La energía interna de la Tierra

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1 3 La energía interna de la Tierra 1. Origen del calor interno de La Tierra El Sistema Solar se originó a partir de una nebulosa que en su giro, generó una enorme cantidad de energía al chocar uno de sus elementos con los otros, formándose partículas de mayor tamaño. Así, con el tiempo se formaron el Sol y los planetas, entre ellos, la Tierra. En un principio, la Tierra era una gran bola formada por la compactación del planeta, con energía producida por la desintegración de átomos radiactivos, choque con meteoritos que provenían del espacio y grandes descargas eléctricas provenientes de una atmósfera primitiva. En esa masa incandescente, los materiales más densos se hundieron y los de menor densidad quedaron en la superficie. Enfriamiento de la la Tierra Con el tiempo, la parte más externa de la Tierra se enfrió formando una capa dura y no demasiado rígida, que de vez en cuando se rompía y dejaba escapar energía y material semifluido de su interior. Todavía hoy, la Tierra continúa enfriándose. Ese enfriamiento ha formado varias capas concéntricas a diferente profundidad, que son las que ya hemos estudiado en el primer tema: corteza, manto y núcleo. El núcleo, a km de profundidad, está formado por hierro, níquel y otros metales. Se encuentra dividido en dos partes. La parte interna es una bola sólida que gira continuamente dentro del núcleo externo que es fluido. El manto, está formado por materiales en estado semisólido (pastosos). Se calientan en contacto con los materiales del núcleo y se enfrían al contactar con la corteza, produciéndose corrientes de convección. La corteza es la capa superior, formada por materiales sólidos. Se trata de una capa fragmentada en porciones denominas que se denominan placas litosféricas. Estas placas se separan y se acercan, generando el relieve terrestre. Una característica importante de la Tierra es su elevada temperatura interna. Al profundizar en el interior de la Tierra, la temperatura aumenta a razón de 1ºC cada 30 metros. Este aumento gradual de la temperatura que se produce conforme aumenta la profundidad en la corteza se llama gradiente geotérmico. El gradiente geotérmico de 1ªC por cada 30 metros se manifiesta solamente en la corteza superior. Si fuera uniforme hasta el centro de la Tierra, la temperatura alcanzada en el núcleo sería enorme. El calor interno de la Tierra se manifiesta de muchas formas en su superficie siendo los Ciencias de la Naturaleza del NIVEL I. 1

2 geíseres, las fuentes termales y las erupciones volcánicas una prueba de ello. En todo caso se puede decir que la temperatura va aumentando cuanto más se profundiza, aunque no de forma proporcional, como se observa en el diagrama de la derecha. 2. Transferencia de energía en el interior de la Tierra La energía del interior de la Tierra llega a la superficie debido a que el calor se transfiere desde la zona más caliente a la más fría. El calor del Núcleo se transfiere al Manto. Los materiales del manto, en contacto con el núcleo, se calientan, se dilatan y aumentan de tamaño. En este estado, ascienden empujando a los materiales que se encuentran por encima de ellos hasta alcanzar la capa superior del manto. Estas corrientes se conocen con el nombre de Corrientes de Convección. En contacto con las capas superiores, los materiales se enfrían, disminuyen de volumen y se contraen. Este hecho provoca que aumente su densidad y se hundan en el Manto hasta alcanzar de nuevo el Núcleo donde se calentarán otra vez. Los materiales del manto actúan sobre las capas superiores y las desgastan. En algunos casos llegan a romper la Placa Litosférica y el material sale por la zona de rotura, liberando el calor al exterior. En otras ocasiones, los materiales arrastran a las placas haciendo que unas choquen contra otras, provocando la formación de montañas o de volcanes. La actividad interna de la Tierra se manifiesta exteriormente, en forma de volcanes, terremotos y deformaciones. 3. Los volcanes La temperatura y la presión que soportan los materiales que se encuentran por debajo de la Corteza terrestre provocan que se transformen en una masa semifluida llamada magma. Cuando la Corteza se fragmenta mediante grietas u orificios el magma fluye libremente dando origen a un volcán. Un volcán es una grieta y orificio, en la superficie terrestre, por donde se expulsa material semifluido y gases del interior terrestre. En un volcán se pueden distinguir las siguientes partes: Ciencias de la Naturaleza del NIVEL I. 2

3 Cámara magmática o foco: lugar donde se encuentra el magma, es decir, una combinación a muy alta temperatura de sustancias ricas en silicio, aluminio, sodio, potasio, hierro, magnesio y otros elementos en menor proporción. Chimenea: Conducto por donde salen los materiales volcánicos (magma) aprovechado generalmente fracturas del terreno. Cono volcánico: elevación del terreno similar a un monte que se forma por la acumulación de los materiales arrojados por el volcán. Cráter: orificio de salida al final de la chimenea por donde sale el magma a la superficie terrestre. El cráter puede estar taponado en las épocas de inactividad volcánica y destaparse, de forma más o menos violenta, en el momento de producirse una erupción. También pueden aparecer chimeneas y cráteres secundarios, como se ve en el esquema. Los productos que arroja un volcán son de tres tipos: Productos gaseosos: formados por componentes volátiles que se desprenden del magma en la erupción volcánica. Los gases, que colaboran activamente en la ascensión del magma por la chimenea, son muy diversos: vapor de agua, nitrógeno, óxidos de carbono (CO y CO2), dióxido de azufre, hidrógeno, butano, etc. Productos líquidos (lavas): es el material fundido que formaba parte del magma y que al ponerse en contacto con el exterior se enfría y discurre por las laderas del volcán muy despacio o muy rápidamente dependiendo de su fluidez. Las lavas que tienen un alto contenido en sílice (SiO 2) son muy viscosas, se solidifican enseguida y se dice que son ácidas. Si la proporción de sílice no llega al 50% del total de la lava, s consideran básicas, y son tanto más fluidas cuanto menos sílice tienen. Las corrientes de lava básicas fluyen de forma muy ligera extendiéndose a gran velocidad y a gran distancia formando lo que se denomina coladas de lava. Productos sólidos o piroclásticos: aparecen cuando el magma asciende Ciencias de la Naturaleza del NIVEL I. 3

4 violentamente por la chimenea, a rrancando a su paso fragmentos de las paredes y cuando la lava se solidifica al enfriarse. Dependiendo de su tamaño pueden ser: cenizas (menos de 2 mm que pueden originar nubes ardientes capaces de arrasar un terreno a su paso); lapilli (fragmentos de magma solidificado en contacto con el aire cuyo tamaño es de 2 a 50 mm); bombas volcanicas (grandes fragmentos que pueden llegar a pesar varias toneladas). Colada de lava Bombas volcánicas Lapilli Generalmente, los volcanes se clasifican por su forma, que tiene que ver con las características de las lavas que arrojan. Se distinguen los siguientes tipos: Volcán hawaiano o en escudo: es un volcán de poca altura con pendientes muy suaves y de gran extensión. Las lavas discurren como ríos por las laderas del volcán, de manera que el volcán crece en anchura no en altura, con forma de escudo. Los gases se desprenden fácilmente sin producir bombas, lapilli o cenizas. Estos volcanes presentan erupciones tranquilas, poco violentas, debido a que el magma es muy fluido. Uno de los volcanes hawaianos más activos en la actualidad es el volcán Kilauea, situado en Hawai. Este volcán, al no tener erupciones violentas, es uno de los más visitados en el mundo. Volcán estromboliano: presentan laderas con pendientes más fuertes formadas por estratos de coladas de lava y fragmento sólidos, los piroclastos. Las lavas son poco viscosas y pueden fluir por la ladera del volcán dejando escapar los gases sin que se produzcan nubes de ceniza. También se producen algunas explosiones que lanzan al aire piroclastos de diversos tamaños. Por eso presenta erupciones violentas. El volcán más característico de este tipo es el Stromboli situado en las islas Eolias al norte de Sicilia, Italia. Volcán vesubiano o pliniano: Son volcanes con laderas muy pronunciadas formadas por depósitos de cenizas y otros tipos de piroclastos y, además, coladas de lava. Estos volcanes crecen en altura debido al depósito de coladas de lava sobre capas de ceniza. La lava es tan viscosa que atrapa los gases en su interior. Estos al escaparse provocan violentas explosiones que lanzan grandes cantidades de cenizas ardientes pudiendo arrasar una ciudad. El volcán más famoso con este tipo de erupción es el Vesubio, situado en la bahía de Nápoles, Italia. Provocó la destrucción de la ciudad romana de Pompeya y aún se encuentra activo. Volcán Peleano: Estos volcanes presentan una estructura de tipo estrato volcán. La lava que expulsan es muy viscosa y antes de salir por la chimenea ya se ha solidificado. El empuje de la lava y los gases retenidos en la cámara magmática provoca la salida de la lava ya solidificada en forma de Pitón o Aguja. Los gases acumulados a presión en el interior del volcán empujan las paredes del volcán hasta que se destruye la parte Ciencias de la Naturaleza del NIVEL I. 4

5 superior del cono volcánico o todo el aparato volcánico apareciendo inmensas nubes ardientes. Otros tipos de vulcanismo Además de los volcanes, existen otras manifestaciones derivadas de las altas temperaturas del interior de la tierra que se conocen como fenómenos de vulcanismo atenuado: Fumarolas: emanaciones gaseosas que salen desde el interior terrestre a una temperatura muy elevada. Géiseres: surtidores de vapor de agua que surgen a gran presión en puntos determinados. Fuentes termales: manantiales de agua con temperatura superior a la del medio ambiente. Géiseres del Taio (Chile) Fuentes termales de Churín (Lima) Fumarolas del volcán Pinatubo (Filipinas) Distribución de los volcanes, predicción y prevención Las zonas volcánicas son zonas inestables y peligrosas. Los volcanes pueden estar dormidos durante un largo periodo de tiempo y entrar en erupción en un momento dado. Para que las erupciones volcánicas no produzcan víctimas o daños materiales se deben realizar investigaciones y planes preventivos de actuación. Los científicos monitorizan los volcanes buscando indicios de actividad volcánica, como pueden ser: movimientos sísmicos, abombamiento del terreno, aumento de la temperatura de las aguas subterráneas, emanaciones de gases, emigraciones de los animales de la zona, etc. La distribución de los volcanes en la Tierra coincide con los bordes de las placas litosféricas: Vulcanismo continental: su referencia son los volcanes que afloran en los continentes y se sitúan a lo largo del Cinturón de fuego del Pacífico y la línea AtlánticaMediterránea. Vulcanismo submarino: coincide con las elevaciones o montañas submarinas que se denominan dorsales oceánicas. Vulcanismo en España 1. OLOT, CATALUÑA. Zona de vulcanismo extinto. Su actividad se desarrolló hasta hace años. Presenta unos 40 edificios volcánicos de tipo estromboliano y también aparecen restos de erupciones muy explosivas. 2. ISLAS COLUMBRETES, CASTELLÓN Ciencias de la Naturaleza del NIVEL I. 5

6 Zona de vulcanismo extinto. Su actividad se desarrolló hasta hace años. Se formaron cuatro islas. La más extensa el la Columbrete Grande; tiene forma de arco y recuerda a una caldera volcánica; indica la existencia de una gran actividad volcánica. 3. CAMPO DE CALATRAVA, CIUDAD REAL. Zona de vulcanismo extinto. Su actividad se desarrolló hasta hace 1,75 millones de años y los edificios volcánicos aún se encuentran en buen estado. Se han podido localizar dos tipos de volcanes, tipo estromboliano como Cerro Gordo o de tipo Krakatoa, ultraexplosivas como la Hoya del Mortero. 4. CABO DE GATA, ALMERÍA. Zona de volcanismo extinto. Su actividad se desarrolló en dos episodios uno hace 15 millones de años y otro hace 9 millones de años. Aparecen algunos edificios volcánicos pero sobretodo presenta una amplia área magmática submarina. 5. ISLAS CANARIAS Zona con vulcanismo actual. Es una zona formada por islas de origen volcánico que parten de una profundidad de 4000m. Las islas no se originaron a la vez, las más antiguas son Lanzarote y Fuerteventura que comparten el complejo basal que comenzó a formarse hace 70 millones de años. La más moderna es la isla de El Hierro formada hace años. Las islas presentan vulcanismo actual (de hace menos de 500 años), la última erupción fue en la isla de La Palma en 1971, excepto la isla de La Gomera que no tiene actividad desde hace 1 millón de años. El Volcán más alto es el Teide, se encuentra en la isla de Tenerife, también es el pico más alto de España. Ciencias de la Naturaleza del NIVEL I. 6

7 4. Terremotos Los terremotos, sismos o seísmos, son sacudidas bruscas de la corteza de Tierra producidas por la acumulación y posterior liberación de tensiones en las rocas. Estas sacudidas se transmiten por medio de ondas que se denominan ondas sísmicas. Los terremotos ocurren en zonas inestables del planeta donde dos placas litosféricas chocan, se empujan y acumulan energía hasta liberarla de forma brusca. Un ejemplo de ello se encuentra en la falla de San Andrés, en California. Los terremotos son utilizados por los científicos para conocer el interior de la Tierra y poder determinar su estructura interna en forma de capas. El lugar en el que se produce la liberación de energía, a una profundidad variable se conoce como foco o hipocentro. El punto de la superficie terrestre más cercana al foco se denomina epicentro. Está situado sobre la vertical del hipocentro y es punto de másxima intensidad del terremoto en la superficie. Ondas sísmicas Las ondas sísmicas pueden ser: Ondas P o primarias: son las primeras en aparecer. Se mueven muy rápido por todo el interior terrestre. Aumentan su velocidad si los materiales son rígidos y si son fluidos disminuyen su velocidad. Ondas S o secundarias: son las siguientes y se desplazan por el interior de la tierra a través de materiales rígidos pero no por fluidos. Ondas superficiales: son las últimas en aparecer y son las causantes de los desastres porque se desplazan por la superficie. Mediante el estudio del movimiento de las Ondas P y S conocemos cómo es el interior terrestre. Cuando los materiales son rígidos las ondas P y S se transmiten a gran velocidad. Recuerda que la onda P es más rápida. Si los materiales pierden rigidez se produce un descenso en la velocidad de transmisión de las ondas. En ocasiones los materiales se hacen fluidos y la onda S no puede atravesarlos, no se transmite por ellos, mientras que la onda P los puede atravesar pero a menor velocidad. Los cambios bruscos de la velocidad de una onda se conocen con el nombre de Discontinuidad. Las ondas se transmiten con rapidez en los primeros 100 km de profundidad. Es la Corteza donde los materiales son rígidos. Aumenta de nuevo la velocidad de transmisión de las ondas hasta llegar a los 2900 km de profundidad. Esta parte corresponde al Manto. Se produce la segunda variación brusca de la velocidad de las ondas. En este caso la onda S desaparece; por eso sabemos que a km de profundidad el interior terrestre es fluido. De nuevo, la velocidad de transmisión de la onda P aumenta lentamente hasta llegar a km de profundidad. Esta zona corresponde al Núcleo Externo. A partir de esta profundidad, la velocidad aumenta bruscamente debido a que el Núcleo interno es rígido. Ciencias de la Naturaleza del NIVEL I. 7

8 Magnitud e intensidad. Escalas La intensidad de los seísmos se mide según determinadas escalas. Una, la más científica que corresponde a la energía liberada por la rotura o el desplazamiento de rocas en el interior terrestre, se mide mediante la escala de Richter, que es una escala objetiva porque se basa en los datos extraídos del registro de sismógrafos. Otra escala, menos científica es la de Mercalli, que se basa en la magnitud de los efectos catastróficos que se producen y, por lo tanto, es más subjetiva. Los terremotos tienen un solo valor de magnitud pero pueden tener varios valores de intensidad dependiendo del lugar donde se mida o de la apreciación de las personas que lo midan. Según el índice de sismicidad, el país con mayor riesgo sísmico es Japón, seguido por Chile, Nueva Zelanda e Italia. Riesgo, predicción y prevención El peligro sísmico es la probabilidad de que se produzca un seísmo en un determinado lugar. El riesgo sísmico calibra la probabilidad de que se produzca un sismo, el número de víctimas que ocasionaría y cómo afectaría al tipo de construcciones existentes en la zona. Así, una zona de fallas despoblada tendría una peligrosidad sísmica muy alta pero un riesgo sísmico muy bajo. Para disminuir el riesgo sísmico de una zona se deben tomar medidas de predicción y prevención, aunque no es posible determinar en qué momento se producirá un terremoto. 5. Deformaciones Las placas litosféricas La zona más externa del planeta está formada por una capa no continua de rocas rígidas y frágiles que se conoce como Litosfera. La Litosfera incluye el Manto superior y la Corteza. Su espesor es variable siendo mayor Ciencias de la Naturaleza del NIVEL I. 8

9 bajo los continentes y menor bajo los océanos. Es una capa discontinua formada por fragmentos llamados placas litosféricas. Las zonas de unión entre placas son muy inestables y es ahí donde se localizan la mayor parte de volcanes y terremotos. Las placas litosféricas de la Tierra se desplazan en sentido horizontal y en distintas direcciones. Cuando unas placas chocan con otras se producen unos esfuerzos tectónicos que modifican el estado de las rocas, unas veces rompiéndolas y otras plegándolas. Una roca sometida a un gran esfuerzo según su composición y su naturaleza, puede responder de diversas maneras: Cuando la roca tiene un comportamiento plástico, como por ejemplo el barro, se doblará dando lugar a un pliegue. Cuando la roca se comporta de forma rígida y el esfuerzo es lo suficientemente grande, se romperá, produciéndose una fractura. Pliegues Las rocas sedimentarias forman grandes lechos de un espesor uniforme denominados estratos que en un principio se disponen horizontalmente. Cuando los estratos se someten a un esfuerzo tectónico, se deforman sin romperse dando lugar a un pliegue que se puede definir como una deformación plástica de la corteza terrestre. En un pliegue se distinguen los siguientes elementos: Flancos: zonas laterales inclinadas a cada lado del pliegue. Charnela: zona de máxima curvatura del pliegue, en la que los estratos cambien el sentido de su pendiente. Superficie axial: es aquella que contiene a todas las charnelas de los estratos que configuran un pliegue. Cuando el pliegue es totalmente recto se habla de plano axial. Eje del pliegue: es la línea de intersección entre la superficie axial y un plano horizontal. La línea de la charnela se considera generalmente el eje del pliegue. Asimismo, a la hora de definir un pliegue se utilizan otros dos elementos: Buzamiento: ángulo que forma el flanco con la horizontal Rumbo o dirección: es el ángulo que forma la intersección de pliegue con la horizontal respecto del norte geográfico. Los pliegues se clasifican atendiendo a diversos criterios: Con respecto a la situación de la charnela: anticlinales, si la charnela se encuentra en la parte superior, o sinclinales, si la charnela se encuentra en la parte inferior. Según la posición de la superficie axial: rectos, si la superficie axial es un plano vertical; inclinados, si la superficie se encuentra formando un ángulo no recto; tumbados, si la superficie axial es horizontal o casi horizontal. Por efecto de dos fuerzas iguales y opuestas (1 y 2), se forman pliegues rectos y simétricos. Dos de ellos anticlinales (las crestas) y el otro sinclinal (el valle). Por efecto de las fuerzas 1 y 2, se forman pliegues asimétricos, A: inclinado y B: tumbado Ciencias de la Naturaleza del NIVEL I. 9

10 Fracturas Las fracturas se originan cuando las rocas no responden de forma plástica a las tensiones que actúan sobre ellas. Si una roca se fractura y los fragmentos o bloques en los que queda dividida no se desplazan unos respecto a otros, se dice que la fractura es una diaclasa. Sin embargo, si el esfuerzo tectónico provoca un desplazamiento entre los bloques formados, se origina una falla. Cuando esto sucede al bloque que queda más alto se le denomina bloque o labio levantado, y al otro, bloque o labio hundido. Las diaclasas son fracturas que se producen por efecto de fuerzas laterales pero que, al contrario que en las fallas, no sufren desplazamiento de los bloques resultantes En las fallas, a diferencia de las diaclasas, existe desplazamiento de los bloques resultantes de la fracturación Labio hundido La superficie sobre la que se produce el desplazamiento de los bloques, se denomina plano de falla y la distancia, sobre el plano de falla, entre dos puntos contiguos, antes del desplazamiento, se conoce como salto de falla. La línea de intersección entre la superficie de falla y un plano horizontal se denomina línea de falla. El ángulo que forma la superficie de falla con un plano horizontal se conoce como buzamiento de la falla. Las fallas se clasifican según su desplazamiento en los siguientes tipos: Normal o directa: el bloque hundido queda sobre el bloque levantado a consecuencia de un deslizamiento. Falla inversa: el bloque levantado queda sobre el bloque hundido y el plano de falla. Falla de desgarre u horizontal: un bloque se desplaza sobre el otro pero ninguno de ellos se hunde debajo del otro. Falla de rotación o tijera: cuando los bloques basculan sobre el plano de falla (un bloque presenta movimiento de rotación con respecto al otro). Ciencias de la Naturaleza del NIVEL I. 10

11 Falla directa Falla inversa Falla de desgarre Falla de rotación o tijera Las diferentes estructuras de fallas, pliegues, fracturas, cabalgamientos, etc., caracterizan y diferencian las cadenas montañosas entre sí. Movimientos de los continentes Alfred Wegener postuló la teoría de la Deriva Continental para explicar el comportamiento de la corteza terrestre y cómo los continentes se habrían formado por la fragmentación de una única masa de tierra que llamó Pangea. Sin embargo, Wegener atribuyó estos movimientos a la atracción sobre la Tierra del Sol y la Luna y a la fuerza derivada del movimiento de rotación de la propia Tierra y, aunque estas fuerzas son reales, no son suficientes para provocar el movimiento de los continentes. Con posterioridad a él, diversos científicos en distintos países han colaborado en el enunciado de la Teoría tectónica de placas que trata de explicar de forma global la actividad geológica de la Tierra. Según esta teoría, la litosfera está divida en grandes fragmentos que se llaman placas litosféricas, que se desplazan en sentido horizontal en distintas direcciones, flotando sobre la astenosfera, que se comporta de forma plástica al ser menos rígida. Estas placas pueden ser de naturaleza continental, oceánica y, en algunos casos mixta. Las placas se desplazan unas respecto a otras impulsadas por los movimientos de las capas de roca caliente y maleable que se encuentran en el interior del planeta. Los desplazamientos, roces, choques y separaciones de las placas tectónicas les han permitido a los geólogos explicar muchos fenómenos geológicos que antes se creían independientes (los sismos, el volcanismo, la formación de montañas, el movimiento de los continentes ). Por eso se dice que esta teoría ha sido tan importante para las ciencias de la Tierra como el descubrimiento de la estructura del átomo para las ciencias físicas y la teoría de la evolución para las biológicas. Las cordilleras meso-oceánicas y las fosas marinas son fronteras entre placas tectónicas. En las cordilleras las placas se separan y por la separación sale magma proveniente del interior del planeta. En las fosas, las placas chocan y una se hunde debajo de otra. En otras regiones una placa pasa rozando junto a otra. Ese es el caso de la falla geológica conocida como falla de San Andrés, que va desde el mar de Cortés hasta el norte de California. Cuando dos placas chocan y no hay hundimiento de una bajo la otra, la colisión arruga el terreno y se forman montañas. Hoy en día la tectónica de placas está muy bien fundamentada y la comunidad científica la acepta con el mismo grado de certeza que la teoría de evolución por selección natural. Ciencias de la Naturaleza del NIVEL I. 11