[Geoinfo] Dinámica integrada del Sistema Terrestre (matéria de postgrado). Fundamentos de la dinámica del Sistema Tierra

[andres folguera]

Los invitamos a dos nuevas materias colegiadas entre 3 departamentos de la FCEyN, en su versión postgrado y electiva
Dinámica integrada del Sistema Terrestre (matéria depostgrado), matéria co-dictada con los Departamentos de Ciencias de laAtmósfera y Océanos y Química. Fundamentos de la dinámica del Sistema Tierra, Departamentode Ciencias Geológicas FCEyN UBA (materia electiva).
DocentesDraSilvia Romero (directora de investigaciones clase Ii B, régimen deinvestigación de FFAA RPIDFA; profesora adjunta exclusiva DCAO FCEN; servicio deHidrografía Naval)
DraMoira Doyle (profesora adjunta regular dedicación parcial DCAO FCEN;investigadora adjunta CONICET)

DrAugusto Rapalini (profesor titular exclusivo Departamento de Geología SIGEVAFCEN; investigador superior CONICET)

DrNicolás Cosentino (investigador asistente CONICET, Centro de Investigacionesdel Mar y la Atmósfera UBA-CONICET)

DrFederico Ibarbalz (investigador asistente CONICET, Centro de Investigacionesdel Mar y la Atmósfera UBA-CONICET)

Lic OrnellaSilvestri (licenciada en Ciencias oceanográficas, becaria CONICET servicio deHidrografía Naval)

Dra Carolina Kahl (investigadora asistente del servicio de HidrografíaNaval; jefe de trabajos prácticos dedicación simple DCAO FCEN)
Da Graciela Alicia González(profesora adjunta regular, dedicación parcial FCEN; investigadoraindependiente CONICET)
Andrés Folguera (IDEAN)
Esta propuesta de materia explora la dinámica del sistema Tierra através de la descripción de una serie de introducciones generales a la dinámicadel núcleo terrestre, la dinámica litosférica, la dinámica de los océanos, laatmósfera y la vida con capacidad fotosintética en la misma. Además, analizalas interacciones entre estos compartimentos, en particular, entre el campomagnético, dinámica y química de los océanos, tectónica, vida, meteorización,clima. De esta manera, la materia pretende aportar una mirada conjunta de losprocesos exógenos y endógenos, dictada por docentes investigadoresespecializados en estos campos, dirigida a alumnos avanzados y/o de postgrado.
En términos generales, la materia parte de la descripción de la dinámicadel núcleo externo y la generación de un campo magnético que protege de laacción erosiva del viento solar a la atmósfera e hidrósfera. El océano en estesistema cumple un rol fundamental en el sistema climático o sistema terrestre.Su gran capacidad de almacenar calor y luego redistribuirlo, es clave paraconservar la temperatura media de la tierra. La circulación oceánica global,actúa como una gran cinta transportadora de calor y sal que conecta diferentesregiones del planeta e interviene en los patrones climáticos. Sin embargo, laactividad humana está alterando este delicado equilibrio. El aumento de lasemisiones de gases de efecto invernadero a partir de la era industrial, principalmentede dióxido de carbono (CO2), está intensificando el efecto invernadero natural,atrapando más calor en la atmósfera y también en los océanos. Comoconsecuencia, se están observando temperaturas oceánicas y niveles del mar enaumento sumados a la acidificación del océano, reflejo del impacto del cambioclimático y del calentamiento global. La tectónica de placas surge comomecanismo superficial de disipación del calor interno del planeta, producido ensus etapas tempranas por la acreción del núcleo terrestre y luego a través desu evolución por el decaimiento radigénico de elementos radioactivos. Para sudesarrollo la tectónica de placas involucra mineralogías hidratadas de losminerales que forman el manto terrestre, sin las cuales el desplazamiento deplacas litosféricas y su reciclado en el manto no son posibles. A estahidratación contribuye el reciclado profundo del agua marina a través de lapenetración de los fondos marinos en el manto terrestre. El magmatismo, querefleja inestabilidades por cambios de presión y aditamento de volátiles, estáasociado a esta dinámica litosférica definiendo el ciclo de circulación degases profundos, en particular aquel asociado a los gases de efecto invernaderoy por ende aquel asociado a variabilidad climática. Por otro lado, lasvariaciones del nivel del mar, asociadas a las velocidades de expansión defondos oceánicos y/o glaciaciones y deglaciaciones de masas continentalesprovocan la descompresión o compresión de los sistemas magmáticos provocando lavariación en la emisión de gases profundos a la atmósfera. El levantamiento yexhumación de montañas y la erupción de grandes volúmenes de material volcánicoaumenta las reacciones superficiales a través de interacción directaroca/atmósfera y a través de ciclos de edafización, que deprimen a la atmósferaen estos gases. Corrientes oceánicas, congelamiento total o parcial de masascontinentales, se asocian a cambios paleogeográficos impuestos por la tectónicade placas y/o cambios químicos y o capturas de CO2 por parte de vidaplanctónica asociada a fertilización de océanos por erosión de montañasasociadas a colisiones entre placas tectónicas. Ciertas inhomogeneidades en ladistribución de masas durante la deriva continental producen el desplazamientode anomalías topográficas hacia sectores de bajas latitudes gatillando ciclosde meteorización en climas subtropicales y captura de CO2 (true polarwandering), por nombrar algunas interacciones generales.

La materia propuesta atraviesa Departamentos de la FCEyN de la UBA, conel objeto de llegar a estudiantes avanzados de Grado y Postgrado de lasdistintas carreras que se dictan en la misma, con el objeto de proveer visionesgenerales de la dinámica de la Tierra y las distintas interacciones existentes.Profesores e Investigadores de la FCEyN UBA y Conicet contribuyen a su dictado:Andrés Folguera (Departamento de Geología). Tectónica de placas y su relacióncon variabilidad climática y química oceánica. Silvia Romero, Ornella Silvestriy Carolina Kahl (Departamento de Oceanografía). Dinámica y química oceánica. AugustoRapalini (Departamento de Geología). Dinámica del núcleo y campo magnéticoterrestre. Moira Doyle (Departamento de Atmósfera). Dinámica atmosférica ypaleoclimas. Nicolás Cosentino. Interacción de polvo mineral y variabilidadclimática. Federico Ibarbalz. Relación entre fitoplancton y variacióncomposicional océanos/atmósfera. Graciela Alicia González (Departamento deQuímica).

 

Programa desarrollado de la materia que se propone:

Introducción a los Sistemas Terrestres. Componentes del sistema climático. La atmosfera y su estructuravertical. Radiación y clima. Balance de energía. Origen del agua oceánica.Comienzo de la tectónica de placas; interacción hidrósfera y tectónica. Pérdidade la tectónica en otros cuerpos del sistema solar y persistencia en la Tierray su rol en el resguardo de la atmósfera. Oxigenación de la atmósfera debido aldesarrollo de tectónica. Relación entre el campo magnético e hidrósfera ytectónica.

El núcleo terrestre. Estructura, composición ypropiedades. Modelos sobre su origen y evolución. Núcleo interno y núcleoexterno: relaciones y propiedades. Edad del núcleo interno: hipótesis eincertezas.  Estructura y dinámica delnúcleo interno. Relaciones manto-núcleo. Capas D´´y E´. El núcleo y el campomagnético terrestre. Convección térmica y composicional. Edad y origen delcampo. Modelo de la geodínamo. Historia del campo magnético terrestre y susvariaciones. El manto terrestre y el campo magnético. El campo magnético y suinfluencia en la atmósfera y biósfera. Hipótesis e incertezas. SistemaTierra-Luna. Dinámica. Rotación terrestre. Variación de la rotación a escalageológica. Influencias en los distintos sistemas terrestres. Variacionesorbitales de la Tierra. Su influencia en los sistemas terrestres. Ciclos deMilankovitch. Evolución de los sistemas terrestres desde el Hadeano al presente.

Dinámicas litosférica y sublitosférica. Tomografías sísmicas del manto terrestre. Variaciones de velocidad delas ondas sísmicas dentro del interior terrestre en respuesta a estratificaciónmineralógica del manto. Destino de los fondos marinos en el manto profundo. Reservoriosde agua, corteza oceánica y sedimentos en el manto. Origen de plumas. Terremotoscomo síntoma de la dinámica litosférica y su relación con el clima. Sistemas derifts y márgenes pasivos. Placas tectónicas; origen de las fuerzas que lasmotorizan. Nacimiento de una zona de subducción. Cierre de océanos y zonas decolisión. Zonas de subducción asociadas a extensión y zonas asociadas amontañas. Magmatismo en arcos y en zonas de intraplaca; interacción de fondosde océanos y reservorios de agua profundos con rocas en el manto.Mineralización, fertilización del manto, interacción hidrósfera y sistemasmagmáticos.

Dinámica atmosférica. Movimientoatmosférico. Presión y viento. Movimiento horizontal. Sistemas de baja y altapresión. Circulación General de la Atmósfera. Campos medios de presión,temperatura y viento. Sistemas monzónicos. Eventos El Niño-Oscilación del Sur.Modo Anular del Sur, circulación Pacific–South America, onda circumpolarantartica y la oscilación semianual. Estudio del clima pasado. Fuentes deinformación paleoclimática. Proxy datos: registros de hielo, sedimentos delagos, anillos de árboles y testigos oceánicos. Palinología. Otros proxies,datos. Simulaciones paleoclimáticas con Modelos: del modelo unidimensional almodelo de Circulación General Atmósfera-Océano. Ejemplo de circulaciónmonzónica en el pasado. Evolución de los vientos del oeste en altas latitudesdel hemisferio sur. Reconstrucción histórica de eventos El Niño-Oscilación delSur, Modo Anular del Sur y Oscilación Semianual. Relación con el clima futuro.

Dinámica oceánica y su rol en el clima global. Razones por las cuales el océano es un gran regulador del clima regionaly global. Balance de radiación en el Sistema Terrestre. Circulación oceánica. Indiciosreales de calentamiento en el océano superficial y profundo. AtlánticoSudoccidental como pieza clave en el rompecabezas del clima global. Ecosistemade la plataforma y el talud Patagónicos. Balance de CO2 y en la dinámica de losciclos biogeoquímicos. Discusión sobre las consecuencias futuras delcalentamiento oceánico, en los patrones climáticos atmosféricos y oceánicos.Efectos en la biodiversidad marina y eventos climáticos extremos. Importanciade los océanos en el sistema climático. Estudio y monitoreo para comprender ymitigar los efectos del cambio climático. Balance de radiación. Circulaciónoceánica (superficial y profunda-MOC). Indicios de calentamiento (en el océanoactual).

Equilibrios para compuestos químicos entre medio acuoso ysuelos. Interacción sedimento-agua, procesos de precipitación, disolución yadsorción, influencia del pH. Partículas en aguas naturales, interacciones concationes y aniones. Cationes y ligandos en medios acuosos naturales.Especiación. Mecanismos de regulación de la composición de las aguasnaturales.  Mecanismos físico-químicos que influencian el transporte demetales. Reacciones REDOX y Potencial de óxido-reducción en medios naturales. 

Interacción entre el polvo mineral y el clima ¿Qué son losaerosoles de polvo mineral? El ciclo del polvo: emisión en los desiertos,transporte en la atmósfera y depositación. Controles climáticos del ciclo delpolvo. Impacto del polvo en el clima. Ciclo del polvo en el presente:principales zonas fuente, caminos del transporte atmosférico y zonas dedepositación. Variabilidad de las interacciones polvo-clima a escala geológica,glaciar-interglaciar, desde el periodo pre-industrial (últimos 150 años), durantelas últimas décadas y estacional. Proyecciones futuras. Métodos de estudio delpolvo. Principales incertidumbres. 

El compartimento vivo del sistema tierra. El surgimiento dela vida en el planeta Tierra tuvo un impacto en sus condiciones geoquímicas,especialmente con el surgimiento de la capacidad fotosintética. Desde suorigen, la capacidad fotosintética fue distribuida y modificada en diferenteslinajes por medio de transferencia horizontal de genes y eventos deendosimbiosis, lo que permitió que el planeta sea poblado por diversos seresfotosintéticos terrestres y marinos que alteraron stocks y flujos biogeoquímicos. 

Tectónica y su relación con la evolución del clima y la vida. Cambios paleogeográficos impuestos por la tectónica y cambiosclimáticos; el congelamiento de los polos en los últimos 27 Ma. El ciclo delCO2 y la subducción de carbonatos. Fijación de calcita y aragonita y ciclos de geenhouse/icehouse.Large Igneous Provinces, clima y extinciones. Mecanismos de regulación dealza de temperaturas por liberación de CO2 a través de alteración de rocas. Truepolar wander y desplazamiento de anomalías de masas a plano tropical yalteración en climas tropicales. Efectos de bolas de hielo. Liberación demetano en dorsales lentas e hiperlentas. Ciclos supercontinentales,proliferación de arcos magmáticos y sistemas de rifts y clima. Orogénesis,edafización diversificación de vida a través de creación de nichos,meteorización, alteración química de los océanos y su fertilización y cambioclimático. Ciclos supercontinentales, variaciones en el nivel del mar y descompresiónde sistemas magmáticos con emisiones variables de gases de efecto invernadero.

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