo Norte. Por tanto, V es positivo si el vector de movimiento zonal está orientado de oeste a este.

(2)

Resolver para VF, la velocidad tangencial relativa a la Tierra en la latitud final.

(3)

r = distancia radial al eje de rotación = (4)

(5)

donde es la velocidad angular de la tierra, 7.292 X10 -5 s -1.

Sustituya (5) en (3) y simplifique insertando la V inicialI = 0 y recordando que el radio promedio de la tierra es 6378 km obtenemos

Claramente, aunque tales velocidades del viento no se observan a 30 N en la troposfera superior, este ejercicio demuestra que debería haber un cinturón de vientos de movimiento rápido en la troposfera superior que no están relacionados con consideraciones baroclínicas (es decir, viento térmico) y que solo están relacionados con la conservación de los vientos absolutos. momento angular. En la atmósfera real, tales velocidades no se observan (las velocidades de la corriente en chorro subtropical son del orden de 200 km / h) debido a los efectos de viscosidad / fricción.

La circulación es la medida macroscópica del `` remolino '' en un fluido. Es una medida precisa del flujo promedio de fluido a lo largo de una curva cerrada dada. Matemáticamente, la circulación está dada por

(4)

dónde es el vector de posición. En coordenadas naturales, . Para flujo puramente horizontal, la ecuación (4) se reduce a

(5)

(6)

Para una columna de aire con un área de sección transversal circular r 2 girando con una velocidad angular constante w, donde V = w r, la distancia s está dada por la circunferencia 2 r, la circulación V s está dada por

(7a)

(7b)

Tenga en cuenta que "omega" en las ecuaciones (7a yb) representan la velocidad angular de la parcela de aire relativa a un eje perpendicular a la superficie de la tierra.

Las ecuaciones (3) y (7a) nos dicen que la circulación es directamente proporcional al momento angular. La definición fundamental de vorticidad es (2 w), es decir, el doble de la velocidad angular local. Así, el reordenamiento (7a) muestra que la circulación por unidad de área es la vorticidad y es directamente proporcional a (pero no igual) la velocidad angular del fluido. La vorticidad, entonces, es la medida microscópica del remolino y es la medida vectorial de la tendencia del elemento fluido a girar alrededor de un eje a través de su centro de masa.

En el Polo Norte, una columna de aire con un área de sección transversal circular en reposo con respecto a la superficie de la tierra tendría una circulación relativa a un observador estacionario en el espacio debido a la rotación de la tierra alrededor de la vertical local, Ecuación (7c) .

(7c)

(7d)

Por lo tanto, la circulación impartida a una columna de aire por la rotación de la tierra es solo el parámetro de Coriolis multiplicado por el área de la columna de aire. Dividir ambos lados por el área muestra que el parámetro de Coriolis es solo la vorticidad de la tierra & quot.

Un observador en el espacio notaría que la circulación total o absoluta experimentada por la columna de aire se debe a la circulación impartida a la columna por la superficie giratoria de la tierra Y la circulación que la columna posee con respecto a la tierra.

Por lo tanto, dividiendo (8) por el área de la columna de aire se obtiene

(9)

que establece que la vorticidad absoluta es la vorticidad relativa más la vorticidad de la tierra (parámetro de Coriolis).

Dado que la circulación es proporcional al momento angular, esto significa que tanto la circulación absoluta como la vorticidad absoluta son análogas al momento angular. Dado que, en ausencia de pares, se conserva el momento angular absoluto, se puede afirmar que, en ausencia de pares

(10)

Por supuesto, aunque esto puede ser cierto en los sinópticos y macroescalas, esta suposición falla, como veremos, en general. Sin embargo, nos permite hacer algunas observaciones útiles sobre la forma en que se comporta la atmósfera.

Por ejemplo, suponga que una columna de aire está en reposo con respecto a la superficie de la tierra en el polo norte. Conceptualmente, ¿qué circulación relativa se desarrollaría (si la hubiera), si esta columna de aire se moviera hacia el ecuador?

1. Una columna de aire en reposo con respecto a la superficie de la tierra en el ecuador tiene un radio de 100 km. Esta columna de aire se mueve hacia el Polo Norte. Determine (a) qué circulación relativa, si la hay, desarrollará la columna de aire, y (b) qué velocidad tangencial (en km / h) se desarrollará en la periferia de la columna de aire al llegar al Polo Norte. Suponga que no hay pares de torsión reales y que el área de la columna de aire no cambia.

2. Una columna de aire inicialmente en reposo con respecto a la superficie de la tierra a 60N se expande al doble de su superficie original debido a la divergencia horizontal. ¿Qué velocidad tangencial relativa a la tierra (en km / h) se desarrollará en la periferia de la columna de aire?

(11)

y que en coordenadas naturales las componentes del viento son V y w las componentes del vector de posición son ds y dz, la circulación absoluta se puede escribir

(12)

El cambio en la circulación absoluta (asumiendo que ds y dz no cambian) vendría dado por

(13)

Para flujo sin fricción, no curvado, las ecuaciones de movimiento en coordenadas naturales son

(14)

Supongamos que el patrón de presión no está cambiando (no es una buena suposición para períodos de más de una hora aproximadamente). Recordemos también que las superficies de g son paralelas a los contornos z y la evaluación de la integral de línea de gdz dará como resultado 0. Entonces la sustitución de (14) en (10) y la colección de términos da como resultado

(15)

donde dp es la variación de presión a lo largo del circuito que se está considerando. El término a la derecha del signo igual se conoce como término de solenoide. Un solenoide es la figura trapezoidal que se crea si las isobaras y las isopícnicas se cruzan. A una presión dada, la densidad es inversamente proporcional a la temperatura. Por lo tanto, un solenoide es la figura trapezoidal que se crea si las isobaras y las isotermas se cruzan.

La ecuación (15) establece que la circulación se desarrollará (aumentará o disminuirá) solo cuando las isotermas estén inclinadas con respecto a las isobaras (conocido como estado `` baroclínico ''). Cuando las isotermas son paralelas a las isobaras (conocido como estado `` barotrópico ''), no puede ocurrir desarrollo de circulación. (Recuerde, asumimos que no hay pares de fricción).

4. Teorema de la circulación de Bjerkenes

Tomando la derivada en el tiempo de (8), despejando la circulación relativa después de la sustitución de la ecuación (15) se obtiene

(16)

que se conoce como Teorema de la circulación de Bjerkenes. La ecuación (16) responde a la pregunta importante, ¿cómo se desarrolla la circulación en relación con la superficie de la tierra? El término solenoide es muy importante cerca de frentes, interfaces de brisa marina, límites de flujo de salida, líneas de chorro, etc., todas las características de escala sinóptica de mesoescala o de gama baja. Para la mayoría de las características sinópticas y de macroescala, el término solenoide puede despreciarse en un orden de magnitud. Sin embargo, el teorema de circulación de Bjerknes aún excluye la circulación (y los cambios de vorticidad) debido a la inclinación.

5. Ecuación de vorticidad simplificada

De las discusiones anteriores, la circulación absoluta se puede afirmar como

(1)

donde z es la vorticidad absoluta

Tomando la derivada del tiempo de ambos lados

(2)

(3)

Aplicar la definición fundamental de divergencia

(4)

La ecuación (4) es la ecuación de vorticidad simplificada. Establece que el cambio en la vorticidad absoluta (proporcional a la velocidad angular absoluta) experimentado por una parcela de aire se debe a la divergencia o convergencia. Esto es análogo al principio de conservación del momento angular absoluto aplicado a nivel microscópico. Este es el llamado efecto de `` bailarina de ballet '' aplicado a un paquete fluido. Recuerde que (4) está simplificado. Se aplica solo en circunstancias extremadamente restrictivas. Cerca de frentes, límites de brisa marina, límites de salida, etc., la ecuación (4) no funcionará, ya que no contiene los efectos solenoidales discutidos en clase.

La ecuación (4) también se puede derivar directamente obteniendo el rizo de la ecuación de movimiento y haciendo una escala sinóptica (en la que los términos de inclinación, estiramiento y solenoide se eliminan en un orden de magnitud) y se realiza una escala sinóptica.

La ecuación (4) se puede ampliar utilizando la definición de la derivada lagrangiana / total a la ecuación de vorticidad simplificada.

(4a, b, c)

donde 4 (b) y 4 (c) son las versiones en coordenadas rectangulares y naturales, respectivamente.

Debido a que las velocidades verticales son pequeñas en comparación con las velocidades horizontales y el gradiente vertical de vorticidad absoluta es de uno a dos órdenes de magnitud menor que los gradientes horizontales de vorticidad absoluta, el último término a la derecha de 4 (b) y 4 (c) puede ser descuidado en un orden de magnitud.

La ecuación de vorticidad simplificada resultante (a menudo llamada Ecuación de vorticidad barotrópica) en coordenadas naturales se puede reescribir de la siguiente manera:

(5)

La ecuación (4a) establece que las parcelas de aire experimentan cambios en la vorticidad debido a la divergencia / convergencia (en la escala sinóptica). Pero la ecuación (5) es una versión de la ecuación que nos permite relacionar los patrones de advección de la vorticidad con los patrones de divergencia y convergencia, si los argumentos de escala sinóptica presentados anteriormente son válidos.

[1] El símbolo w también se usa para denotar la velocidad vertical en el sistema de coordenadas x, y, p.


La formación de Sion

Descripción general

Hace más de 250 millones de años, se formaron las impresionantes características geológicas de Zion. Una vez que el área estuvo cubierta por una masa baja de agua, finalmente grandes ríos se abrieron paso a través del paisaje. Más tarde quedó uno de los desiertos más grandes de la tierra. Las dunas de arena de este desierto se convirtieron en lo que ahora son los impresionantes acantilados de 2,000 pies del Parque Nacional Zion. El parque ahora alberga algunas de las vistas del cañón más pintorescas del país. En solo un radio de 229 millas cuadradas residen enormes mesetas cubiertas de pinos y enebros, estrechos cañones de arenisca, el ventoso río Virgin y muchas filtraciones, manantiales y cascadas.

La meseta de Colorado

El Parque Nacional Zion está ubicado a lo largo del borde de la meseta de Colorado, una región grande y elevada que se extiende desde el centro de Utah hasta el norte de Arizona, e incluye parte de Colorado y Nuevo México. Durante un período de millones de años, las capas de roca en esta región se levantaron, inclinaron y erosionaron, exponiendo una serie de coloridos acantilados llamados Grand Staircase. Esta "escalera" presenta un registro espectacular de la historia de la Tierra desde hace casi 2 mil millones de años hasta el período geológico más reciente. Las capas de roca de Grand Canyon, Zion y Bryce Canyons registran los eventos geológicos secuenciales de esta región con notable claridad.

Sedimentación

Zion era una cuenca relativamente plana cerca del nivel del mar hace 240 millones de años. Las montañas cercanas erosionaron arena, grava y lodo, y los arroyos llevaron estos materiales a la cuenca, donde se depositaron en capas.

El peso de estas capas hizo que la cuenca se hundiera y la superficie superior permaneciera cerca del nivel del mar. A medida que la tierra subía y bajaba con el cambio climático, el medio ambiente fluctuaba desde llanuras costeras hasta mares poco profundos y un desierto de arena arrastrada por el viento. Este proceso, llamado sedimentación, continuó hasta que se acumularon más de 10,000 pies de material.

Litificación

Las aguas llenas de minerales se filtraron lentamente a través de las capas de sedimentos compactados. Trabajando como agentes cementantes, el óxido de hierro, el carbonato de calcio y la sílice transformaron las capas en piedra durante largos períodos de tiempo. Los antiguos fondos marinos se convirtieron en piedra caliza, el barro y la arcilla se convirtieron en lutitas y lutitas y la arena del desierto se transformó en arenisca. Como cada capa se originó a partir de una fuente distinta, ahora cada una es diferente en grosor, color, contenido mineral y apariencia general.

Edificación

Lentamente, las fuerzas en las profundidades de la tierra empujaron la superficie hacia arriba en un proceso llamado levantamiento. Este fue un empujón vertical que forzó a enormes bloques de la corteza hacia arriba. Por lo tanto, la elevación de Sion se elevó desde cerca del nivel del mar hasta los 10,000 pies sobre el nivel del mar. Este levantamiento todavía está ocurriendo: en 1992 un terremoto de magnitud 5.8 causó un deslizamiento de tierra visible justo afuera de la entrada sur del parque en Springdale.

Erosión

/> El levantamiento dio a los arroyos una mayor fuerza de corte mientras se abrían camino hacia el mar. La ubicación de Sion a lo largo del borde occidental del levantamiento hizo que los arroyos cayeran rápidamente fuera de la meseta. A medida que cortaban las capas de roca, transportaban sedimentos y grandes rocas con ellos, formando cañones profundos y estrechos. Desde que comenzó el levantamiento, el North Fork del Virgin River se ha llevado varios miles de pies de roca que una vez se encontraban sobre las capas más altas visibles hoy.

El río Virgin todavía está abriéndose paso. Un deslizamiento de tierra una vez represó el río Virgin, formando un lago. Cuando los sedimentos se depositaron en el fondo de las aguas tranquilas, el río se abrió y el lago se drenó. Lo que quedó fue un valle de fondo plano. Este cambio se puede presenciar desde el recorrido panorámico al sur de Zion Lodge, cerca del Sentinel Slide. El deslizamiento volvió a estar activo en 1995, dañando la carretera. Las inundaciones repentinas también han jugado un papel clave en la formación del parque. Estos ocurren cuando tormentas eléctricas repentinas arrojan agua sobre la roca expuesta, y con poca tierra para absorber la humedad, el agua corre cuesta abajo, acumulando volumen a medida que se mueve. Estas inundaciones, a menudo espontáneas, pueden aumentar el flujo de agua en más de 100 veces. En 1998, una inundación repentina aumentó el volumen del río Virgin de 200 pies cúbicos por segundo a 4,500 pies cúbicos por segundo, dañando nuevamente el recorrido escénico en Sentinel Slide.


Geociencias en Texas

La geociencia es el estudio de la Tierra y los complejos procesos geológicos, marinos, atmosféricos e hidrológicos que sustentan la vida y la economía. Comprender la superficie y el subsuelo de la Tierra, sus recursos, historia y peligros nos permite desarrollar soluciones a desafíos económicos, ambientales, de salud y de seguridad críticos.

Su fuente estatal de información sobre geociencias

Oficina de Geología Económica de Texas

Fuerza laboral en Texas

  • 54.266 empleados de geociencias (excluye los autónomos) en 2017 1
  • $ 107,652: salario promedio promedio de un empleado de geociencias 1
  • 39 departamentos académicos de geociencias 2

Uso del agua en Texas

  • 7.2 mil millones de galones / día: extracción total de agua subterránea 3
  • 14.1 mil millones de galones / día: extracción total de agua superficial 3
  • 2,89 mil millones de galones / día: extracción de agua del suministro público 3
  • 5.490 millones de galones / día: extracción de agua para riego 3
  • 323 millones de galones / día: extracción industrial de agua dulce 3
  • El 95% de la población cuenta con suministros públicos de agua 3

Energía y minerales en Texas

  • $ 5.22 mil millones: valor de la producción de minerales no combustibles en 2017 4
  • Piedra (triturada), cemento (Portland), arena y grava (construcción): los tres principales minerales no combustibles en orden de valor producido en 2017 4
  • 39 millones de toneladas cortas: carbón producido en 2016 5
  • 6,83 billones de pies cúbicos: gas natural producido en 2017 5
  • 1.28 mil millones de barriles: petróleo crudo producido en 2017 5
  • 67,1 millones de megavatios hora: viento producido en 2017 5

Peligros naturales en Texas

  • 254 declaraciones de desastres en total, incluidos 154 incendios, 36 inundaciones y 20 desastres por huracanes (1953-2017) 6
  • $ 1,470 millones: subvenciones de asistencia individual (2005-2017) 6
  • $ 1,66 mil millones: subvenciones de mitigación (2005-2017) 6
  • $ 1,950 millones: subvenciones para la preparación (2005-2017) 6
  • $ 3.73 mil millones: subvenciones de asistencia pública (2005-2017) ⁶
  • 99 eventos meteorológicos y / o climáticos, cada uno con costos que superan los mil millones de dólares (ajustado por inflación) (1980-2017) 7

Servicio Geológico de EE. UU. (USGS)

  • $ 1,150 millones: presupuesto total del USGS en el año fiscal 2018 (aumento del 5,8% con respecto al año fiscal 2017) 8
  • El Programa Nacional de Mapeo Geológico Cooperativo financia proyectos de mapeo geológico con socios federales (FEDMAP), estatales (STATEMAP) y universitarios (EDMAP)
  • $ 2.62 millones: fondos STATEMAP de Texas (1993-2016) 9
  • 4 universidades de Texas, incluida la Universidad de Texas en Austin y la Texas Tech University, han participado en EDMAP 9
  • Los canales de USGS recopilan datos recientes o en tiempo real sobre el caudal, el agua subterránea y la calidad del agua en todo Texas.

Administración Nacional Aeronáutica y Espacial - NASA)

  • $ 20.7 mil millones: presupuesto total de la NASA en el año fiscal 2018 (aumento del 5,5% con respecto al año fiscal 2017) 10
  • $ 1.9 mil millones: presupuesto total de Ciencias de la Tierra de la NASA en el año fiscal 2018 (0% de cambio con respecto al año fiscal 2017) 10
  • Los satélites Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) miden los cambios en el agua subterránea en Texas
  • El satélite Soil Moisture Active Passive (SMAP) mide la humedad del suelo en Texas

Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA)

  • $ 5.9 mil millones: presupuesto total de la NOAA en el año fiscal 2018 (aumento del 4.1% con respecto al año fiscal 2017) 11
  • Next-generation geostationary (GOES) and polar orbiting (JPSS) satellites provide weather forecasting over Texas
  • Deep Space Climate Observatory (DISCOVR) satellite monitors radiation and air quality over Texas
  • 71 National Weather Service Automated Surface Observing Systems (ASOS) stations in Texas 12
  • 634 National Weather Service Cooperative Observer Program (COOP) sites in Texas 12

National Science Foundation (NSF)

  • $7.8 billion: total NSF budget in FY 2018 (4% increase from FY 2017) 13
  • $1.4 billion: total NSF Geosciences Directorate (GEO) awards in FY 2017 (7.2% increase from FY 2016) 14
  • 133 NSF GEO awards in Texas totaling $70.2 million in 2017 14
  • $9.7 million: NSF GEO grants awarded to the University of Texas at Austin in 2017 14

U.S. Environmental Protection Agency (EPA)

  • $8.1 billion: total EPA budget in FY 2018 (0% change from FY 2017) 15
  • 55 active Superfund sites in Texas in 2018 16
  • $59.6 million: Drinking Water State Revolving Fund (DWSRF) grants in Texas in 2017 17

Federal Facilities in Texas

  • USGS Texas Water Science Center, Austin
  • NOAA Center for Atmospheric Sciences, El Paso
  • NASA Johnson Space Center, Houston
  • USDA ARS Conservation and Production Research Laboratory, Bushland

Referencias

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Referencias

Clancy, K. B. H., et al. (2014), Survey of Academic Field Experiences (SAFE): Trainees report harassment and assault, PLoS ONE, 9(7), e102172, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0102172.

John, C. M., and S. B. Khan (2018), Mental health in the field, Nat. Geosci., 11, 618–620, https://doi.org/10.1038/s41561-018-0219-0.

Marín-Spiotta, E., et al. (2020), Hostile climates are barriers to diversifying the geosciences, Adv. Geosci., 53, 117–127, https://doi.org/10.5194/adgeo-53-117-2020.

National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine (2018), Sexual Harassment of Women: Climate, Culture, and Consequences in Academic Sciences, Engineering, and Medicine, 312 pp., Natl. Acad. Press, Washington, D.C., https://doi.org/10.17226/24994.

Author Information

Alice F. Hill, University of Colorado Boulder now at New Zealand National Institute of Water and Atmospheric Research/Taihoro Nukurangi, Auckland and Mylène Jacquemart, Anne U. Gold, and Kristy F. Tiampo ( [email protected] ), University of Colorado Boulder


The tiny pieces of plastic that we throw away every year are forming a new layer of sedentary rock across the planet - just another sign of our careless attitude to waste.

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More than 20 years since they went overboard in a storm, thousands of plastic ducks - part of a Chinese shipment of bath toys destined for the US - are still washing up on the world's shores. Once yellow, now bleached white, the toys have become a boon for oceanographers who have been tracking them to learn more about ocean currents. Thousands are still expected to make it to shore intact but many will have a much longer legacy.

Plastic is becoming part of the world's geology. Researchers at the University of Western Ontario and the Algalita Marine Research Institute in California say they've discovered a completely new type of rock, formed when discarded plastic softens and combines with volcanic rock, sea shells, sand and corals.

Camp fires on beaches form a particularly dense variety, but any discarded plastic will do: examples found by the team derived from fishing nets, piping, bottle caps and rubber tyres. The plastic becomes incorporated into rock mainly in the form of 'confetti': tiny particles formed as larger items break down. The result is analogous to sedimentary rock such as limestone, says Patricia Corcoran of Western University: "the plastics I see as grains of sediment . because they move on a beach in the same way, comtrolled by wind and water."

Much of the plastic isn't even visible. "Basically, there are probably more microplastics out there than there are larger particles - we just can't see them," says Corcoran. "So, do plastics break down to the point where they don't exist? No. they've been shown to exist in a form that is a monomer, so they do still go on, so there is a process of organisms ingesting these microplastics."

Some of these particles come from the most surprising places - who'd have thought, for example, that body scrubs could be damaging the planet? But, in the US, there's now a move to ban the type that uses tiny plastic microbeads - already outlawed in Illinois, and with New York considering following suit. Incredibly, a single tube of facial scrub can contain as many as 330,000 beads, which aren't removed by standard sewage treatment systems.

In 1997, it was estimated that a staggering 5.8 million tonnes of waste was reaching the oceans every year and in 2005, the United Nations Environment Program (UNEP) concluded that there were over 13,000 pieces of plastic litter floating on every square kilometre of ocean. The amount is rising, with Ocean Conservancy predicting that 'peak plastic' won't occur until the next century.

Many people have heard of the Great Pacific Garbage Patch what's less well known is the fact that this is only one of five rotating ocean currents, known as gyres, all of which are collecting massive quantities of floating plastic - as many as 30,000 pieces per square kilometre. Earlier this month, an expedition by the Ocean Research Project set off from California for Japan, using a high-speed trawl net to gather samples of these ocean plastics in an attempt to quantify the problem.

"The media likes to sensationalise stories, and at some point five or six years ago some media outlet came up with the story of an island of trash, and the concept went viral," says the project's Matt Rutherford. "The truth is there is no island of trash in any ocean. If that was the case the problem would be much easier to solve. If the trash was all in one place we could just go there and clean it up. The reality is much worse than the fairy tale: the ocean is full of plastic trash, microplastics."

Ideas for cleaning up this mess are never short on the ground. The latest, devised by nineteen-year-old Dutch student Boyan Slat, involves a device anchored to the sea bed with a number of V-shaped arms, which take advantage of natural ocean currents to catch pollution at the surface while allowing living organisms to slip under the floating barriers. The idea has been hailed by some as miraculous. But, says Stiv Wilson, policy director of the ocean conservation nonprofit 5Gyres, it's offering false hope - just like all the others that have preceded it.

"I find debating with gyre cleanup advocates akin to trying to reason with someone who will argue with a signpost and take the wrong way home. Gyre cleanup is a false prophet hailing from La-La land that won’t work – and it’s dangerous and counter productive to a movement trying in earnest stop the flow of plastic into the oceans," he writes. "Every time a gyre cleanup proponent has shown me a design for addressing the problem, the first thing I ask is, 'do you have the money to make 20 million of those doo-hickies?' They look at me with a puzzled look, and I just mutter, 'The ocean is really, really, really, big'."

Nor is recycling the answer. In North America, the annual 'consumption' of plastic is over 148kg per head. And the vast majority of this can only be recycled once, before heading for landfill - where, like plastiglomerate, it will remain for thousands of years.

Plastic is by no means the only 'anthropogenic' marker showing man's impact on the planet - others include raised methane concentrations in ice cores and improved fertility in soils. It is, though, one of the most enduring - and may one day be one of the most obviously visible to archaeologists. As Kelly Jazvac, assistant professor of visual arts at Western University says, "People are putting their imprint on the earth in a way that can't be changed - it's irrevocable it's permanent."


Geology and History

The gentle slope of Mauna Loa as seen from the flanks of Mauna Kea to the north. Younger lava flows appear dark on the volcano's flank, and clouds rest in the eastern saddle between the two volcanoes. (Public domain.)

Mauna Loa's large summit caldera (Moku‘āweoweo) measures 6 by 2.5 km (2.8 by 1.6 mi), including the summit collapse pits, and is elongated in a northeast-southwest orientation. The caldera floor is about 180 m (590 ft) below the summit on the western rim (top right). (Credit: Gaddis, Ben. Public domain.)

Mauna Loa is the largest active volcano on Earth. It dominates the Island of Hawai‘i, covering just over half the island. It has a surface area of about 5,100 km 2 (1900 mi 2 ) and a submarine area that is even more massive. Mauna Loa is in the shield-building stage of Hawaiian volcanism, a period when the volcanoes grow most rapidly, adding as much as 95 percent of their ultimate volume. Scientists calculate Mauna Loa's volume to be at least 75,000 km 3 (18,000 mi 3 ). The volcano's earliest lava flows erupted onto the seafloor and submarine flanks of adjacent Hualālai or Mauna Kea volcanoes between about 0.6 and 1 million years ago. It likely emerged above sea level about 300,000 years ago, and it has grown rapidly upward since then.

When describing the location of eruptions and lava flows on Mauna Loa, scientists refer to five broad areas on the volcano. The summit area is that part of the volcano above the 3,660-m (12,000 ft) elevation, includes Moku‘āweoweo Caldera and the uppermost parts of the two rift zones. Below that elevation are the northeast and southwest rift zones, and the southeast and north and west flanks. Geologists have mapped at least 33 radial vents on the north and west sectors of the volcano, which signifies lava can erupt from these sectors of the volcano in addition to the rift zones and summit area.

Map of Mauna Loa's activity over the past

Map showing the subaerial extents of historical lava flows from Mauna Loa. Lava flow hazard zones and districts of the County of Hawai‘i are also depicted. (Credit: K. Mulliken, HVO. Public domain.)

Recent lava flows spread alternately from the summit area and rift zones.

Aerial view by the Naval Air Service of the 1933 Mauna Loa eruption from a fissure across the rim and floor of Moku‘āweoweo Crater. (Public domain.)

Detailed geologic mapping and dating of lava flows above sea level have shown that about 90 percent of Mauna Loa's surface is covered with flows erupted within the past 4,000 years. Hundreds of lava flows were erupted during this time, but they did not cover the volcano evenly. By tracing the flows back to their vents and knowing their ages based on radiocarbon dating, geologists have recognized a general pattern in the frequency of lava flows spreading from the summit area and the rift zones during the past few thousand years.

Vent locations for these recent flows have generally alternated twice between the summit area and the rift zones, with each period lasting many centuries. Since 1200 CE, roughly the past 700 years, eruptions occurred primarily from vents located on Mauna Loa's rift zones. Before about 700 years ago back to 200 BCE, lava was erupted primarily from the summit area onto the west, north, and east flanks of the volcano with flows reaching the sea. Summit derived activity lasted for 10 centuries! The decline in summit-derived flows and increase in rift zone activity was likely related to the formation of Moku‘āweoweo Caldera due to collapse of the summit—lava flows erupted within the caldera were trapped, unable to overflow the caldera rim.

To construct a geologic map of this area, USGS Hawaiian Volcano Observatory geologists initially used lava flow type, rock colors, and relative stratigraphic positions to distinguish between individual lava flows, and then relied on laboratory analyses and age-dates of the flows to refine their field mapping. USGS photo. (Public domain.)

The cause of the transition from summit-dominated lava flows to prolonged eruption of flows from the rift zones is not known. It was probably related to significant change in the volcano's magma supply or reservoir plumbing system, the advent of explosive activity, and/or flank instability.

High cliffs of Kealakekua Bay (west side Hawai‘i Island) formed as a result of a large Mauna Loa landslide (‘Ālika 2). View to east-southeast of Kealakekua Bay State Historic Park. (Public domain.)

Large landslides dissected Mauna Loa during its rapid growth

The submarine flanks of Mauna Loa and adjacent seafloor are mantled by several enormous landslide deposits that significantly altered the shape of the volcano. Two of the youngest and largest landslides occurred from a source area on the west flank of the volcano that includes Kealakekua Bay—the ‘Ālika 1 and 2 landslides. The ‘Ālika 1 slide moved directly west about 80 km (50 mi) down the steep submarine slope and produced a broad hummocky deposit on the seafloor. The younger ‘Ālika 2 slide also moved west for a short distance, then turned northwest because it was diverted by the ‘Ālika 1 deposit the second landslide also traveled a distance of about 100 km (60 mi). The ‘Ālika 2 landslide may have produced a giant tsunami that swept Lāna‘i about 105,000 years ago. Upslope of Kealakekua Bay, a zone of unusually steep slopes is interpreted by geologists as buried faults, the head land of one or both landslides that subsequently were covered by lava flows.

Landslides have also occurred from the volcano's southwestern flank. The South Kona landslide occurred after about 250,000 years ago, which corresponds to the approximate time when Mauna Loa emerged above sea level. Landslides and faulting helped shape the southern embayment of the coast and steep west-facing scarp of the submerged Southwest Rift Zone.

The older or original suggested location of this rift is shown with a blue dashed line. Black arrows show one possibility for the westward migration of the Nīnole Hills rift to the location of Mauna Loa's current Southwest Rift Zone (yellow dashed line). The South Kona Slump and ‘Ālika-1 and ‘Ālika-2 landslides are shown off the west coast of the island. (Public domain.)

Nīnole Hills – old flows mark the site of abandoned rift zone

The Nīnole Hills are steep-sided and heavily vegetated flat-topped ridges located on the southeastern flank of Mauna Loa. Age dating and chemical analysis of lava flows exposed in Nīnole Hills indicates they were erupted about 125,000 years ago from Mauna Loa. In 2013, a detailed gravity survey of the area identified an elongate gravity high, which suggests a concentration of intrusive rocks associated with a rift zone. Geologists now interpret the Nīnole Hills as part of the volcano's original southern rift zone, which was later abandoned as a new rift zone formed to the west. The "hills" subsequently formed as erosion carved deep canyons and valleys into the old flows. Geologists infer that the large landslides from Mauna Loa's western and southern flanks caused the rift to migrate westward to the present location of the Southwest Rift Zone.

Mauna Loa has an explosive history

Mauna Loa is not known to have produced an explosive eruption since 1843, but there is geologic evidence for some explosive activity in the past 1,000 to 300 years. Geologists have identified at least 4 debris fans comprised of fragmented rock deposits on top of pāhoehoe lava flows that spread from the summit. The largest blocks found in these deposits are as large as 2.2 m (7.2 ft) in diameter and weigh more than 17,000 kg (38,000 lbs). The fine-grained fragments typical of explosive deposits are hard to find, and were probably removed by storms, rain and strong winds that frequently sweep across the summit. Geologists estimate that the 4 sites represent three separate explosive eruptions. This evidence suggests that future explosive eruptions in the summit area are possible.

Block ejected from the summit of Mauna Loa volcano less than 1,000 years ago. (Public domain.)


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