6. LA GEOSFERA 1. COMPOSICIÓ DE LA GEOSFERA. Gea era la deessa grega que representava la Terra. D'ella va prendre el seu nom la geologia,

Transcripción

1 1 6. LA GEOSFERA En aquest tema estudiarem el sistema de major volum dels que comprèn el Sistema Terra: la geosfera. S entén per geosfera la part del planeta localitzada sota la seva escorça sòlida. Tot i que és un terme prou confús, s utilitza per estudiar els fenòmens que tenen el seu origen en la dinàmica interna del planeta, o bé afecten els materials sòlids que constitueixen la seva superfície. En tractar la seva dinàmica, veurem com també s hi troben involucrats els altres components del sistema Terra com l atmosfera, hidrosfera i biosfera. Gea era la deessa grega que representava la Terra. D'ella va prendre el seu nom la geologia, paraula que significa ciència de la Terra. La geologia, en efecte, és la ciència que estudia la Terra, la seva estructura i els materials que la componen, i també el seu origen, la seva història i els canvis que ocorren en ella. Fins a principis del segle XX, no es va tenir idea de la configuració de les terres emergides i va caldre esperar fins a finals d'aquell segle per completar l'exploració dels fons marins. Sent això així amb la part de la Terra observable, molt més ardu serà el treball per desxifrar el seu interior. No serveixen sondes ni observacions directes. Es fa necessari mesurar sorolls, temperatures, analitzar l'expulsat pels volcans, les ones sísmiques, etc. 1. COMPOSICIÓ DE LA GEOSFERA La geosfera està constituïda por minerals, que s agrupen formant roques. Els minerals. Denominem mineral a un material natural, inorgànic i sòlid, caracteritzat per una determinada composició química i una estructura cristal lina definida. La seva formació depèn únicament dels elements químics que havia durant la seva formació i les característiques físiques que es van donar (bàsicament pressió i temperatura). És independent del fenomen geològic que el va originar. Què vol dir natural? Una matèria es denomina natural quan s'ha originat en la naturalesa, és a dir sense la intervenció del ser humà. La matèria elaborada pels humans es denomina matèria artificial. Per exemple el ciment i l'acer no són minerals ja que no es troben en la naturalesa, sinó que són productes fabricats per l'ésser humà. Què vol dir inorgànic? Una matèria es diu inorgànica quan no està constituïda bàsicament per àtoms de carboni (C) i hidrogen (H). Aquests són els dos elements indispensables per a formar la matèria orgànica, que és la que constitueix els organismes. Un exemple de matèria inorgànica és el clorur sòdic (NaCl) i un exemple de matèria orgànica el petroli que bàsicament està format per C i H.

2 2 Què vol dir sòlid? Una matèria és sòlida quan les partícules (àtoms, molècules o ions) que la formen estan fortament units ocupant posicions fixes. Això implica que cal realitzar una força per a deformar-la o trencar-la. Així doncs, perquè una substància pugui ser considerada mineral, és necessari que sigui sòlida. L'aigua no és un mineral, ni tampoc ho és l'oxigen de l'aire, etc. El que freqüentment es parli d'aigua mineral, es deu al fet que és aigua que surt de l'interior de la muntanya, és a dir d'una mina d'aigua, no perquè sigui un mineral. Què vol dir tenir una composició química definida. Els minerals presenten una composició química definida, és a dir la proporció entre els elements químics que ho formen és constant, o només presenta petites variacions. Per exemple el mineral galena posseeix un àtom de sofre per cada àtom de plom. A més pot contenir àtoms de plata, or i altres elements, però sense arribar a superar el 0,3% (s'anomenen "impureses"), de fer-lo ja no es consideraria galena sinó un altre mineral distint. Què vol dir estructura cristal lina? Una matèria sòlida es diu cristal lina quan les seves partícules estan ordenades, és a dir les partícules no es troben de qualsevol forma, sinó en llocs fixos, tals que, si disposen d'espai suficient, formen volums geomètrics com cubs, prismes, piràmides, etc., que es denominen cristalls. Quan el nombre de partícules és molt gran, els cristalls són visibles a primera vista. Quan formen minerals durs es poden aprofitar per a fer joies duradores. Els grans cristalls són molt rars i per això estan molt cotitzats. Quan les partícules d'un sòlid no estan ordenades es diu que és un sòlid de matèria amorfa. Es denomina cel la unitat al cristall més petit possible, és a dir el constituït pel mínim nombre de partícules (àtoms, molècules o ions). Un cristall visible a primera vista no és més que la repetició, infinitat de vegades i en les tres dimensions de l'espai, de la cel la unitat. Classificació dels minerals Es coneixen més de 3000 minerals diferents i molts d'ells es poden presentar cristal litzats, però únicament uns quants són abundants a l'escorça terrestre. Per classificar els minerals es poden utilitzar diferents criteris, els més habituals són el genètic (per com s han format) i el químic estructural (el més sistemàtic), o bé si es tracta de minerals d interès industrial. Segons la composició química podem classificar els minerals en vuit classes: Elements nadius. Sulfurs Sals haloides o halurs. Òxids i hidròxids. Carbonats. Sulfats. Fosfats. Silicats.

3 3 Classe 1. Elements nadius. Inclou minerals com ara el coure (Cu), l'or (Au) (en la fotografia), l'argent (Ag), el carboni (C, en forma de diamant i de grafit), etc. Classe 2. Sulfurs. Comprèn, entre altres minerals, la pirita (FeS 2 ) (en la fotografia), la galena (PbS), el cinabri (HgS), l'esfalerita o blenda (ZnS) i la calcopirita. Classe 3. Sals haloides o halurs. Inclou minerals com ara l'halita o sal comuna (NaCl), la silvina (KCl) (en la fotografia), la fluorita (CaF 2 ), etc. Classe 4. Òxids i hidròxids. Minerals d'aquesta classe són l'hematites o oligist (Fe 2 O 3 ), la magnetita (Fe 3 O 4 ) (en la fotografia) i el corindó (Al 2 O 3 ), entre altres. Classe 5. Carbonats. Inclou minerals com ara la calcita i l'aragonita (CaCO 3 ) (en la fotografia), la dolomita, la magnesita, la siderita, etc. Classe 6. Sulfats. Són minerals d'aquesta classe el guix (en la fotografia, rosa del desert, una forma de cristal lització del guix), la baritina, l'anhidrita, etc. Classe 7. Fosfats. Minerals d'aquesta classe són l'apatita, la turquesa (en la fotografia), la variscita i la wavellita, entre altres. Classe 8. Silicats. Són minerals d'aquesta classe el quars (SiO 2 ) (en la fotografia), l'ortòclasi, les miques (biotita i moscovita), el talc, el topazi, etc.

4 4 Propietats dels minerals Es distingeixen tres tipus de propietats, les propietats geomètriques, les propietats físiques i les propietats químiques. Dintre d'aquestes es poden distingir els següents tipus: Geomètriques Simetria Mecàniques Duresa Exfoliació Tenacitat Físiques Òptiques Color Ratlla Lluentor Refringència Elèctriques Conductivitat Magnètiques Atracció magnètica Químiques Solubilitat Efervescència amb HCl Les propietats geomètriques són les relacionades amb la forma dels cristalls. La més important és la simetria. Simetria. S'entén per simetria l'existència en un objecte de parts iguals però orientades en direccions diferents. Per exemple un cub presenta simetria respecte a un imaginari eix de gir que passi pels centres d'una cara i de la cara oposada, ja que al fer-ho girar es repeteix una de les seves cara quatre vegades. Les propietats mecàniques són les propietats relacionades amb l'aplicació de forces sobre el cristall. Les principals són la duresa, l'exfoliació i la tenacitat. Duresa. La duresa d'un mineral és la resistència que oposa a ser ratllat. Com més juntes i atapeïdes estiguin les seves partícules més dur serà. Un mineral pot ser alhora dur i fràgil, ja que encara que els enllaços que uneixen les partícules siguin molt fortes, si l'estructura que formen té poca estabilitat, es fracturarà amb facilitat. Per exemple el diamant, que és el mineral més dur que existeix, és bastant fràgil. En 1920 el mineralogista alemany F. Mohs va proposar una escala de deu nivells de duresa, en la qual cada mineral ratlla a l'anterior i és ratllat pel posterior. L'escala de Mohs és: Es ratllen amb l ungla 1. Talc 2. Guix Es ratllen amb la navalla 3. Calcita 4. Fluorita Es ratllen amb la llima 5. Apatita 6. Ortosa Ratllen el vidre 7. Quars 8. Topazi 9. Corindó 10. Diamant

5 5 Exfoliació. És la capacitat que tenen alguns minerals de trencar-se segons cares planes. Això es deu a l'existència de "forces d'unió entre les partícules" diferents segons la direcció que es consideri. Alguns minerals quan reben cops es trenquen en cubs, com la galena, uns altres en làmines, com les miques, uns altres en octàedres, com la fluorita, etc. En el mercat del col leccionisme no són tan valorats com les formes naturals. Els minerals no exfoliables, en trencar-se, presenten superfícies irregulars anomenades fractures. La galena en trencar-se forma cubs. Tenacitat. És la resistència que oposa un mineral a deformar-se o a trencar-se. Segons aquesta propietat es distingeixen diversos tipus de minerals: Elàstics. Si al cessar la força recuperen la forma primitiva. Plàstics. Si al cessar la força no recuperen la forma primitiva i, per tant, queden deformats. Dúctils. Si en estirar-se poden donar lloc a fils. Mal leables. Si al copejar-los es poden aixafar fins formar làmines. Fràgils. Si al aplicar una força es trenquen fàcilment. Els cristalls laminars de mica són elàstics Les propietats òptiques són les propietats relacionades amb el comportament de la llum en incidir sobre el mineral. Les principals són el color, el color de la ratlla, la lluentor i la refringència. El color. El color d'un mineral és el tipus de llum que reflecteix al ser il luminat. Alguns minerals poden presentar colors diferents segons el tipus i quantitat d'impureses que contingui, donant lloc a "varietats" diferents. Per exemple el quars es pot presentar com quars pur (que és incolor), com quars fumat (negre), quars rosa (rosa), quars ametista (violeta), quars citrí (groc llimona), etc. El color de la ratlla o simplement ratlla. És el color de la pols del mineral. Es denomina color de la ratlla, ja que usualment la pols del mineral s'obté fent una ratlla, com si es tractés d'un guix sobre una pissarra. Segons el tipus de mineral, el color de la ratlla pot coincidir amb el de la seva superfície o ser completament diferent. Per exemple la pirita és daurada i en canvi la seva ratlla és negra.

6 6 La lluentor. La lluentor d'un mineral és el grau en què la llum es reflecteix en la seva superfície. Hi ha minerals brillants i minerals mats. Els tipus de lluentor més coneguts són: metàl lic, vitri, sedós, nacrat, diamantí, resinós i greixós. Refringència. És el canvi de direcció que experimenta un raig de llum al passar d'un mitjà a un altre. La llum, en primer lloc passa de l'aire al mineral, i si aquest és transparent, del mineral a l'aire novament. En alguns minerals el raig de llum, al travessar el mineral es desdobla en dos raigs, per la qual cosa surten dues imatges. Aquest fenomen s'anomena birefringència. L'espat d'islàndia és birrefringent. Les propietats elèctriques són les relacionades amb el corrent elèctric. La més coneguda és la conductibilitat, que consisteix en la capacitat de deixar passar el corrent elèctric. Les propietats magnètiques són les que estan relacionades amb la capacitat d'atreure al ferro. Alguns minerals com la magnetita, són capaços d'atreure petits trossos de ferro, com per exemple claus, xinxetes, etc., i de desviar l'agulla d'una brúixola. La magnetita atrau els clips de ferro Les propietats químiques són aquelles que depenen de la reaccionabilitat química del mineral amb les altres substàncies. La més important són la solubilitat i la reaccionabilitat amb el àcid clorhídric. La solubilitat en aigua. Els minerals solubles poden presentar gust i olor. Per exemple l'halita és salada, la silvina és salada i picant, l'epsomita és amarga, etc. L'efervescència amb l'àcid clorhídric (HCl). És la capacitat de reaccionar amb aquest àcid i desprendre bombolles de diòxid de carboni (CO 2 ). La calcita produeix efervescència amb l'àcid clorhídric

7 7 Les roques. La roca és el material format com a conseqüència d'un determinat fenomen geològic (un volcà, la sedimentació d'un riu, materials que queden enterrats per uns altres i es transformen, etc.). És freqüent que una roca estigui composta per diversos minerals diferents, encara que hi ha roques formades només per un. De la mateixa manera, un mateix mineral el podem trobar en roques diferents. En totes les roques podem distingir una textura i una estructura determinades: La textura està determinada per la grandària i la forma dels diferents cristalls o grans que constitueixen la roca i la relació que hi ha entre ells. Per exemple, el granit té una textura de gra gruixut, i els cristalls que el formen estan estretament units. L'estructura és el conjunt de formes observables, normalment a primera vista, que donen l'aspecte final a la roca. Per exemple, la formació de capes (estrats) és una estructura que pot ser observada en algunes roques. Les roques poden classificar-se segons el seu origen, és a dir, segons la manera com es van formar en tres tipus fonamentals: magmàtiques o ígnies, sedimentàries i metamòrfiques. Roques magmàtiques o ígnies Les roques magmàtiques o ígnies es formen per la solidificació de materials fosos d'origen volcànic. En alguns casos les roques magmàtiques es formen en les profunditats de la Terra, però en ocasions ho fan en la superfície, al ser llançat el magma a l'exterior per mitjà d'erupcions volcàniques. El magma és una barreja de minerals fosos que pot contenir alguns elements sòlids i certa quantitat de gasos dissolts (fins a un 10%). La solidificació d'aquesta barreja al refredar-se dóna lloc a les roques magmàtiques. No existeix una composició química determinada per al magma, ja que qualsevol mineral és susceptible de fondre's i barrejar-se amb uns altres. No obstant això, en l'escorça terrestre són més abundants els magmes rics en silici (Si). La fusió de les roques, que té lloc en les capes profundes de l'escorça terrestre, depèn de diversos factors: Temperatura: és el factor fonamental. La quantitat de calor necessària per a fondre les roques variarà en funció del tipus de minerals presents en la barreja. Pressió: aquesta variable influeix d'una manera determinant, ja que, com més gran sigui la pressió, més temperatura serà necessària per a fondre els minerals. Minerals: les diferents propietats dels minerals de la barreja influeixen en les característiques del magma. La sílice, per exemple, augmenta la viscositat. La presència de gasos, per contra, genera magmes fluids. L'aigua dissolta entre els minerals fa que la temperatura necessària per a la fusió es redueixi considerablement.

8 8 El refredament del magma pot ocórrer de dues formes, que donaran lloc a dos tipus de roques magmàtiques: Ràpidament, quan el magma troba una sortida a l'exterior, donant lloc a un volcà. Les roques magmàtiques així originades es diuen roques volcàniques. El refredament és tan ràpid que als diferents minerals no els dóna temps a ordenar els seus elements, de manera que no formen cristalls. El conjunt apareix com una massa vítria en la qual estan barrejats tots els components mineralògics. Se li anomena vidre volcànic. Una roca volcànica típica és el basalt. Lentament, obrint-se pas entre les roques. En aquest cas la disminució de temperatura és tan lenta que sí es formen els cristalls dels distints minerals. A aquestes roques se'ls anomena roques plutòniques, com, per exemple, el granit. Roques metamòrfiques Les roques metamòrfiques s'originen a partir de qualsevol tipus de roca, incloses les pròpies metamòrfiques, que, sotmeses a grans pressions i temperatures, es transformen sense arribar a fondre's. El resultat d'aquesta transformació és una roca diferent a la d'origen, que anomenem roca metamòrfica i al procés de transformació li anomenem metamorfisme. Quan una roca metamòrfica torna a la superfície, sol conservar les característiques que va adquirir durant el metamorfisme, no tornant-se, en cap cas, a la roca original. Quan durant el procés de metamorfisme ha estat important l'acció de la pressió, les partícules components de la roca s'orienten perpendicularment a la direcció de les pressions, generant-se una estructura laminar denominada esquistositat. El metamorfisme es pot produir per diferents causes, donant lloc als tipus de metamorfisme. Freqüentment cada tipus de metamorfisme duu associat un tipus de roca característica. Metamorfisme tèrmic o de contacte: influeix més la calor que la pressió. Això ocorre en l'entorn dels magmes de manera que és freqüent que s'associïn aquestes roques amb les platòniques. Una roca típica són les denominades corneanes, molt dures i sense esquistosidad. Dinamometamorfisme: influeix més la pressió que la temperatura. Es produeix en les falles (grans blocs de roca que es trenquen i es desplacen). Dóna lloc a milonites i bretxes de falla. Metamorfisme de soterrament: es produeix quan sobre uns materials es dipositen altres i així successivament fins que, d'una banda, suporten el pes de tot el que tenen damunt i, per un altre, es van enfonsant, de manera que la temperatura que suporten és cada vegada major. Les roques que es formen són laminades (esquistosidad), com, per exemple les pissarres, que provenen del metamorfisme de les argiles, i esquists.

9 9 Metamorfisme regional: també anomenat veritable. És conseqüència de l'actuació de les grans forces internes de la Terra. Es dóna en els límits de les plaques tectòniques. La temperatura i pressió a les que s hi arriba són molt grans. Quan la roca d'origen té característiques molt definides pot donar lloc a roques particulars, com és el cas del marbre, que procedeix del metamorfisme de la calcària. Roques sedimentàries Les roques sedimentàries es formen sobre la superfície terrestre per acumulació de materials arrossegats pels agents erosius (aigua, vent, glacera, etc.). En aquest cas no hi ha ni pressions ni temperatures excessives que influeixin en la formació de la roca, sinó només la compactació i reaccions produïdes per aquesta acumulació de material. El procés complet, anomenat diagènesi, segueix una sèrie de passos ben definits: Acumulació de materials, que formen capes horitzontals paral leles denominades estrats. Compactació dels minerals degut al pes dels sediments dipositats en les capes superiors. A mesura que s'aprofundeix en els estrats, disminueix la porositat i augmenta la densitat. Cimentació, deguda a l'emplenat de buits i porus amb materials solubles que actuen com una cola que uneix les partícules fins a formar un cos sòlid compacte: una roca sedimentària. Reaccions químiques entre els minerals de sediment i els materials cimentadors, que donen lloc a l'aparició de noves estructures cristal lines i la formació de compostos químics estables. Les roques sedimentàries es classifiquen en funció del mecanisme d'acumulació sobre la superfície: Roques detrítiques Quan un agent geològic perd velocitat, els materials que transporta cauen per gravetat. A aquests materials se'ls anomena sediments i quan es compacten formen les roques sedimentàries detrítiques. En les roques detrítiques es distingeixen les partícules unides entre elles per un material més fi anomenat ciment. Les roques detrítiques es classifiquen per la grandària dels sediments que les componen: Grandària del sediment Tipus de sediment Roca detrítica > 2 mm graves conglomerat 2 mm - 1/16 mm arenes arenisca < 1/16 mm argiles lutites

10 10 Roques químiques Les roques sedimentàries químiques es formen per acumulació i reaccions químiques d'ions dissolts en aigua. Si intervenen éssers vius en la formació de la roca, es parla llavors de roques bioquímiques. Existeixen tres tipus de roques químiques: Carbonatades: presenten carbonats en la seva composició. Són típiques d'aquest grup les calcàries i les dolomies. Evaporítiques o evaporites: es formen per acumulació de sals en el fons de llacs i mars en zones d'intensa evaporació. La calcita i el guix són exemples d'aquest tipus de roques. Bioquímiques: són roques formades per la compactació i fonamentació de restes orgàniques (esquelets) d'éssers vius. La major part de les conquilles i closques dels animals marins són de carbonat càlcic. Quan aquests animals moren, les seves restes s'acumulen en el fons marí, formant roques calcàries. Per això, un gran percentatge de les calcàries té origen orgànic. Roques orgàniques Quan la matèria orgànica procedent dels éssers vius cau en zones riques en oxigen, s oxida, transformant-se en CO 2, que passa a l'atmosfera, i H 2 O, que passa a la hidrosfera. No obstant això, quan cau en ambients sense oxigen o molt pobres en ell, s'enriqueix en carboni, donant lloc a roques orgàniques, que són carbó i petroli, ambdós utilitzats industrialment com combustibles. Carbó: es forma a partir de restes vegetals, per tant en els continents. El lloc pobre en oxigen on poden caure les restes vegetals és en zones pantanoses (maresmes, basses, tolles...). El carbó necessita temps perquè es desenvolupi, de manera que va augmentant el contingut en carboni. D'aquesta manera, podem trobar carbons en diferent estat de transformació. De menys evolucionat a més, els carbons són: torba - lignit - hulla - antracita. Petroli: se l considera l'única roca líquida. El seu origen està en l'oceà. Les restes de plàncton cauen de forma contínua al fons marí, molt pobre en oxigen. Allí es comença a transformar, formant, juntament amb l'aigua de mar, una massa viscosa anomenada sapropel. Si les roques del fons són permeables absorbeixen el sapropel, de manera que, mitjançant l'acció de bacteris es transforma en petroli. Aquesta roca és la denominada roca mare del petroli. Com el petroli va avançant per la roca, necessita trobar un parany que ho retingui perquè pugui emmagatzemar-se i no perdre's. El lloc d'emmagatzematge es denomina roca magatzem.

11 11 El petroli està format per diferents hidrocarburs barrejats, de manera que els hi ha gasosos, com el gas natural, líquids, el petroli i sòlids, asfalts i betums. En les borses de petroli es disposen per aquest mateix ordre de dalt a baix, quedant per sota de tot això un volum d'aigua. El cicle geològic. Els diferents grups de roques que hem vist es relacionen mitjançant el cicle geològic: Els processos geològics interns actuen de manera conjunta amb els externs, de manera que provoquen desplaçaments i transformacions dels materials. Aquests desplaçaments i transformacions es repeteixen al llarg del temps d'una manera cíclica i constitueixen el cicle geològic. 2. ESTRUCTURA DE LA GEOSFERA Els minerals i roques que formen la geosfera es disposen en tres capes concèntriques de diferent composició: escorça, mantell i nucli. Escorça: és la capa sòlida més superficial de la Terra, prima i irregular. La seva espessor varia entre els 5-10 km sota els fons oceànics fins a uns km sota els continents. És la menys densa, formada per elements químics lleugers, com l'oxigen, carboni, silici, etc. La temperatura a la superfície és d'uns 22 ºC i en el seu límit inferior és de 400 ºC. El seu límit amb la següent capa forma la discontinuïtat de Mohorovicic. Existeixen dos tipus de escorça: Escorça continental Està dividida en dues capes: una de superior de composició similar al granit, o bé intermèdia entre el granit i el basalt; una inferior, més densa.

12 12 Escorça oceànica És més estreta que la continental, té una capa superior de només uns centenars de metres de grossor, formada per sediments. Per sota, i de vegades intercalada, té una capa basàltica, formada durant les erupcions submarines. Sota els basalts es troben altres roques magmàtiques, els gabres. Mantell: més uniforme que la escorça i molt més gruixut. El seu límit se situa a km. Es troba en estat sòlid encara que té certa plasticitat. Està compost per elements més densos, com són el ferro i el magnesi, encara que també té importants quantitats de silici. La temperatura puja fins i tot els ºC. El seu límit amb el nucli forma la discontinuïtat de Gutenberg. Nucli extern: molt dens i en estat líquid. Compost bàsicament per ferro i níquel. Aquests materials li donen una elevada densitat i són els responsables del camp magnètic terrestre. El seu límit, situat a km, es denomina discontinuïtat de Lehman. Nucli intern: la capa més densa de la Terra. Suposem que sòlida i de caràcter metàl lic. Predominen el ferro i el níquel. Forma la part central del planeta. La temperatura del nucli varia des dels ºC del nucli extern fins als ºC de l'intern.

13 13 La densitat dels materials i la temperatura a què es veuen sotmesos determina que tinguin un comportament plàstic o rígid. Aquesta propietat fa que es puguin distingir altres divisions de l'interior de la geosfera, segons la seva estructura dinàmica: Litosfera: és la capa més superficial, corresponent a la totalitat de l escorça i a la part més superficial del mantell (fins a uns 200 km de profunditat). És totalment rígida. Està dividida en grans fragments que constitueixen les plaques litosfèriques. Astenosfera: és una capa principalment sòlida, encara que conté també una part de materials fosos que li atorguen plasticitat. Aquests materials fosos presenten moviments de convecció, que són responsables de la dinàmica de les plaques, per la qual cosa l'astenosfera es considera l'autèntic motor de la dinàmica interna de la Terra. El grossor de l'astenosfera comprèn des del final de la litosfera fins a aproximadament 650 km de profunditat. Mesosfera: formada per la resta del mantell. Els materials d'aquesta capa es troben en estat sòlid. Endosfera: és la font de la calor interna. Correspon a tot el nucli terrestre. El nucli extern és fluid i té un comportament plàstic; el nucli intern és sòlid i, per tant, té un comportament rígid. 3. MÉTODO SÍSMICO L'interior de la Terra no es pot estudiar d'una forma directa. Els pous i sondejos que s'han fet fins ara no han assolit més que una dotzena de quilòmetres, cosa que ens demostra l'escàs coneixement directe que tenim de l'interior del nostre planeta. Una altra font de coneixements geològics directes són els materials volcànics que provenen com a molt d'unes desenes de quilòmetres de profunditat. En resum, la zona a la qual tenim accés directe és en proporció molt més prima que la pell d'una fruita. Els grans progressos que han tingut lloc els darrers anys al coneixement de l'interior del planeta han estat possibles mitjançant els mètodes de prospecció geofísica. Aquests es basen en l'observació i la mesura indirecta (des de la superfície) de l estructura interna de la Terra i el seu funcionament. Les variacions registrades són degudes a la heterogeneitat dels materials i/o de les condicions físiques de les capes que formen el planeta. Podem distingir quatre tipus de mètodes geofísics: gravimètrics, geomagnètics, geotèrmics i sísmics. Una altra font d'estudi indirecte de l'estructura de l'interior de la Terra i del seu origen són els meteorits, fragments de matèria sòlida del'espai exterior que són capturats pel camp gravitatori terrestre. El mètode indirecte més utilitzat és el mètode sísmic, que consisteix en l estudi de propagació de les ones sísmiques produïdes en els terratrèmols naturals o en explosions provocades.

14 14 Les ones sísmiques són vibracions que provoquen el desplaçament de les partícules dels materials que travessen. Hi ha diferents tipus d ones sísmiques: Ones P: anomenades primàries o longitudinals, són les ones sísmiques més ràpides i són capaces de propagar-se en qualsevol medi (sòlid, líquid i gasós). Fan que les partícules vibrin paral lelament a la direcció de l'ona. Augmenten la velocitat amb la rigidesa del material. Ones S: anomenades secundàries o transversals, són més lentes que les P i només poden propagar-se en medi sòlid. Provoquen una vibració perpendicular a la direcció de l'ona. La seva velocitat augmenta a mesura que el material és més rígid. Ones superficials: que poden ser ones L, o de Love, i R, o de Rayleigh. Les L provoquen moviments laterals de les partícules i les R provoquen moviments en forma d'onada. Només es produeixen en superfície i per això són les que ocasionen grans danys quan es produeix un terratrèmol. El mètode sísmic es basa en el canvi de velocitat que experimenten segons l elasticitat i la densitat del material que travessen: la velocitat de les ones és major com més rígid i més dens sigui el material pel qual es propaga. És a dir, l'estudi de les ones sísmiques dona idea de la composició i l'estat físic dels materials terrestres. Així, quan s'observa un canvi brusc en la velocitat de les ones sísmiques (discontinuïtats), deduïm que hi ha un canvi en el tipus de roques o en el seu estat físic. Això explica per què les discontinuïtats sísmiques s'utilitzen per a diferenciar les capes que es divideix l'interior del planeta.

15 15 Per enregistrar i mesurar la magnitud d un terratrèmol es fan servir uns instruments molt sensibles, els sismògrafs, que dibuixen uns gràfics anomenats sismogrames. El sismògraf més senzill té una massa suspesa que roman immòbil durant el terratrèmol. La massa porta un llapis que dibuixa una línia en el paper, que es desplaça sobre un tambor dotat d un sistema de rellotgeria. La vibració del tambor durant el terratrèmol registra les oscil lacions produïdes. Amb els sismògrafs procedents de diversos observatoris es tracen gràfics sísmics, que relacionen la velocitat de propagació de les ones amb la profunditat de la Terra. Si s analitzen els registres sísmics de diferents observatoris es poden deduir les característiques dels materials que han travessat i la localització de les discontinuïtats. La figura mostra que l interior terrestre no és homogeni perquè les ones sísmiques no es desplacen de forma uniforme. S observa la direcció d avenç de les ones P i S. Les zones d ombra són llocs on no es reben les ones d un sisme.

16 16 Exercicis La Geosfera 1. Quina diferència hi ha entre la matèria cristal lina i la matèria amorfa? 2. Què són les roques i quins tipus n existeixen? 3. Explica com es formen les roques magmàtiques i posa exemples dels diferents tipus. 4. Indica la textura de les roques que es veuen en les següents mostres al microscopi: A: B: C: 5. Indica al dibuix el lloc més probable on s han format cada tipus de roca anterior.

17 17 6. Explica com es formen les roques sedimentàries i posa exemples dels diferents tipus. 7. Explica com es formen les roques metamòrfiques i posa exemples dels diferents tipus. 8. Quines diferències i semblances existeixen entre el carbó i el petroli? 9. Els dibuixos mostren els cristalls que formen part de dues roques. Quin dels dos dibuixos correspon a una roca metamòrfica? Raona la resposta. Mostra 1 Mostra Quines diferències hi ha entre l escorça oceànica i l escorça continental. Completa el següent dibuix amb els noms de les estructures assenyalades.

18 Completa l esquema adjunt de l estructura interna de la Terra amb el nom de les principals discontinuïtats i capes. 12. Completa la taula: Extensió i volum Composició Densitat Escorça Mantell Nucli

19 La densitat mitjana de les roques que formen els continents és de 2,7 g/cm 3 i la de la Terra en la seva totalitat és de 5,52 g/cm 3. Explica aquesta diferència tan gran entre ambdós valors. 14. El dibuix mostra la trajectòria seguida per les ones sísmiques P i S en l interior de la Terra. a) Per què les ones sísmiques descriuen en l interior terrestre una trajectòria corba b) Per què les ones S no es transmeten per l interior del nucli? c) Què ocorre amb les ones P quan passen des del mantell inferior al nucli? d) Com s anomena la zona de la superfície terrestre compresa entre els 105º i els 142º? 15. Per què les discontinuïtats sísmiques s utilitzen per diferenciar les capes en què es divideix l interior d un planeta? 16. Una bona part dels meteorits trobats a la Terra estan a l Antàrtida. Quina creus que és la raó.

20 Per què els materials expulsats per un volcà proporcionen escassa informació de l nterior de la Terra? Quines característiques han de tenir aquests materials per què sí aportin informació significativa? 18. Observa el gràfic que expressa la variació de la temperatura a l interior terrestre. És compatible amb el valor del gradient geotèrmic, xifrat en 30ºC per km? Raona la resposta. 19. Dedueix l estructura interna del planeta al què correspon aquest gràfic de propagació d ones sísmiques:

21 21 Vertader o Fals Encercla V o F segons l afirmació sigui vertadera o falsa 1. V F En una estructura cristal lina els àtoms es disposen ordenadament. 2. V F Són magmàtiques el granit i el basalt.. 3. V F Són roques metamòrfiques les pissarres i el marbre. 4. V F Són roques sedimentàries les calcàries, l argila i el petroli. 5. V F Són minerals el quars, la calcita i la pirita 6. V F L escorça oceànica té, aproximadament, una edat compresa entre els 0 i 180 milions d anys. 7. V F L astenosfera conté materials fosos provinents del nucli de la Terra. 8. V F Les ones sísmiques L i R ens ajuden a conèixer l estructura interna de la Terra. 9. V F Les ones S es propaguen en medi líquid. 10. V F Quan hi ha un canvi de densitat en el material que travessen, les ones sísmiques varien la seva velocitat de propagació. Com es coneix l edat de les roques? L edat de les roques ha estat sempre una inquietud pels investigadors. A finals del segle XVII es va establir la primera llei, que avui en dia encara s utilitza, per a conèixer l edat de les roques. La llei de Steno (1669) o principi de superposició que aplica la idea de superposició dels estrats sedimentaris, vol dir que una capa és més jove que la que té per sota. La llei de Steno es va acompanyar amb altres principis com el de continuïtat lateral o el principi d inclusió. Per comparar estrats que no estan en el mateix paquet s utilitzen els fòssils, ja que aquests són contemporanis a l estrat que els conté. Els fòssils són útils perquè els organismes no s han mantingut iguals al llarg de la història de la Terra, sinó que han anat evolucionant. Un cop establerta aquesta idea, els naturalistes de l època van fer ràpidament una llista, vàlida per a tot el món, amb els fòssils que es coneixien en funció de la seva edat relativa. Així quan trobaven un estrat del qual desconeixien l edat, buscaven els fòssils que contenia i els comparaven amb la llista realitzada. D aquesta manera es podia determinar l edat relativa de l estrat.

22 22 Es van definir les eres caracteritzades cadascuna per un conjunt de fòssils concrets: El Proterozoic (de proteros, que vol dir primer), amb molts pocs fòssils i tots ells sense esquelet. El Paleozoic (de paleos, antic), en la que vivien uns petits artròpodes anomenats trilobites. El Mesozoic (de mesos, mitjà), caracteritzat per la proliferació dels amonits i els dinosaures. El Cenozoic (de kainos, nou), època dels mamífers. A finals del Cenozoic apareixen els homínids. Aquest mètode de datació de les roques, però, presentava i presenta tot un seguit de problemes. En primer lloc, les edats obtingudes són relatives, no s'obté cap valor absolut en milions d anys i per una altra banda només és aplicable a les roques sedimentàries que contenen fòssils. A més a més, les roques que contenen fòssils tant sols representen una petita fracció de la història de la Terra, les roques més antigues amb fòssils tenen 545 milions d anys mentre que la Terra té una edat de milions d anys. En aquest impàs, de sobte, la geologia va rebre una eina molt valuosa que va ser la datació radioactiva. Aquest mètode permet la datació absoluta de la roca, és a dir el coneixement exacte de la seva edat. El principi de la datació absoluta és senzill: els minerals que formen les roques contenen àtoms radioactius que es desintegren a un ritme constant i conegut. Un isòtop radioactiu anomenat pare dóna lloc a un isòtop fill gràcies a l emissió de nuclis d heli, d electrons o d energia. Com que la proporció d àtoms que es desintegren és constant, la proporció relativa entre isòtops pares i isòtops fills (que es pot mesurar) ens donarà el temps que ha passat entre que el mineral es va formar i l actualitat. Posem un exemple: un mineral conté 100 àtoms radioactius que tenen un període de semidesintegració (temps al final del qual es desintegren la meitat dels isòtops pares) de 25 anys. Al cap de 25 anys de la formació del mineral, quedaran 50 isòtops pare i els altres 50 s'hauran transformat en isòtops fill. Al cap de 50 anys quedaran 25 isòtops pare i els altres 75 seran isòtops fill, etc. Malauradament, però, aquest mètode també presenta mancances. Tant sols es pot realitzar una datació absoluta en aquells minerals que s han format al mateix temps que la roca, com és el cas de roques plutòniques (granit), roques volcàniques (basalt) o metamòrfiques (esquist). En roques sedimentàries tant sols es pot realitzar en minerals com la glauconita, però aquests són escassos. De totes formes, els dos mètodes es complementen i els seus resultats es poden comparar. Per exemple es pot datar una colada de lava continguda entre estrats, aleshores els que té per sota seran més antics que la lava datada i els de sobre seran més moderns. Es pot datar un granit que talla una sèrie sedimentària que és lògicament més antiga que el granit. Es pot datar també la glauconita que pugui contenir un estrat i comparar l edat obtinguda amb els fòssils de l estrat, etc. Des de que existeix la datació absoluta, aquestes observacions s han anat realitzant sistemàticament en tot el món de manera que actualment disposem d una bona correlació entre l escala relativa realitzada a partir dels fòssils i l escala absoluta donada en milions d anys.