MÉTODOS DIRECTOS E INDIRECTOS DE ESTUDIO
DEL INTERIOR DE LA TIERRA
La Tierra es una esfera, algo achatada por los polos (Geoide), con un radio de 6.378 Kilómetros.
La Tierra vista desde el espacio
Exteriormente podemos estudiarla, comprobando sus propiedades, de qué materiales está compuesta.
Pero ¿su interior? ¿Cómo podríamos estudiar la Tierra en su interior? ¿Es homogénea o heterogénea? ¿Hasta que profundidad ha llegado el hombre para estudiarla?
Podemos distinguir entre métodos de estudio directos e indirectos.
MÉTODOS DE ESTUDIO DIRECTOS
Son aquellos que nos proporcionan datos contrastables, es decir, información que puede ser tomada por personas o laboratorios diferentes y así poder confirmar los resultados (Método científico)-
Para aplicarlos es necesario que el material sea accesible y podamos medirlo o manipularlo: medir la temperatura d ela lava de un volcán, medir el espesor de un estrato, analizar una roca de la superficie...
Estos métodos se usan habitualmente para los materiales de la superficie de la Tierra pero tambén se aplican en algunos casos al interior terrestre.
Estudio de las rocas volcánicas
La actividad volcánica hace ascender materiales, y la erosión deja al descubierto rocas que se formaron a varios kms de profundidad. Sin embargo, el estudio de estas rocas sólo nos da información de los 200 Km más externos de la Tierra.
Malpaís (tipo de lavas solidificadas) de un vocán de Lanzarote
Sondeos y Minas
Otro ejemplo es cuando se hace un sondeo o se extraen los materiales de una mina, estamos investigando el interior de la Tierra. Sin embargo, el acceso directo al interior de la Tierra es muy limitado. El pozo más profundo del mundo tiene 12.262 metros de profundidad, y está situado en la península de Kola, Rusia. Aunque se esparaba haber llegado hasta los 15 kms de profundidad, las altas temperaturas a ese nivel (300°C) hicieron detener los trabajos. Sin embargo 15 kms en un radio de 6.370 Km no es mucho (aproximadamente un 0,002% de profundidad).
Interior de una mina
MÉTODOS DE ESTUDIO INDIRECTOS
Son los que se aplican para obtener información sobre los materiales que no podemos observar, analizar o manipular directamente. Son igual de válidos que los directos ya que la información obtenida se puede relacionar con lo que queremos saber.
La mayoría de los métodos utilizados para estudiar el interior de la Tierra son métodos indirectos.
Estudio de la densidad y masa de la TierraDesde fines del siglo XIX, cuando se determinaron el volumen y la masa de la Tierra, se sabe que su densidad (masa/volumen) promedio (5,5 g/cm³) es mucho mayor que la densidad promedio de las rocas que encontramos en la superficie; por ejemplo, el agua (destilada) tiene densidad 1, los dos tipos de roca más representativos de los continentes y del suelo oceánico, el granito y el basalto, tienen densidades de 2.6-2.7 y 2.8-3.0 g/cm³, respectivamente. Esto indica que las rocas del interior del planeta deben ser mucho más densas que las de la superficie.
Para los otros planetas, tenemos densidades muy diversas: Venus 5,25; Tierra 5,52 ; Marte 3,95; Júpiter 1,33; Saturno 0,69; Urano 1,29 y Neptuno 1,64.
Además, la Tierra tiene un momento de inercia (una medida de la tendencia que tiene un cuerpo giratorio a seguir girando sin fuerzas que lo impulsen) demasiado pequeño para su masa total, lo que indica que las rocas más densas deben estar concentradas cerca del centro.
Estudio del campo magnético
El hecho de contar con un campo magnético relativamente fuerte entre los planetas terrestres indica que el interior es metálico y además está en movimiento.
Magnetómetro de mano
Método gravimétrico
Detecta las pequeñas variaciones del campo gravitatorio debidas a la distribución de las rocas en el interior de la Tierra.
Rocas como el granito, más ligeras: producen anomalías gravimétricas negativasRocas como el basalto, más densas: producen anomalías gravimétricas positivas (lo mismo ocurre con los yacimientos metálicos, al tener alta densidad)
Dataciones radiométricas
Se utilizan para conocer la edad de una roca. Algunos minerales presentan una proporción de átomos radioactivos. Estos átomos radiactivos se van transformando en otro isótopo más estable. Por ejemplo, el uranio se transforma poco a poco en plomo. Como la velocidad de esa transformación es constante para cada tipo de átomo, podemos saber la edad de la roca viendo la proporción de un alemento y otro (átomos padre e hijos).
Estudio de meteoritos
A través de modelos matemáticos, muestras de meteoritos y experimentos de laboratorio se ha podido conocer mucho. Los meteoritos que frecuentemente caen a la Tierra nos proporcionan información de los materiales a partir de los cuales se formó el Sistema Solar y la Tierra, ya que existen diferentes tipo de meteoritos.
Meteorito caído en Argentina
Método sísmico
- Es el método que más información nos proporciona sobre el interior de la Tierra.
- Se basan en el estudio y análisis de las ondas sísmicas producidas en los terremotos o en explosiones nucleares controladas.
- Las vibraciones en forma de ondas sísmicas viajan a través del interior terrestre y su estudio mediante sismógrafos proporciona información sobre las capas que atraviesan
- En realidad es el cambio de la velocidad de las ondas sísmicas lo que nos permite diferenciar distintos materiales, capas, etc.
Las ondas sísmicas se producen en los terremotos. Un terremoto se inicia en un foco, en el que se comienza la fractura de materiales y se libera gran cantidad de energía, que se emite en forma de ondas sísmicas, que se trasmiten de unos materiales a otros.
Estructura de un seismo
Sismograma de un terremoto
ver animación terremoto y sismógrafo
Tipos de ondas sísmicas
Ondas P, llamadas también Primarias o Longitudinales.
- Son las más rápidas y por lo tanto son las primeras que recibe el Sismógrafo una vez producido un movimiento sísmico.
- Las partículas de cualquier medio, al llegar la onda P, oscilan en la misma dirección de propagación.
- Atraviesan todos los medios, ya sean sólidos o líquidos- Su velocidad de propagación depende de la capacidad de compresión de dicho medio.
Ondas S, llamadas también Secundarias o Transversales.
- Son más lentas que las Primarias, por lo tanto en el sismógrafo se reciben en segundo lugar.
- La oscilación de las partículas al llegar un onda sísmica S es perpendicular a la dirección de propagación.
- Sólo se transmiten en medios sólidos. No atraviesan los medios líquidos o fluidos.
- Su velocidad depende de la rigidez del medio que atraviesan.
- Ondas superficiales (L y R) que se desplazan por la superficie de la Tierra. Son las causantes de todos los destrozos que producen los terremotos. No se utilizan para el estudio del interior de la Tierra pero sí es importante su estudio para el apartado de riesgos sísmicos.
Existen dos tipos de ondas superficiales: ondas Love y Rayleigh
Las ondas Love (ondas L) producen un desplazamiento de las partículas perpendicular a la dirección de propagación pero contenida en el plano horizontal.
Las ondas Rayleigh (ondas R) producen un movimiento elíptico retrógrado del suelo similar al de las olas de rotación en el mar.
Entre las características más importantes de las ondas sísmicas se cuentan:• La velocidad de las ondas depende de la densidad y elasticidad de los materiales que atraviesan. Las ondas sísmicas viajan mas rápidamente por los materiales rígidos, que vuelven elásticamente a sus formas originales cuando cesa el esfuerzo que los deforma. Por ejemplo, las rocas cristalinas son atravesadas mas rápidamente que una capa de arcilla no consolidada.
• Dentro de una capa determinada, la velocidad de las ondas aumenta con la profundidad, porque la presión aumenta y comprime la roca transformándola en un material más compacto.
• En todos los materiales, las ondas P viajan más deprisa que las ondas S.
• Cuando las ondas sísmicas pasan de un material otro, la trayectoria de la onda cambia (se refracta). Además las discontinuidades reflejan algo de la energía sísmica.
Estos cambios permiten a los sismologos hacerse una idea del interior de la Tierra, o utilizar las ondas a modo de sondas.
Las ondas P llegan al núcleo externo líquido, ya que pueden pasar en él o reflejarse de nuevo hacia la superficie. Sin embargo, también existe una banda en el lado opuesto de la Tierra (donde tuvo lugar el sismo) donde no aparecen las ondas P debido a la refracción (cambio de dirección) es llamada la zona de sombra de las ondas P (105° y 140° medidos desde el epicentro).
Las ondas S (cizalla) desaparecen cuando llegan al núcleo externo, creando una zona de sombra (región líquida en el núcleo) de la onda S debido a la incapacidad de propagarse en líquidos. La zona de la sombra de las ondas de S ocurre entre 105 grados y 180 grados de latitud (con el punto del origen como cero y derecho el sur del origen como 180 grados).
Dependiendo de la naturaleza de las capas a través de las cuales pasen, las ondas sísmicas van más rápidas o más lentas, y pueden refractarse o reflejarse. Estos cambios permiten a los sismologos hacerse una idea del interior de la Tierra, o utilizar las ondas a modo de sondas.
Las ondas sísmicas se propagan por el interior de la Tierra. Al rebotar o pasar de una capa a otra se desvían. Los sismólogos captan las ondas de un mismo temblor en muchas estaciones distribuidas por todo el mundo. El orden en el que llegan a distintas estaciones lleva información acerca de las regiones internas que las ondas han atravesado en su camino. Estas alteraciones de la trayectoria de las ondas sísmicas producen ZONAS DE SOMBRA donde no se reciben uno o ambos tipos de ondas
Si la Tierra fuera homogénea por dentro, las ondas de cuerpo viajarían en línea recta desde el hipocentro hasta cualquier punto de la superficie terrestre sin embargo, las observaciones de ondas sísmicas indican que en el interior de la Tierra hay grandes variaciones, tanto graduales como súbitas, de las propiedades elásticas del medio con la profundidad.
Si la velocidad de las ondas sísmicas depende del medio que atraviesan, cuando haya un cambio en la velocidad de las ondas sísmicas, querrá decir que hay un cambio de materiales, es decir, una DISCONTINUIDAD.
Existen dos discontinuidades importantes:
Discontinuidad de Mohorovich, conocida como Moho. En él se produce un aumento de velocidad tanto de las ondas P como de las S. Marca el límite entre la corteza y el manto de la Tierra. Este límite se sitúa a unos 30-40 kms en los continentes y a nos 10 kms bajo el fondo oceánico.
Discontinuidad de Gutenberg que se encuentra a unos 2900 kms de profundidad. Allí las ondas S dejan de propagarse y las ondas P pierden velocidad ruscamente. Este límite nos indica la existencia de una capa fundida por debajo de los 2900 kms: el núcleo externo.
