Geodesia física, espacial y geofísica

Conocimientos y aplicación de los métodos y técnicas propios de la física de la Tierra Sólida y campos geofísicos que esta genera: Estructura y Composición de la Tierra; Gravimetría (Campo Gravitatorio Terrestre, Geoide y sistemas de altitudes); Sismología e Ingeniería Sísmica; Geomagnetismo; Nociones básicas de prospección geofísica.

Los contenidos genéricos de la asignatura son los siguientes:

- Estructura y Dinámica de La Tierra (Tectonofísica).

- Sismología e Ingeniería Sísmica.

- Gravimetría (Geodesia física).

- Geomagnetismo.

- Análisis de superficies y procesos planetarios

CONTENIDOS TEÓRICOS

Los Contenidos teóricos se dividen  en los cuatro bloques temáticos que se describen en los contenidos genéricos. Cada bloque temático se encuentra subdividido en temas específicos dedicados al estudio y análisis de los diferentes procesos y elementos geofísicos. No todos ellos tienen el mismo peso docente, así el mayor peso de la asignatura recaerá en el tercer bloque temático dedicado a la Gravimetría, que es la rama más fundamental de la geofísica en la formación de un Ingeniero en Geoinformación y Geomática. Dentro de este bloque temático los estudios de geodesia física son los que nos permiten establecer las superficies de referencia altimétricas y planimétricas con las que nosotros hemos de trabajar. Diversos aspectos de la Sismolo­gía y Tectonofísica nos ayudan a comprender que, a gran escala, la superficie de la Tierra que nosotros tenemos que cartografiar es dinámica. La Tectonofísica nos ayuda a comprender las pautas de los lentos movimientos de las placas tectónicas que inducen el pequeño, pero constante, cambio de coordenadas geográficas a que se encuentran sometidos todos los puntos de la superficie terrestre. Distintos aspectos de la Sismología, nos ayudarán a comprender como y por qué se producen cambios súbitos en la topografía de una zona durante y después de un terremoto, así como su distribución tanto en el tiempo como en el espacio. El Geomagnetismo  estudia el otro sistema de referencia que aparece reflejado en la mayor parte de las cartografías. En este caso, el campo magnético terrestre es variable y el estudio de tales variaciones servirá para poder situar u orientar los accidentes del terreno o construccio­nes humanas que se representan en las cartografías a lo largo del tiempo y cómo evoluciona el mismo. Por último el análisis de procesos y superficies planetarias nos permitirá analizar como los procesos geológicos y geofísicos más importantes pueden plasmarse en cartografías dinámicas y comprender como pueden utilizarse diferentes geo-herramientas y la geoinformación relacionada para el análisis de procesos a escala planetaria.

TEMA 01.- INTRODUCCIÓN A LA GEOFÍSICA: La Física de la Tierra Sólida; La Geofísica en estudios de Temática y Topografía; Introducción a la Gravimetría, Tectonofísica, Sismología y Geomagnetismo.

TEMA 02.- TECTONOFÍSICA Y DINÁMICA TERRESTRE: La Estructura sísmica de la Tierra; Dinámica y Reología del interior terrestre; Tectonofísica y Dinámica litosférica;  Medidas Geodésicas de los desplazamientos relativos (SLR, VLBI y GPS). Cinemática de los desplazamientos, campos y mapas de velocidades en geometría no euclídea (puntos triples). Tectónica sobre una esfera. Geometría euclídea, vectores y polos de rotación. Calculo de desplazamientos relativos sobre una esfera. Calculo de polos de rotación determinación de cambios de coordenadas sobre la esfera

TEMA 03.- SISMOLOGÍA: ONDAS SÍSMICAS: Ondas y medios elásticos. Parámetros de Lamé y Ecuaciones de Ondas. Tipos de Ondas sísmicas. Ondas internas; Factores en la Propagación de ondas internas en medios elásticos. Ondas superficiales; Velocidad de propagación, Dispersión y atenuación de las ondas superficiales; El Registro de las Ondas sísmicas: Sismógrafos y Sismogramas.

TEMA 04.- SISMOLOGIA DE LA CORTEZA TERRESTRE: PROPAGACIÓN DE ONDAS SÍSMICAS EN CAPAS PLANAS: Reflexión y Refracción de ondas sísmicas: El concepto de Rayo sísmico; Trayectorias y tiempos de llegada; Curvas dromocrónicas en capas planas; Ondas corticales : Sismogramas y Dromocrónicas reducidas para un modelo simplificado de Corteza Continental. Establecimiento de Modelos corticales. Relación entre el Parámetro del rayo sísmico con las curvas dromocrónicas. Calculo de ángulos de incidencia.

TEMA 05.- SISMOLOGÍA INTERNA: PROPAGACIÓN DE ONDAS SÍSMICAS EN MEDIOS ESFÉRICOS: Ecuación del Rayo sísmico en medios esféricos; Relación entre el parámetro del rayo sísmico y la Curva dromocrónica. Ley de Benndroff.  Problema de La inversión. El método de Hergolzt-Wiechert. Fases de ondas sísmicas internas (Fases Regionales y Telesísmicas); Propagación de ondas superficiales y oscilaciones libres de la Tierra.

TEMA 06.- CARACTERÍSTICAS Y PARÁMETROS FOCALES DE LOS TERREMOTOS: El origen de los Terremotos y la Teoría del Rebote elástico; Parámetros focales; Parámetros de Localización; Parámetros de Tamaño. La Escala Ritcher de Magnitudes; Momento sísmico; La Escala Momento-magnitud. Patrones de radiación de ondas y mecanismo focales de terremotos. Geología del Entorno del foco sísmico (series sísmicas).

TEMA 07.- MOVIMIENTO Y RUPTURAS DEL TERRENO DURANTE LOS TERREMOTOS : La Fuerza destructiva de los terremotos (Escalas de Intensidades) ;Las Escalas MSK, EMS y ESI; Distribución de intensidades y Mapas de Isosístas ; El Movimiento del suelo durante los terremotos (Aceleración horizontal del Terreno); Espectros elásticos de respuesta; La Norma Sismoresistente Española NCS-02 y actualizaciones posteriores ; Desplazamientos superficiales cosísmicos ; Efectos secundarios de las sacudidas sísmicas ; El concepto de Falla activa y Falla Capaz y su aplicación a la ingeniería. Peligrosidad y Riesgo Sísmico.

TEMA 08.- EL CAMPO GRAVITATORIO TERRESTRE: La Gravedad Newtoniana y el concepto de Campo gravitatorio; La Gravedad Relativista y la geometría del campo gravitatorio terrestre; Las figuras geométricas de la Tierra; La Figura gravimétrica de la Tierra: El Geoide; La medida de la Gravedad (Gravímetros).

TEMA 09.- EL ESFEROIDE: APROXIMACIÓN DE ORDEN CERO (U₀) A LA FIGURA DE LA TIERRA: Potencial gravitatorio y aceleración de la gravedad; El Campo gravitatorio generado por una Tierra esférica en rotación. El Achatamiento de la figura de la Tierra. Ecuación de Laplace y Armónicos esféricos.  Desarrollo del Potencial Gravitatorio y la forma de la Tierra.

TEMA 10.-  EL ELIPSOIDE DE REVOLUCIÓN: APROXIMACIÓN DE PRIMER ORDEN (U₁) A LA FIGURA DE LA TIERRA: Aproximación de 1er orden e interpretación de los Coeficientes de desarrollo Pn y Jn; Momento de Inercia y Factor de Forma Dinámica; El Elipsoide de revolución; Aceleración de la gravedad referente a un elipsoide en aprox. De 1er orden. Fórmula de la Gravedad Normal; Fórmula Binómica de la Gravedad; Fórmulas de Clairaut y Achatamiento gravimétrico.

TEMA 11.- SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERENCIA (SGR y WGS): APROXIMACIONES DE SEGUNDO ORDEN (U₂) A LA FIGURA DE LA TIERRA: Latitud geodésica; La Fórmula de Helmert (1901); El Elipsoide de Hayford (1930) y la Fórmula Internacional de la Gravedad. Los SGR 1967 y 1980; El WGS-84. La Gravedad Somigliana y la Formula de la Gravedad del WGS-84.  Los SGR y WGS como sistemas planimétricos de referencia básicos.

TEMA 12.- EL GEOIDE Y EL CONCEPTO DE ALTITUD: El Concepto de Altitud y su relación con las superficies equipotenciales del Campo gravitatorio; Líneas de Nivelación y determinación teórica de la Altitud; La Cota Geopotencial; Sistemas de Altitudes (Dinámica, Normal y Ortométrica).

TEMA 13.- ANOMALIAS GRAVIMETRICAS : El Concepto de Anomalía en geofísica y su significado en gravimetría ; Reducciones Gravimétricas; Corrección de Aire Libre (Faye); Corrección de Lámina de Bouguer; Corrección Topográfica; Mareas terrestres y correcciones mareales; Anomalías residuales y prospección gravimétrica; Anomalías generadas por cuerpos esféricos y cilíndricos enterrados (contrastes de densidades).

TEMA 14.- ANOMALIAS REGIONALES, ISOSTASIA Y ORIGEN DEL RELIEVE: El Concepto de Isostasia; La hipótesis de Airy-Heiskannen; La hipótesis de Pratt-Hayford; Correcciones isostáticas; Anomalías regionales y estructura de la Corteza; Movimientos verticales de la Corteza Terrestre; Flexura de la Litosfera y génesis del relieve. Variaciones relativas del nivel del Mar.

TEMA 15.- EL CAMPO MAGNETICO INTERNO DE LA TIERRA: Las componentes del Campo magnético; Reducción de medidas magnéticas; Campo magnético de un Dipolo y el Dipolo Terrestre; Coordenadas Geomagnéticas; Isolineas y Cartografía magnética. Campo Magnético internacional de referencia (IGRF-1995). Medida de elementos magnéticos.

TEMA 16.- VARIACIONES DEL CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE: Las variaciones seculares; Origen del Campo magnético; El modelo de Geodinámo autoinducida del Núcleo Terrestre. Inversiones espontáneas del Campo magnético terrestre. Paleomagnetismo. Polos virtuales geomagnéticos. Migración de los polos y de los continentes.

SEMINARIO SOBRE ANÁLISIS DE SUPERFICIES PLANETARIAS: Tipos de Planetas y cuerpos planetarios. Tipos de superficies planetarias. Análisis hipsométricos y comparativos terrestres. Procesos activos en la construcción del relieve en cuerpos planetarios rocosos. Tipos de imágenes y análisis en espectro visible, infrarrojas, multiespectrales, radar, térmicas y geofísicas. Cráteres de impacto, volcanes y Criovolcanes. Métodos de análisis de la edad de las superficies. Análisis de signos de deformación tectónica, presencia de agua, y/o hielo y vida. Procesado de imágenes y cartografía: resolución y registro electrónico de datos. Introducción a la Ingeniería Planetaria.

CONTENIDOS DE PRÁCTICAS

Las prácticas de la asignatura constan de varias actividades, de realización y entrega obligatoria para poder superar la asignatura en primera convocatoria. Cada bloque de prácticas dispone de un guión y/o cuadernos de prácticas correspondientes que pueden bajarse desde el sitio web de la asignatura en Studium. Las prácticas estarán dirigidas principalmente a la interpretación y representación gráfica de variables geofísicas. Lectura, interpretación y análisis de registros geofísicos. Lectura representación y análisis de cartografías y cortes o secciones geofísicas de interés.

CB5 - Que los estudiantes hayan desarrollado aquellas habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía

CE13 - Conocimiento y aplicación de los métodos y técnicas propios de la geodesia física y espacial; geomagnetismo; sismología e ingeniería sísmica; gravimetría

ANGUITA, F y MORENO, F. Geología. Procesos internos. Ed. Rueda. Madrid, 1991.

HERRAÍZ, M. Conceptos básicos de Sismología para ingenieros. Universidad Nacional de Ingeniería de Perú. CISMID, 1997.

LOWRIE, W. Fundamentals of Geophysics. Cambridge University Press, Cambridge (UK), 2000.

LARIO, J. y BARDAJÍ, T. (Coords.). Introducción a los Riesgos Geológicos. Colección Grado, UNED, Madrid, 2017.

MIGUEL, L de. Geomagnetismo. Instituto Geográfico Nacional. Madrid, 1980.

PEREIRA, D., BÁRCENA, M.A., RUBIO, I. y SESMA, J. Introducción a las Ciencias Planetarias. Ediciones Universidad de Salamanca, Salamanca, 2004

UDIAS, A y MEZCUA, J. Fundamentos de Geofísica. Alianza Editorial Textos, Madrid, 1997.

BOLT, B.A. Earthquakes. Renewed and expanded 3rd Edition. Ed. Freeman & Co., New York (USA), 2003.

KELLER, E.A. y PINTER, N. Active Tectonics: Earthquakes, Uplift and landscape. Prentice Hall, New Jersey (USA), 1996.

PAYO, G. Introducción al análisis de Sismogramas. Instituto Geográfico Nacional.

Monografías 3., 1986.

SCHOLZ, C.H.  The Mechanics of Earthquakes and Faulting 2nd Edition. Cambridge University, Press, Cambridge (UK), 2002.

PÁGINAS WEB DE INTERÉS.

NIMA, Department of Defense World Geodetic System 1984: Its definition and relationships with local Geodetic Systems. Technical Report of National Imagery and Mapping Agency NIMA TR8350.2 Third Edition, St. Louis (EEUU), 1997.  informe completo en formato pdf en:  http://www.nima.mil

WHAR, J. Geodesy and Gravity. Department of Geophysics, Colorado School of Mines. Samizdat Press publications, Colorado (EEUU). Disponible en formato pdf en:  http://www.samizdat.mines.edu

ASTROPEDIA. Descarga de Modelos digitales del terreno de superficies planetarias. http://www.gisandbeers.com/astropedia-mde-planetarios-lunares/

PÁGINA WEB INSTITUTO GEOGRÁFICO NACIONAL (IGN): Información sísmica, gravimétrica y geomagnética de la Península Ibérica, Baleares y Canarias.  http://www.ign.es/web/ign/portal

Los conocimientos y destrezas obtenidas en teoría y prácticas tendrán el mismo peso docente en la evaluación de los conocimientos y destreza en las técnicas de representación alcanzadas a lo largo del curso, es decir un 50% cada una.

Se exigirá la entrega del cuaderno de prácticas como requisito fundamental para superar la asignatura por curso. En las prácticas el alumno tiene que demostrar la destreza en las técnicas de interpretación, análisis y representación de cartografías y registros geofísicos. El trabajo realizado durante el curso (expresado en el cuaderno de prácticas) representará 1/3 de la nota de prácticas (15%).

La evaluación de la parte teórica tendrá lugar mediante una prueba escrita, en la que se desarrollará un test básico de preguntas cortas, así como distintas cuestiones acerca de desarrollo, relación e interpretación gráfica de conceptos. 1/3 de la nota teórica (hasta un 15%) corresponderá a los trabajos, seminarios y presentaciones de los mismos que puedan desarrollarse durante las clases teóricas.

Resumiendo, puede decirse que la prueba teórico-práctica final tendrá un 70% de peso en la evaluación y los trabajos y prácticas realizadas durante el curso, entendidos como evaluación continua conjuntamente un máximo del 30%.