ESTRUCTURA DE LA TIERRA

 

MODELO ESTRUCTURAL Y DINÁMICO DE LA TIERRA

Parece claro que el interior terrestre está formado por varias capas, y en esto coinciden todos los modelos. Pero las investigaciones sobre el interior de la Tierra se han centrado en dos aspectos: en la composición de los materiales que forman las distintas capas del planeta, y en el comportamiento mecánico de dichos materiales (su elasticidad, plasticidad, el estado físico...).

Por eso, se distinguen dos tipos de modelos que presentan diferentes capas, aunque coinciden en muchos puntos:

El modelo estructural o estático (basado en la composición química de las rocas) y el modelo dinámico (basado en el estado físico de las rocas).

Modelo estructural y dinámico de la Tierra.
Ambos modelos no se excluyen sino que se complementan

 

 

Capas en el modelo estructural

- Basado en la composición química de los materiales.
- Las capas se diferencian según un orden de densidad cada vez mayor a medida que nos acercamos al centro de la Tierra.
- Las capas se encuentran separadas por discontinuidades sísmicas

Se distinguen 3 capas: La corteza, manto y núcleo

Basado en la composición química de los materiales

La corteza es la capa externa de la Tierra. Se diferencian dos partes: la corteza continental, con materiales de composición y edad variada (pueden superar los 3.800 millones de años) y la corteza oceánica, más homogénea y formada por rocas relativamente jóvenes desde un punto de vista geológico. Por debajo de la corteza se encuentra el manto, mucho más uniforme, pero con dos sectores de composición ligeramente distinta: el manto superior, en el que destaca la presencia de olivino, y el superior, con materiales más densos, como los silicatos ferromagnesianos. Por último, la capa más interna es el núcleo, que se caracteriza por su elevada densidad debido a la presencia de aleaciones de hierro y níquel en sus composición.

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Capas en el modelo dinámico

- Basado en las propiedades físicas de los materiales.
- Se distinguen también 3 capas:

La capa más externa es la litosfera, que comprende la corteza y parte del manto superior. Es una capa rígida.

A continuación se encuentra la mesosfera, que equivale al resto del manto. Tiene un comportamiento más plástico y dúctil sin por ello dejar de ser sólido.
En la zona de contacto con el núcleo se encuentra la región denominada "zona D'', en la que se cree que podría haber materiales fundidos.

La capa más interna es la endosfera, que se corresponde con el núcleo. Está fundido en su mayor parte (núcleo externo) excepto en el centro (núcleo interno).

Recordar que en esa zona se interrumpe la transmisión de las ondas S.

 

Modelo estructural y dinámico de la Tierra.
Ambos modelos no se excluyen sino que se complementan

 

 

 

 

 

 

 

 

LA CORTEZA

La parte más superficial de la Tierra se denomina corteza, y es de dos tipos.

 

 

 

La corteza continental

- La corteza continental es, como su nombre lo indica, la que forma los continentes
- Se extiende bajo el mar hasta la plataforma continental.
- La corteza continental es rica en los elemento Na, K y Si. Aunque son abundantes numerosas intrusiones graníticas y rocas metamórficas químicamente equivalentes, en los continentes se encuentran también muchas veces grandes afloramientos de rocas basálticas y andesíticas. Es primordialmente granítica
- Las rocas continentales tienen una densidad de 2,8 g/cm3
- La corteza de la Tierra tiene un grosor medio inferior a 20 Km, lo que la convierte en la más fina de las divisiones terrestres. A lo largo de esta capa existen grandes variaciones de grosor. Las rocas de la corteza en la capa estable del interior de los continentes llegan a un grosor de 30 Km. Además en ciertas regiones montañosas excepcionalmente destacadas, se puede llegar a los 70 Km.
- A profundidad, presenta velocidades para ondas P de alrededor de los 6.0 a 6.5 km/s.
- Más antigua que la corteza oceánica. Al menos, algunas partes tienen unos 4.200 m.a. (edad de la roca más antigua encontrada)
- La encontramos formando parte de los continentes, por encima del nivel del mar y por debajo, hasta el borde de la plataforma continental.

 

 

 

 

La corteza oceánica

- Las rocas de la corteza oceánica son más densas (unos 3 g/cm3) que las rocas continentales. Está formada principalmente por basalto y tiene velocidades de las ondas P de unos 6,7 a 6,9 km/s,

La corteza oceánica está formada principalmente por basaltos

- La corteza oceánica es mucho más delgada que la continental, entre 3 y 15 Km. Su espesor medio es de unos 7 km. La capa que se encuentra inmediatamente bajo la corteza recibe el nombre de manto; entre ellas se halla la discontinuidad llamada de Mohorovicic (o, llamada comúnmente, Moho) descubierta en 1909.

Corteza continental y oceánica

- Es más reciente que la corteza oceánica (máxima antiguedad: 180 m.a)
- Las cuencas oceánicas profundas se hallan bajo 4 Km de agua de mar así como debajo de centenares de metros de sedimento. Ocupa la mayor parte de la superficie de la Tierra.
- En general se encuentra bajo el mar. Excepciones: Islandia, islas volcánicas (Canarias, Hawaii...). Muchas erupciones volcánicas han generado muchas islas localizadas dentro de las cuencas oceánicas profundas.

Relieve oceánico y continental (sin los océanos)

 

Relieve de la corteza oceánica

 

Cañón submarino en la plataforma continental

 

 

La corteza, más la parte más somera del manto, hasta una profundidad de unos 100 km, formaría la litosfera.

 

Importante La distinción entre corteza oceánica y continental no se hace dependiendo si está cubierta por el mar o no. De hecho existe corteza continental bajo el mar (plataformas continentales) y corteza oceánica fuera del agua (islas volcánicas). La diferencia es de tipo geológico, la corteza continental es más gruesa, menos densa y está compuesta por granitos fundamentalmente, mientras que la oceánica es más delgada, posee mayor densidad y está compuesta por basaltos principalmente.

 

 

MANTO

- Aproximadamente el 82 % del volumen terrestre está contenido dentro del manto, una capa gruesa de casi 2900 Km de espesor formada por rocas silicatadas que se extiende desde la base de la corteza (Discontinuidad Moho) hasta el núcleo externo líquido (discontinuidad de Gutenberg, a los 2900 kms)
- El manto se describe como una capa rocosa sólida, cuya porción superior tiene la composición de la roca peridotita. Como minerales más típicos tenemos el olivino, los piroxenos, las espinela o el granate.
- Conocemos los materiales del manto a través de datos experimentales y del examen del material traído hasta al superficie por las erupciones volcánicas.
- La velocidad de las ondas P en el manto es de unos 7.9 a 8.2 km/s, y su densidad es de unos 3.3 g/cm³ . El manto llega hasta los 2.950 km de profundidad donde tiene una densidad de unos 5,5 g/cm³ y una velocidad de las ondas P de unos 10,5 km/s.
- Como las ondas S viajan con facilidad a través del manto, sabemos que este ultimo se comporta como un sólido elástico.
- El manto se divide en mesosfera o manto inferior, que se extiende desde el límite núcleo - manto hasta una profundidad de 660 Km; y manto superior hasta la base de la corteza. La discontinuidad que separa el manto superior y el inferior es la discontinuidad de Repetti.
- La densidad aumenta progresivamente de 3,5 (M. superior) a 5,6 (m. inferior)
- La temperatura es de 2000-2500 °C en el manto superior y de 2.600-3.300 °C en el manto inferior
- En los aproximadamente 200 Km inferiores del manto existe una región conocida como Capa D. Recientemente se ha observado que la velocidad de las ondas P disminuye al atravesar esta zona. La explicación más razonable es que la capa superior del manto esta fundida en algunas zonas.

 

Capa D"

En la discontinuidad de Gutenberg, en el contacto entre el manto rocoso y el núcleo de hierro líquido, la temperatura se encuentra a unos 3.000°C E esta zona los métodos sísmicos indican la presencia de una capa de entre 100 y 400 Kms de espesor que formaría la transición entre el manto y núcleo: es la capa D" (D segunda o D doble prima).

La capa D" estaría formada por los restos más densos del manto, decantados allí a lo largo de millones de años, tras haberse hundido lentamente en el manto. La gran densidad del núcleo hace que estos restos floten sobre la discontinuidad de Gutenberg, apoyados sobre el núcleo externo líquido.

Sin embargo, la capa D" no sería simplemente acumulación de escombros. El manto posee un movimiento convectivo muy lento y estos materiales ascenderían hacia la corteza empujados por las corrientes ascendentes de convección del manto, originando los puntos calientes.

Si existen zonas de rocas parcialmente fundidas es muy importante, porque serian capaces de trasportar calor desde el núcleo al manto inferior de manera más eficaz que si fueran zonas de roca sólida. De esta manera el manto sólido que se localizará por encima de las zonas parcialmente fundidas, se calentaría, adquiriría flotabilidad y podría ascender lentamente hacia arriba. Estas plumas de material pueden ser la fuente de actividad volcánica asociada con los puntos calientes de nuestro planeta. Si esto es cierto, una parte de la actividad volcánica superficial tiene su origen a 2900 Km por debajo de ella.

 

•  Astenosfera

La capa externa de la Tierra, que consiste en el manto externo y la corteza, forma un caparazón relativamente rígido y frío. Aunque la composición de los materiales es heterogénea, tiende a actuar como una capa unitaria frente a la deformación mecánica. Esta unidad externa de nuestro planeta se denomina litosfera . En principio tiene un grosor medio de 100 Km, pero puede extenderse hasta 250 Km. Por debajo de las porciones más antiguas o escudos continentales.. Dentro de las cuencas oceánicas, es sólo de unos pocos Km en la zona de las dorsales oceánicas y de 100 Km en las regiones rocosas oceánicas más antiguas y frías.

Para explicar el movimiento de la Litosfera y el fundamento de la Tectónica de Placas, se presentó la necesidad de una Astenosfera, que daba también explicación al comportamiento de las ondas sísmicas de Gutenberg, que se mantiene en el debate científico hasta la   década de los noventa. , en que con la tomografía axial por ordenador se pemrite radiografiar el interior de la Tierra. La tomografía axial de la Tierra, detecta la subducción hasta el núcleo lo que implica que el manto fluye, y entierra la necesidad de una esfera débil en la parte superior de él. El esfuerzo requerido para que el manto sublitosférico arrastre las placas no precisa de un nivel de baja viscosidad entre ambos, pues la velocidad de las placas pueden explicarse con un manto de viscosidad uniforme. Ello es debido a que la convección en estado sólido del manto terrestre (2900 km. de espesor) es el mecanismo motor de la tectónica de placas y de toda la actividad geológica asociada a esta en la superficie de nuestro planeta, como son la deriva continental, la sismicidad, el vulcanismo y las orogenias. La convección en el manto y la tectónica de placas constituyen un solo sistema en el que las placas oceánicas son la cubierta térmica superior, enfriada en la convección. El motor del lento movimiento de las placas y del manto es el calor radiactivo y el enfriamiento residual del planeta a través de sus 4500 millones de años de historia.

Hoy en día se duda de la existencia de la Astenosfera

 

NÚCLEO

A los 2 950 km de profundidad existe otra fuerte discontinuidad, llamada de Gutenberg o fundamental que separa el manto inferior del núcleo externo.

- Es la esfera central, densa, de la Tierra con un radio de 3486 Km. Se extiende desde el borde inferior del manto hasta el centro de la Tierra.
- Constituye una sexta parte del volumen de nuestro planeta y una tercera parte de su masa total.
- Al pasar del manto al núcleo externo aumenta la densidad de 5,5 a 10 g/cm³ pero disminuye drásticamente la velocidad de las ondas P (de 10,5 a 8,0 km/s) y las ondas S no son transmitidas, lo que indica que el material del núcleo externo es líquido.
- Tanto la densidad como la velocidad de las ondas P aumentan con la profundidad desde la discontinuidad de Gutenberg hasta llegar a los 5.150 km de profundidad, donde encontramos otra discontinuidad (discontinuidad de Lehmann) entre el núcleo externo y el núcleo interno, el cual es sólido y llega hasta el centro de la Tierra situado a 6 371 km de profundidad. Los datos sísmicos han permitido descubrir que el núcleo externo está en estado externa líquido
- La presión en el centro es de millones de veces la de la superficie
- Su densidad media es de 9,9 g/cm3 en el N. externo, y aproximadamente 13 g/cm3 en el N. interno.
- La temperatura se calcula desde los 4.000 °C (N. externo) a los 6000°C (N. Interno).
- Los cálculos actuales indican que el núcleo contiene un 95% de Fe, y un 5% de Ni y otros materiales como S y O. Los meteoritos dieron la respuesta a la composición del núcleo. Como son parte del sistema solar, se cree que son los primeros materiales que se agregaron al formarse nuestro planeta. Como el manto y la superficie no contienen una cantidad muy importante de Fe, se cree que la mayoría de este material se halla en el núcleo. Además es el único material del Sistema Solar que posee las propiedades sísmicas y una densidad parecida a la del núcleo. Aunque no está demostrado, es probable que el núcleo interno y externo tengan igual composición. Si es así, la discontinuidad entre uno y otro correspondería al intervalo de fusión del material componente bajo presiones diferentes.

 

Campo magnético terrestre

La idea de que el núcleo es una esfera interna sólida, rodeada por una capa líquida móvil, esta reforzada por la existencia del campo magnético terrestre. Este campo se comporta como si en el interior de la Tierra, tuviéramos una gran barra metálica imantada. Para que presentara un campo magnético se necesita un material conductor de la electricidad (Fe) y de sea móvil (el núcleo externo).

Parte de los átomos de hierro que forman el núcleo están ionizados, por lo que las cargas positivas y negativas son arrastradas por separado, siguiendo trayectorias circulares que engendran un campo magnético: el campo magnético terrestre.

El núcleo externo es el responsable del campo magnético terrestre

El propio campo magnético afecta a la rotación del núcleo interno sólido. Este gira de oeste a este aproximadamente 1º al año mas deprisa que la superficie de la Tierra. Por tanto cada 400 años se produce una rotación extra. Además el eje de rotación del núcleo esta desalineado unos 10º con respecto a los polos rotacionales de la Tierra.

 

Polos magnéticos y geográficos de la Tierra en la actualidad

 

Situación aproximada del polo sur magnético en la actualidad

 

 

 

Magnetismo remanente. Inversiones magnéticas

Algunas rocas volcánicas como el basalto contienen magnetita, un óxido de hierro que puede quedar imantado por la presencia del campo magnético terrestre. Los cristales de este mineral se comportan como pequeñas brújulas que cuando la lava se solidifica, quedan orientadas señalando el norte magnético. La roca así conserva un magnetismo propio llamado magnetismo remanente.

El estudio del magnetismo remanente en rocas antiguas (Paleomagnetismo), permite saber que el campo magnético terrestre ha cambiado a lo largo de la historia de la Tierra, se ha debilitado en ocasiones, ha invertido de polaridad (el norte magnético estaba cerca del sur geográfico y viceversa). Estas inversiones del campo magnético terrestre han ocurrido más de 20 veces en los últimos cinco millones de años en periodo irregulares de tiempo.

 

Cambios del campo magnético en basaltos cercanos a las dorsales oceánicas

 

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Esquema de lo visto