ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN DE LA TIERRA
MÉTODOS 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.
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 directos:
Sondeos y Minas
El acceso directo al interior de la Tierra es muy limitado. Los pozos taladrados sólo llegan a los 13 Km de profundidad, de un radio de 6370 Km.
Estudio de las rocas
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.
Métodos indirectos:
La mayoría de los métodos utilizados para estudiar el interior de la Tierra son métodos indirectos.
Estudio de la densidad y masa de la Tierra
Desde 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.
Estudio de los 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
Método sísmico
- Es el método que más información nos da 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 o hipocentro, 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.
ver animación terremoto y sismógrafo
Sismograma de un terremoto
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 L, llamadas también Superficiales porque se desplazan por la superficie de la Tierra.
Son las causantes de todos los destrozos que producen los terremotos, pero no se utilizan para el estudio del interior de la Tierra.
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 mas 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.
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.
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.
Este límite se sitúa a unos 30-40 kms en los continentes y a nos 10 kms bajo el fondo oceánico.
Marca el límite entre la corteza y el manto de la Tierra.
Discontinuidad de GutenbergAllí las ondas S dejan de propagarse y las ondas P pierden velocidad ruscamente.
Se encuentra a unos 2900 kms de profundidad
Este límite nos indica la existencia de una capa fundida por debajo de los 2900 kms: el núcleo externo.
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
La corteza es la capa más externa de la Tierra.
Se diferencian dos partes: la corteza continental, con rocas 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.
La corteza que forma los continentes y las plataformas continentales es menos densa y más gruesa que la que constituye los fondos oceánicos.
Por debajo de la corteza se encuentra el manto, mucho más uniforme, y formado por rocas más densas que la corteza.
Por último, la capa más interna es el núcleo, que se caracteriza por su elevada densidad ya que está compuesto básicamente por hierro.
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
Actividad: Estructura y composición de un planeta
