Tema 4.- Estructura de la Tierra. Métodos de estudio del interior de la Tierra.

Transcripción

1 Tema 4.- Estructura de la Tierra. Métodos de estudio del interior de la Tierra. 1.- Métodos de estudio del interior de la Tierra. La Tierra es un objeto cósmico con forma de esfera achatada por los polos con un radio medio de 6400 Km. El estudio de los materiales que constituyen el interior de la Tierra está limitado porque sólo es accesible en la actualidad una (proporcionalmente) delgada capa de unos pocos kilómetros. A pesar de esto, se tienen datos de las características de las rocas que forman la Tierra a mayores profundidades. El conocimiento actual del interior de la Tierra deriva de dos tipos de métodos de estudio: Métodos directos. Los datos se obtienen mediante el acceso a los materiales procedentes del interior terrestre. Métodos indirectos. Los datos se obtienen mediante técnicas que permiten deducir las características del interior terrestre Métodos directos. Los principales son: Minas y sondeos. Las minas son excavaciones que se realizan para la extracción de minerales. La mas profunda se encuentra en Suráfrica y alcanza 3,8 km. Los sondeos son perforaciones taladradas en el subsuelo con distintas finalidades. El más profundo se ha realizado en Siberia y tiene 12 km. Los datos obtenidos nos dan información sobre una zona muy superficial Volcanes. El material expulsado por los volcanes procede de lugares poco profundos y se trata de material fundido, por lo que estos datos tampoco dan una información global de la Tierra Métodos indirectos. Estos métodos nos proporcionan un conocimiento global de la composición y la estructura de la Tierra, son: Estudio de la densidad de la Tierra. Los materiales de las zonas más superficiales de la Tierra tienen una densidad media de 2 7 g/ cm 3, y sabemos que la Tierra tiene una densidad media de 5 5 g/ cm 3, esto indica que los materiales del interior terrestre deberán ser más densos ( y por tanto de distinta naturaleza) que los de la superficie, lo suficiente como para que la media resulte 5,52 g/cm 3. El estudio de la densidad de la Tierra no determina qué materiales son los que existen en cada una de las zonas del interior terrestre, pero informa de la imposibilidad de que sean los que componen la superficie del planeta. En la actualidad se tiene una idea aproximada de la densidad de los materiales terrestres a las distintas profuncidades Estudio de la velocidad de propagación de las ondas sísmicas. Los terremotos, también llamados sismos o seísmos, son vibraciones del terreno generadas por la liberación brusca de la energía acumulada en las rocas que se encuentran sometidas a esfuerzos. Se originan al desplazarse grandes masas de rocas unas respecto de otras. El lugar en que se origina el terremoto es el foco sísmico o hipocentro. El lugar de la superficie terrestre más próximo al foco sísmico es el epicentro. se propaga en forma de ondas que van en todas direcciones. Se denominan ondas sísmicas a las vibraciones generadas en el foco sísmico. Existen varios tipos: Ondas P, o primarias. Reciben este nombre porque se desplazan a mayor velocidad y son las primeras en detectarse. Son ondas longitudinales, es decir, las partículas del terreno vibran en la dirección de propagación de la onda. Ondas S, o secundarias. Se propagan a menor velocidad que las P. Son ondas transversales,

2 es decir, hacen vibrar las partículas del terreno en una dirección perpendicular a la de propagación de la onda. Ondas superficiales. Se generan al llegar las anteriores a la superficie del terreno. Por esta razón, no aportan información sobre la estructura del interior terrestre. Los sismógrafos son los aparatos utilizados para registrar y medir la magnitud de un terremoto, detecta las vibraciones producidad por las ondas sísmicas.. DIBUJO DE UN SISMÓGRAFO La velocidad de propagación de las ondas sísmicas no es constante, varía en función de la naturaleza y el estado físico de los materiales por los que se propagan. Para entender de qué manera las ondas sísmicas ofrecen información de la naturaleza del interior terrestre hay que tener en cuenta que: -Cuanto mayor es la densidad de los materiales mayor es la velocidad de propagación -Las ondas S no se propagan en medios fluidos. La velocidad de propagación de las ondas sísmicas en el interior terrestre sufre variaciones graduales y, a veces, cambios bruscos. A esos cambios bruscos en la velocidad de propagación se los denomina discontinuidades sísmicas. Las principales discontinuidades son: Discontinuidad de Mohorovicic. Fue la primera discontinuidad relevante descrita. Se encuentra a una profundidad que, en los continentes, oscila entre 25 y 70 Km, y en los océanos, entre 5 y 10 Km. Al llegar a la discontinuidad de Mohorovicic tanto las ondas P como las S aumentan bruscamente su velocidad. Esta discontinuidad se utiliza para diferenciar la delgada capa superficial, que recibe el nombre de corteza, de la capa que hay bajo ella, el manto. Discontinuidad de Gutenberg. Se encuentra a Km de profundidad. En de ella, las ondas P disminuyen bruscamente su velocidad y, las ondas S dejan de propagarse. Esta discontinuidad separa el manto del núcleo terrestre. Dado que las ondas S se propagan por todos los sólidos pero no por los fluidos (líquidos y gases), se deduce que por debajo de km de profundidad se encuentra una capa continua de material fundido.las discontinuidades de Mohorovicic y Gutenberg permiten diferenciar las tres capas que tradicionalmente se distinguen en el interior terrestre: corteza, manto y núcleo. Existen otras discontinuidades, llamadas a veces secundarias, que permiten delimitar

3 subcapas. Así la discontinuidad de Conrad separa la corteza continental de la oceánica. La de Repetti el manto superior del inferior y la de Wiechert-Lehman que separa el núcleo externo fluido del núcleo interno que estaría en forma sólida debido a las altas presiones. VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS SÍSMICAS CON LA PROFUNDIDAD El método sísmico es el procedimiento que más información ha aportado acerca de la estructura del interior terrestre Estudio del gradiente geotérmico. El gradiente geotérmico es la variación de la temperatura que se produce con la profundidad. En las capas más superficiales es de unos 30ºC por Km, pero según aumenta la profundidad el incremento de la temperatura se reduce. GRADIENTE GEOTÉRMICO

4 Conociendo la temperatura a la que se encuentran los materiales se puede tener un conocimiento más preciso de su estado y sus propiedades Magnetismo terrestre La Tierra posee un campo magnético, su existencia indica que nuestro planeta tiene un núcleo metálico (de hierro y otro metales) que gira aprovechando la fluidez de materiales fundidos mas superficiales. El estudio de las variaciones del campo magnético terrestre permite deducir la presencia de materiales que lo alteran en el interior de la Tierra Estudio de los meteoritos. Los meteoritos son pequeños cuerpos planetarios que cruzan la órbita de la Tierra y caen sobre su superficie debido a la atracción gravitatoria. La mayoría procede de la región situada enter Marte y Júpiter donde se situan los asteroides. Tienen una edad de millones de años, la misma que la de la Tierra, y, como esta, derivan de la materia a partir de la cual se formó el sistema solar. Los meteoritos son fragmentos de diversa composición que por su origen representan los constituyentes de un planeta rocoso que no se llego a formar debido a la perturbación gravitatoria de Júpiter sobre él (impidió la acreción de los planetesimales), se puede por tanto suponer que estos meteoritos tienen una composición similar a los materiales que forman la Tierra, puesto que el hipotético planeta se habría formado en la misma región del sistema solar que la Tierra. Existen tres tipos de meteoritos: -Aerolitos.- los de menor densidad, formados principalmente por silicatos. -Siderolitos.- de densidad intermedia están formados por una mezcla de silicatos y hierro. -Sideritos.- los de mayor densidad, formados por hierro y otros metales, principalmente niquel Estructura de la Tierra. Los datos obtenidos a partir de los diferentes métodos de estudio muestran un planeta cuyas características cambian con la profundidad, y formado por capas aproximadamente concéntricas. Según el criterio utilizado para distinguir unas capas de otras, las zonas de la Tierra se pueden clasificar en: Unidades geoquímicas. Si el criterio utilizado es la composición química de los materiales que las componen. En este caso, las zonas diferenciadas son: corteza, manto y núcleo. Unidades dinámicas. Si el criterio utilizado es el comportamiento mecánico que presenta cada zona del interior terrestre. Así, se distinguen: litosfera, astenosfera, mesosfera, núcleo externo y núcleo interno Unidades geoquímicas Corteza.- Es la capa más externa y delgada de la Tierra. Se extiende desde la superficie hasta la discontinuidad de Mohorovicic. A diferencia de otras zonas terrestres, la corteza presenta grandes diferencias laterales de grosor y de composición. En ella se distingue: La corteza continental, que tiene entre 25 y 70 km de espesor. Es discontinua y muy heterogénea y está integrada por rocas poco densas (2 7 g/cm 3 ). En su mitad inferior predominan las rocas metamórficas como el gneis y los esquistos. Entre ellas se sitúan grandes macizos de granito, y en la zona más superficial abundan los sedimentos y las rocas sedimentarias La corteza oceánica es mucho más delgada: su espesor oscila entre 5 y 10 km. Su densidad media es de 3 g/cm 3. Las rocas de la corteza oceánica, basaltos y gabros principalmente, son

5 más jóvenes que las de la corteza continental. Manto.- Es la zona comprendida entre las discontinuidades de Mohorovicic y Gutenberg. Se extiende, por tanto, desde la base de la corteza hasta una profundidad de kilometros. Representa el 83% del volumen total de la Tierra. Está constituido por peridotita, una roca similar a la que se encuentra en los meteoritos más abundantes, los aerolitos. Las diferencias de densidad existentes entre el manto superior (3,3 g/cm 3~ y el inferior (5,5 g/cm 3 ) se deben a los efectos de la presión, que fuerza a los átomos que componen los minerales a reorganizarse y aproximarse para formar otros minerales con estructuras más densas. Núcleo.- Es la esfera central del planeta. Se sitúa por debajo de la discontinuidad de Gutenberg y representa el 16% del volumen total de la Tierra. Su alta densidad, entre 10 y 13 g/cm 3, su comportamiento ante las ondas sísmicas y el papel que se le atribuye en la creación del campo magnético apoyan la hipótesis de un núcleo compuesto fundamentalmente por hierro con un 5% de níquel, es decir, la composición de los sideritos. Como consecuencia de las presiones reinantes en el núcleo, esta aleación de hierro y níquel tendría una densidad algo superior, por lo que deberá contener un 10% de elementos más ligeros, muy probablemente azufre, silicio y oxígeno Unidades dinámicas.- Se establecen en función de las características físicas de los materiales, como su comportamiento mecánico o su estado físico. -Litosfera.- Es la capa más externa y rígida. Incluye toda la corteza y algo del manto superior. Su grosor varía de unos lugares a otros. Bajo los océanos, la litosfera oceánica, tiene de 50 a 100 km de espesor, mientras que en los continentes, la litosfera continental, tiene de 100 a 200 km; incluso, bajo algunos continentes, llega hasta los 300 km. -Astenosfera.- Es una capa plástica que se sitúa inmediatamente debajo de la litosfera. Corresponde a una zona en la que la velocidad de las ondas sísmicas presenta fluctuaciones, con descensos y bruscas elevaciones. Dado que se trata de una porción del manto, la roca que la compone es peridotita y se encuentra en estado sólido, aunque próxima a la fusión, lo que no impide que los materiales de la astenosfera estén sometidos a corrientes de convección. Aunque las corrientes de convección son características de los fluidos, los sólidos sometidos a esfuerzos importantes durante tiempos muy largos se comportan como fluidos de viscosidad muy elevada. Son movimientos lentos, del orden de 1 a 12 cm por año, lo que no impide que generen procesos como la unión o división de los continentes o la formación de las cordilleras. -Mesosfera Incluye el resto del manto situado bajo la astenosfera. Las rocas de la mesosfera se encuentran también sometidas a corrientes de convección, motivadas por las diferencias de temperatura y, por tanto, de densidad, entre las zonas más profundas y las más superficiales. En la base de la mesosfera, limitando con el núcleo, se encuentra la capa D (D doble prima). Es una capa discontinua e irregular con un espesor de entre O y 300 km, integrada por lo que se conoce como los posos del manto, es decir, materiales que, por su mayor densidad, están en el fondo de este. -Núcleo externo Situado por debajo del manto, llega hasta km de profundidad. Se encuentra en estado líquido, está agitado por corrientes de convección y desempeña un papel clave en la creación

6 del campo magnético terrestre. -Núcleo interno Está formado por hierro sólido, seguramente desprovisto de los elementos ligeros que existen en el núcleo externo, es el que constituye el núcleo interno. De esta manera aumenta el tamaño de la zona más interna del planeta, probablemente a un ritmo de algunas décimas de milímetro por año. UNIDADES GEOQUÍMICAS UNIDADES DINÁMICAS Estructura horizontal de la corteza terrestre Desplazándonos en sentido horizontal se pueden distinguir las siguientes estructuras en la corteza terrestre Sobre la corteza continental.- Se distinguen dos zonas: -Masa continental. Es la parte emergida, y en ella encontramos: Cratógenos, cratones o escudos: son formaciones muy antiguas y muy estables (sin actividad sísmica ni volcánica) están formadas por rocas metamórficas con intrusiones de rocas magmáticas. Presentan un relieve senil, muy suavizado por la erosión Se piensa que son antiguas cordilleras muy erosionadas. Cordilleras u orógenos: son formaciones más modernas que las anteriores, formadas por rocas sedimentarias y metamórficas. Las rocas sedimentarias presentan grandes espesores y tienen un origen marino (por los fósiles que presentan). Tienen un relieve muy acusado con una estructura tectónica muy compleja (pliegues, fallas, cabalgamientos etc). Cubierta sedimentaria: ocupa los lugares más bajos y está formada por materiales

7 procedentes de las dos formaciones anteriores. -Precontinente. Es la parte sumergida de la corteza continental y se pueden distinguir tres partes: Plataforma continental: Es una zona con un pequeño desnivel que desciende hasta los 200 m de profundidad. Su principal característica es la gran cantidad de sedimentos que recibe, desde el continente y procedentes de los organismos marinos. De ella arrancan los cañones submarinos. Talud: es una fuerte pendiente que desciende hasta los 2 o 3 mil metros de profundidad. Borde continental: es el límite de la corteza continental Sobre la corteza oceánica.- Se distinguen tres zonas: -Llanuras abisales. Son superficies sin apenas desnivel que se extienden a unos 4000 m de profundidad. Presentan un recubrimiento sedimentario de cada vez menor espesor según nos alejamos del continente. -Dorsales centroceánicas. Son elevaciones montañosas (pero no cordilleras) que dividen aproximadamente por la mitad a las llanuras abisales. En zona central presentan una depresión en forma de valle elevado llamado Rift, en el que es frecuente la actividad volcánica. Presentan fracturas transversales denominadas fallas transformantes. -Fosas abisales. Son profundas depresiones de forma alargada que aparecen en las proximidades del borde continental. Según su situación se distinguen dos tipos: Fosas de borde: situadas junto al continente. Fosas oceánicas: se encuentran separadas del continente por una cadena de islas de origen volcánico que se denomina arco insular.

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