EDAD Y ESTRUCTURA DE LA TIERRA

Transcripción

1 EDAD Y ESTRUCTURA DE LA TIERRA El planeta Tierra es una esfera ligeramente achatada en los polos con una superficie de unos 510 millones de kilómetros cuadrados, la longitud de su radio oscila entre km. (radio polar) y km. (radio ecuatorial).la Tierra es un planeta único, capaz de sustentar la vida gracias a sus océanos de agua, su atmósfera rica en oxígeno, sus condiciones de temperatura, etc. Es el cuerpo más grande en el sistema solar con una superficie sólida y es el único planeta con placas tectónicas activas que producen el lento pero constante movimiento de placas grandes y rígidas sobre la superficie del planeta. La superficie sólida atrapa el calor necesario para forzar que la corteza se mueva. El origen de la Tierra Para describir el complejo proceso de formación de la tierra se suele dividir en varias etapas. Una de ellas, cleve para comprender las características de nuestro planeta, es la llamada etapa de la evolución pregeológica. Esta etapa comprende una larga serie de procesos, desde la individualización del protoplaneta terrestre, a partir de la llamada "nebulosa matriz" del sistema solar, hasta la consolidación de la superficie de nuestro planeta en una estructura más parecida a la existente hoy en día, esto es, formada por rocas y agua, con una temperatura media determinada fundamentalmente por la radiación solar. Teniendo en cuenta que la edad aproximada de la Tierra como cuerpo celeste es de unos millones de años y que las edades de las rocas más antiguas de la corteza terrestre oscilan alrededor de unos millones de años, la duración del período pregeológico de la evolución de la Tierra se estima en unos millones de años. En sus orígenes, el protoplaneta terrestre debió de ser mucho mayor que la Tierra actual, por tratarse todavía de un simple fragmento de una nebulosa difusa constituida esencialmente por gases entre los que predominaban el hidrógeno y el helio. Los demás constituyentes debían de encontrarse en concentraciones semejantes a la concentración de los elementos en el Universo. Por contracción y acreción de materia interestelar el protoplaneta fue aumentando de masa y creó a su alrededor un potente campo gravitatorio. Simultáneamente, a causa de la contracción, la temperatura aumentaba hasta alcanzar valores de ó C. Durante el período pregeológico de la evolución de la Tierra se debieron producir las principales reacciones entre los átomos para originar los primeros compuestos químicos. H. C. Urey ha estudiado los procesos mediante los cuales se formaron tales compuestos, teniendo en cuenta la hipotética composición del protoplaneta terrestre y los principios de la termodinámica. Sus conclusiones pueden resumirse así:

2 1. El hidrógeno, elemento más abundante en el Universo, se combinó con el nitrógeno y con el carbono dando lugar respectivamente a amoníaco (NH 3 ) y metano (CH 4 ). 2. La primitiva atmósfera del protoplaneta estaría formada por hidrógeno, helio, amoníaco y metano, al igual que las atmósferas actuales de algunos de los planetas mayores. 3. El oxígeno se combinó activamente con silicio, aluminio, magnesio, hierro, calcio y potasio, dando lugar a los silicatos a partir de los cuales se formaron las partes sólidas más externas del planeta. 4. El hierro, elemento bastante abundante en el cosmos, dio lugar, según la temperatura, a óxidos y sulfuros, por debajo de 25 C, mientras que por encima de 327 C se concentraría en forma de hierro metálico. Como consecuencia de los procesos descritos el protoplaneta terrestre debió de estar formado por una atmósfera muy distinta de la actual, en la que predominaban hidrógeno, helio, amoníaco y metano, y una parte sólida constituida por hierro y silicatos. LA ESTRUCTURA DE LA TIERRA La tierra está formada por tres elementos físicos: la litosfera (elemento sólido), la hidrosfera (elemento líquido) y la atmósfera (elemento gaseoso). La combinación de estos tres elementos es la que hace posible la vida en nuestro planeta.. El estudio de los terremotos ha permitido definir el interior de la Tierra y distinguir tres capas principales, desde la superficie avanzando en profundidad, en función de la velocidad de propagación de las ondas sísmicas. Dichas capas, apreciables en un corte transversal, son: corteza, manto y núcleo. También la información que nos proporcionan los meteoritos puede ser de gran utilidad para conocer la composición de los materiales del interior de la Tierra. La litosfera Los métodos de datación sitúan la edad de algunos meteoritos en unos 4500 millones de años coincidente con la edad de la tierra. Se cree que la composición de muchos meteoritos es idéntica a la de algunas capas del interior terrestre. La corteza Con el nombre de corteza se designa la zona de la Tierra sólida situada en posición más superficial, en contacto directo con la atmósfera, la hidrosfera y la biosfera. La corteza terrestre presenta dos variedades: corteza oceánica y corteza continental. La corteza oceánica La corteza oceánica tiene un grosor aproximado de 10 km; no obstante, esta cifra decrece notablemente en determinados puntos del planeta, como en el rift valley, en el área central de las dorsales oceánicas, donde alcanza un valor prácticamente equivalente a O. En dicha zona, el magma procedente del manto aflora directamente. En la corteza oceánica se pueden distinguir diversas capas. Los sedimentos que forman la primera tienen un espesor situado entre 0 y 4 km; la velocidad media de propagación de las ondas sísmicas alcanza los 2 km/s. A continuación se localiza una franja de basaltos metamorfizados que presentan entre 1,5 y 2 km de grosor; la velocidad de las ondas es en este punto de 5 km/s. La tercera capa de la

3 corteza oceánica, formada por gabros metamorfizados, mide aproximadamente 5 km; en ella, la velocidad media queda comprendida entre 6,7 y 7 km/s. Cabe mencionar una última parte, donde se registra la máxima velocidad (8 km/s); está constituida por rocas ultra básicas cuyo espesor ronda el medio kilómetro. La corteza continental Con un espesor medio de 35 km, la corteza continental incrementa notablemente este valor por debajo de grandes formaciones montañosas, pudiendo alcanzar hasta km. Aparece dividida en dos zonas principales: superior e inferior, diferenciadas por la superficie de discontinuidad de Conrad. En este plano existe un brusco aumento de la velocidad de las ondas sísmicas, que, no obstante, no se registra er~ todos sus puntos. Consecuentemente, puede afirmarse que no hay una separación nítida entre ambas capas. La corteza superior presenta una densidad medía de 2,7 kg/dm3 y, en el continente europeo, su espesor medio se sitúa en algo más de 810 km. Los materiales que la constituyen son rocas sedimentarias dispuestas sobre rocas volcánicas e intrusivas graníticas. La corteza inferior contiene rocas metamorfizadas cuya composición es intermedia (entre granito y. diorita o gabro); su densidad equivale a 3 kg/dm3. El manto En un nivel inmediatamente inferior se sitúa el manto terrestre, que alcanza una profundidad de 1900 km. La discontinuidad de Mohorovicic, además de marcar la separación entre la corteza y el manto terrestres, define una alteración en la composición de las rocas; si en la corteza especialmente en la franja inferior eran principalmente basálticas, ahora encontramos rocas mucho más rígidas y densas, las peridotitas. Hay que hacer notar que la discontinuidad de Mohorovicic se encuentra a diferente profundidad, dependiendo de que se sitúe bajo corteza oceánica o continental. El manto se puede subdividir en manto superior e inferior. El manto superior se prolonga hasta los 650 o los 700 km de profundidad. En este punto, la velocidad de las ondas sísmicas se incrementa, al aumentar la densidad. A su vez, en el manto superior pueden diferenciarse dos regiones; en la superficial, el incremento de velocidad es constante con relación a la profundidad, mientras que en la inferior la velocidad decrece súbitamente. Como resultado de la fusión que experimentan las peridotitas en esta última capa, su rigidez disminuye con relación a la capa superior. El grosor del manto inferior varía entre km bajo la astenosfera y km en la discontinuidad de Gutenberg, que marca la separación entre el manto y el núcleo. En la parte interna de esta capa, tanto la densidad que pasa de.4 kg/dm3 a 6 kg/dm3, aproximadamente como la velocidad aumentan de manera constante. El núcleo El núcleo de nuestro planeta es una gigantesca esfera metálica que tiene un radio de km, es decir, un tamaño semejante al planeta Marte. La densidad varía, de cerca de 9 en el borde exterior a 12 en la parte interna. Está formado principalmente por hierro y níquel, con agregados de cobre, oxígeno y azufre. El núcleo externo es líquido, con un radio de km. La diferencia con el núcleo interno se manifiesta por un aumento

4 brusco en la velocidad de las ondas p a una profundidad entre y km. El núcleo interno tiene un radio de km. Se cree que es sólido y tiene una temperatura entre y C. Es posible que el núcleo interno sea resultado de la cristalización de lo que fue una masa líquida de mayor magnitud y que continúe este proceso de crecimiento. Su energía calorífica influye en el manto, en particular en las corrientes de convección. Actualmente se considera que el núcleo interno posee un movimiento de rotación y es posible que se encuentre en crecimiento a costa del externo que se reduce. Muchos científicos creen que hace millones de años la Tierra ya tenía un campo magnético causado por un un núcleo metálico. Su formación marcó la frontera entre el proceso de consolidación y el enfriamiento de la superficie. La hidrosfera La superficie de la Tierra está cubierta principalmente por agua (70,8%) y la tierra firme (29,2%) está fundamentalmente contenida (85%) en un hemisferio centrado en un punto entre París y Bruselas, pues el otro hemisferio estaría ocupado principalmente por el océano Pacífico. La hidrosfera está formada fundamentalmente por agua líquida, aunque también se incluye al hielo como componente sólido y a las nubes como emulsiones de pequeñas gotitas de agua o cristalitos de hielo. El vapor de agua presente en la atmósfera está en equilibrio con los depósitos superficiales y atmosféricos de la hidrosfera y su cantidad depende de la temperatura terrestre. El agua contribuye a regular el clima del planeta por su gran capacidad de almacenar energía, modela su superficie con los efectos de los agentes geológicos, diluye los contaminantes y es esencial para los seres vivos. Constituye un recurso imprescindible para la agricultura, la industria, la generación de energía eléctrica, el transporte, la higiene, etc. En un futuro no muy lejano el agua se utilizará para la obtención de hidrógeno a gran escala, gas que a su vez será una de las fuentes energéticas esenciales para el desarrollo y el progreso del planeta. La energía eléctrica, que sólo podía almacenarse en pequeñas cantidades en pilas o en condensadores, podrá utilizarse en la obtención de hidrógeno, el cual constituirá un reservorio energético de capital importancia y un tipo de energía limpia y no contaminante. El agua cubre casi las tres cuartas partes de la superficie de nuestro planeta. Los principales depósitos de agua son los océanos con millones de km3 (97, 2 % del volumen total); los glaciares tienen 29,2 millones de km3 (2,2 %); las aguas subterráneas poseen 8,4 millones de km3 (0,6 %); los ríos y lagos almacenan 0,2 millones de km3 (0,002 %); y la atmósfera contiene 0,01 millones de km3 (0,001 %). La cantidad de agua dulce que consume una persona anualmente oscila entre 900 metros cúbicos en una sociedad agrícola y 1500 en una sociedad industrial; por tanto, los 5000 millones de habitantes de la Tierra necesitan aproximadamente 7,5 billones de metros cúbicos por año. El hombre utiliza fundamentalmente el agua dulce, que representa sólo una pequeña parte de la hidrosfera, de la cual consigue captar una ínfima parte para diversos usos. La obtiene sobre

5 todo de la escorrentía superficial y de los lagos, y en menor medida de los acuíferos subterráneos; para ello construye embalses, realiza sondeos y captaciones de diversa índole. Ahora se construyen plantas de desalación de aguas marinas. El agua es un recurso indispensable para el desarrollo de las civilizaciones. Desgraciadamente los recursos hídricos no se distribuyen de acuerdo con las demandas de los mismos, existiendo zonas ricas en agua pero poco pobladas (regiones circumpolares y Siberia) y a la inversa (París, regiones mediterráneas, centro Europa, EEUU, etc.) En algunas regiones donde el agua no se repone con suficiente rapidez (es un recurso no renovable), por necesidades de desarrollo, se está procediendo a su agotamiento; tal es el caso del centro de Australia, Arabia Saudita, Egipto, Libia y Sahara septentrional LA ATMÓSFERA Es la capa protectora que rodea la Tierra, formada por una mezcla de gases. Su límite inferior es la superficie del planeta, pero su límite superior es impreciso, aunque algunos científicos lo sitúan en km. La mayor parte de la energía radiante que llega a la Tierra procedente del Sol se convierte en energía térmica atmosférica antes de ser devuelta al espacio en forma de radiación infrarroja. Las radiaciones procedentes del Sol inciden de manera desigual sobre la atmósfera y sobre el resto del planeta debido a la inclinación del eje de rotación. La llegada de energía a la capa más cercana a la superficie, la troposfera, origina los fenómenos meteorológicos y una compleja circulación del aire. La circulación atmosférica, en la que destacan especialmente los vientos, distribuye la energía, en colaboración con la circulación oceánica. Gracias a la atmósfera y a la hidrosfera, la Tierra es un planeta con una temperatura adecuada para el desarrollo de la vida. Las diferencias en la insolación, junto con el régimen de precipitaciones, es la causa de la existencia de distintos climas en la Tierra. Desde el punto de vista geológico, la atmósfera es un sistema químico altamente agresivo, con capacidad para hidratar, oxidar, carbonatar, hidrolizar, etc. Por otra parte, da origen a importantes procesos mecánicos (gelivación, cambios de temperatura, etc.) y está íntimamente relacionada con la génesis de muchos agentes geológicos o con sus formas de actuación (viento, oleaje, precipitaciones, torrentes, ríos, glaciares, etc.) Las actividades humanas están contribuyendo a originar numerosos cambios en la atmósfera ( efecto invernadero, agujero de ozono, lluvia ácida, etc.) La atmósfera está compuesta por una mezcla de gases, a la que denominamos aire, y diversas partículas en suspensión que constituyen el polvo atmosférico (polen, esporas, polvo, hollín, sales, microorganismos, etc.) Sus componentes fundamentales son: Nitrógeno... 78,09 % en volumen. Oxígeno... 20,95 % Argón...0,93 %

6 Dióxido de carbono...0,03 % También existen otros gases con concentraciones muy pequeñas (neón, helio, metano, etc.) y cantidades variables de vapor de agua y ozono. La proporción de CO2 está cambiando debido a la combustión de carbones e hidrocarburos. Respecto a esta molécula, preocupan los cambios de temperatura que puede originar su aumento. El vapor de agua se presenta en proporciones muy variables. Tanto las cantidades de vapor de agua como las de CO2, que se presentan en la atmósfera, están en equilibrio con los depósitos superficiales, y ambas concentraciones contribuyen al "efecto invernadero". Existen diversos criterios para dividir la atmósfera terrestre en diferentes capas, aunque quizá la más conocida es aquella que distingu las siguientes: Troposfera.- En ella se fragua el tiempo y el clima; también es la capa que más relación tiene con el efecto invernadero. Es la capa más densa, pues debido a su comprensibilidad se concentra en ella el 80 % de los gases atmosféricos. En los primeros 500 metros (capa sucia) se condensa el polvo en suspensión procedente de los desiertos, volcanes, la sal marina y las actividades industriales. El citado polvo servirá de núcleo de condensación para que el vapor de agua forme emulsiones de pequeñas gotas líquidas o cristales de hielo (nubes). La temperatura es máxima cerca de la superficie terrestre, descendiendo la misma con la altura hasta -70 ºC. El vapor de agua se distribuye heterogéneamente. El polvo y el CO2 son más abundantes que en otras capas. Presenta diferente espesor (18 km., 12 km. ó 7 km.) según las diversas latitudes de la Tierra. Estratosfera.- Absorbe energía directamente de la radiación solar incidente, debido a las reacciones fotoquímicas en las que interviene el ozono, por lo que es más cálida que la parte superior de la troposfera. Situada entre 18 y 60 km. de altura. El ozono (O3), con una abundancia de 2 partes por millón en la troposfera (con una altitud de 18 Km, 12 km ó 7 km), alcanza hasta 12 partes por millón a 30 km (máxima concentración de ozono) en la estratosfera. Es el único gas que absorbe el ultravioleta próximo. La formación de ozono tiene relación con las radiaciones ultravioleta y explica la alta temperatura alcanzada a 50 km: Mesosfera.- En ella disminuye otra vez la temperatura desde +17 ºC hasta -83 ºC. Situada entre 60 y 80 km. de altura. Ionosfera o Termosfera.- Con componentes atmosféricos ionizados, capaces de absorber gran parte de la radiación ultravioleta de la luz solar. Se incrementa notablemente la temperatura, llegando a superar los 1000 ºC. Situada entre 80 y 400 km. de altura. Exosfera.- Por encima de 400 ó 500 km, donde se igualan las densidades de la atmósfera con el espacio interestelar (en este caso con la atmósfera solar que alcanza la Tierra) Un móvil que en esta zona alcance la velocidad de 11 km/seg puede escapar de la atracción terrestre.