La energía interna de la Tierra

Transcripción

1 4 La energía interna de la Tierra Contenidos Índice 1 2 El interior terrestre Tectónica de placas 3 Volcanes 4 Terremotos 5 Riesgos geológicos y prevención 1. El interior terrestre La energía interna terrestre tiene su origen en dos fuentes fundamentales: el calor residual que queda desde la formación del planeta y que proviene de las capas más internas, y la continua desintegración de elementos radiactivos en las capas menos profundas. El calor interno de la Tierra se transfiere desde las zonas más profundas a las más superficiales mediante dos formas de transmisión: > > Conductividad térmica: es la transmisión de calor entre las rocas. Este proceso se conoce también como flujo térmico. Este intercambio de energía entre el interior y la superficie terrestre puede durar miles de años, ya que las rocas son malas conductoras del calor. > > Corrientes de convección: son los movimientos de ascenso y descenso de los materiales más fluidos (parcialmente fundidos) del interior terrestre. Cuando los materiales más profundos se calientan, se dilatan y se hacen menos densos, por lo que tienden a ascender. Al alcanzar las zonas más superficiales se enfrían y se contraen, por lo que se vuelven más densos y descienden de nuevo hacia el interior. Allí, el proceso volverá a comenzar una vez que los materiales se calienten de nuevo. Estos movimientos de ascenso y descenso se realizan en corrientes circulares llamadas células de convección. 1

2 1.1. Estructura interna El estudio de la estructura interna de la Tierra es muy complejo debido a las altas temperaturas que se alcanzan a grandes profundidades. Para conocer esta estructura se pueden aplicar dos tipos de estudios. Los métodos directos utilizan muestras del interior de la Tierra recogidas en perforaciones y minas a cielo abierto, mientras que los métodos indirectos estudian los materiales de zonas más profundas de la Tierra sin necesidad de tomar muestras. Estos últimos se basan, por tanto, en pruebas que miden el comportamiento de esos materiales en determinadas situaciones. El más utilizado es el método sísmico. El método sísmico Los terremotos son vibraciones de la corteza terrestre que se transmiten en forma de ondas sísmicas. El método sísmico se basa en el estudio de la velocidad de propagación de esas ondas. La técnica consiste en generar estas ondas utilizando explosiones controladas y medir con equipos de grabación muy sofisticados el tiempo transcurrido desde la explosión hasta la llegada de las ondas a los receptores colocados en distintos puntos de la superficie. Tomando los tiempos de llegada y conociendo las velocidades de propagación, se pueden reconstruir las trayectorias de las ondas sísmicas. El tiempo de recorrido depende de las propiedades físicas de las rocas y de las disposiciones de estas en el subsuelo. El objetivo del método sísmico es conocer cómo están dispuestas las rocas en el interior de la Tierra, su composición y su estado físico. Se puede aplicar también a la búsqueda de agua subterránea, en obras de ingeniería y como método imprescindible en la búsqueda de petróleo y carbón. Actualmente no se suelen hacer perforaciones de gran tamaño sin haber analizado previamente los datos sísmicos del área estudiada. Ondas reflejadas Geófonos Explosivo Estratos de rocas Ondas incidentes Método sísmico para la exploración del subsuelo. 2

3 Modelos del interior terrestre Para comprender cómo funciona la Tierra, es necesario conocer su composición y estructura internas. Aplicando el método sísmico, el análisis de la velocidad y trayectoria de la propagación de las ondas sísmicas generadas en grandes terremotos permite construir dos modelos válidos que explican la estructura interna terrestre: el modelo estático y el modelo dinámico. El modelo estático o geoquímico se basa en la composición química de los materiales del interior terrestre. Este modelo determina que la Tierra está formada por tres grandes capas concéntricas. > > Corteza: capa de rocas de entre 6 y 70 kilómetros formada básicamente por silicio y aluminio. Su temperatura puede alcanzar hasta los 700 ºC. La corteza puede ser de dos tipos según el grosor y composición de las rocas: oceánica o continental. > > Manto: oscila entre los 70 y los 2900 kilómetros. Formado principalmente por silicio y magnesio, el manto incluye dos zonas diferentes: Manto superior: llega hasta los 670 kilómetros de profundidad. La parte más superficial es sólida y rígida. Más internamente la roca se vuelve menos rígida debido al aumento de temperatura (de 700 a 1000 ºC) y pueden encontrarse zonas de roca parcialmente fundida. Manto inferior: se alcanzan temperaturas de hasta 2500 ºC, aunque los materiales se mantienen en estado sólido debido a la enorme presión a la que están sometidos. > > Núcleo: oscila entre los 2900 y los 6370 kilómetros. Está formado mayoritariamente por hierro y níquel a temperaturas hasta de 4500 ºC. Se divide en dos zonas características: Núcleo externo: llega hasta los 5100 kilómetros. Sus materiales se encuentran en estado líquido. Núcleo interno: está formado por materiales sólidos. El modelo dinámico se basa en el comportamiento de los materiales según su rigidez. Este modelo asume que la Tierra está formada por cuatro capas también concéntricas. > > Litosfera: capa más externa con espesor medio de 100 kilómetros. Comparándolo con el modelo geoquímico, incluye tanto la corteza como la primera parte del manto superior. > > Astenosfera: es una parte intermedia del manto superior situada entre los 100 y 400 kilómetros de profundidad. Está formada por materiales plásticos parcialmente fundidos debido a las elevadas temperaturas. > > Mesosfera: formada por la zona más profunda del manto superior y el manto inferior. Se sitúa entre los 400 y 2900 kilómetros. > > Endosfera: con respecto al modelo geoquímico incluye todo el núcleo y oscila entre los 2900 y los 6370 kilómetros de profundidad. 3

4 Comparación de los modelos estático y dinámico del interior terrestre Modelo estático (composición química) Corteza continental (25-70 km) Manto superior Zona de transición Astenosfera Corteza oceánica (6-12 km) Modelo dinámico (comportamiento mecánico) 400 km Litosfera (100 km) 670 km Manto inferior Mesosfera 2900 km 2900 km Núcleo externo Endosfera 5100 km Núcleo interno 6370 km 1.2. Manifestaciones de la energía interna La energía interna de la Tierra es la responsable de multitud de procesos que se manifiestan en la corteza terrestre. Estos procesos provocan movimientos del terreno, alteración física y química de los materiales e incluso son los causantes de la formación de nuevos relieves. El conjunto de procesos que modifican la superficie terrestre y cuyo origen se encuentra en la energía procedente del interior de la Tierra se denomina procesos geológicos internos. Son los responsables de la modificación continua del relieve. Los principales procesos geológicos internos son los siguientes: > > Tectónica de placas: teoría que explica el movimiento de las placas litosféricas que provoca la creación, modificación y destrucción de la corteza terrestre. > > Vulcanismo: proceso de aparición de magma en la superficie mediante la formación de volcanes. > > Sismicidad: aparición de seísmos o terremotos que causan temblores o movimientos del terreno. > > Magmatismo: proceso de formación de rocas por enfriamiento del magma en el interior terrestre. > > Metamorfismo: proceso de alteración de rocas ya existentes por efecto de altas presiones y temperaturas elevadas sin llegar a fundirlas. 4

5 > > Plegamientos y fracturas: deformaciones de rocas plásticas o rígidas que causan hundimientos o elevaciones de grandes extensiones de terreno. 2. Tectónica de placas Si observas detenidamente la forma de los continentes en un mapa, comprobarás que pueden encajar unos con otros, ya que las formas de sus bordes coinciden. Esto se debe a que en el pasado estos continentes estuvieron juntos. Actualmente están separados por el fenómeno de deriva continental, es decir, por la separación de los continentes. Como ya has estudiado, teniendo en cuenta toda la corteza y la parte más superficial del manto podemos establecer una zona de materiales en estado sólido muy característica, llamada litosfera. La litosfera no recubre toda la superficie de la Tierra de una sola pieza, sino que está formada por diversos fragmentos llamados placas litosféricas. Según el tipo de corteza que contengan, las placas litosféricas se denominan placas oceánicas (corteza oceánica), continentales (corteza continental) o mixtas (los dos tipos de corteza). Las placas tectónicas encajan como si fueran un puzle esférico, de la misma manera que encaja cada una de las piezas que forman un balón de fútbol. Distribución de placas litosféricas y bordes tectónicos A diferencia de lo que ocurre con las piezas del balón, las placas no son estáticas, sino que se mueven en distintas direcciones, aunque a una velocidad muy lenta (de 2 a 6 centímetros al año). Las placas rígidas son arrastradas por corrientes de convección que se producen por debajo de la litosfera. Al moverse, las placas interaccionan entre sí, lo que provoca diversos fenómenos geológicos como terremotos, volcanes o la aparición de cordilleras. 5

6 Los límites entre placas se llaman bordes tectónicos. Los tipos de bordes tectónicos dependen de si las placas están separándose, acercándose (chocando) o simplemente rozándose entre sí lateralmente: > > Bordes constructivos: se producen en los llamados límites divergentes, es decir, allí donde las placas se están separando para dejar lugar a la formación de nueva litosfera. Estos bordes se producen por el empuje de corrientes ascendentes del magma de la astenosfera. En estos bordes son frecuentes tanto los fenómenos volcánicos como sísmicos. > > Bordes destructivos: se producen en los llamados límites convergentes, es decir, allí donde las placas colisionan entre sí y se produce la destrucción de parte de la litosfera al introducirse una debajo de la otra. Según el tipo de placas que intervienen se pueden producir tres casos: Convergencia oceánica y continental: cuando chocan una placa oceánica y una continental, la litosfera oceánica se introduce por debajo de la continental en un proceso denominado subducción. En este borde son muy características las fosas marinas, la actividad volcánica y las cordilleras (por ejemplo, los Andes). Convergencia continental: cuando chocan dos placas continentales, la litosfera se pliega hacia arriba en un proceso denominado obducción. En estas zonas surgen elevaciones de grandes cordilleras montañosas (por ejemplo, el Himalaya). Convergencia oceánica: cuando chocan dos placas oceánicas, una se introduce bajo la otra mediante subducción y se forman arcos de islas volcánicas. > > Bordes pasivos: se producen en los límites transformantes, es decir, allí donde el contacto entre las placas provoca el rozamiento o fricción lateral entre ellas. En ellos ni se crea ni se destruye litosfera. Estos bordes se caracterizan por una intensa actividad sísmica. Tipos de bordes tectónicos Constructivo Litosfera Destructivos oceánica Astenosfera Litosfera Destructivos continental Astenosfera oceánica oceánica continental continental Litosfera Pasivo Astenosfera 3. Volcanes Se llama magma a la mezcla procedente del manto compuesta por rocas fundidas con cantidades variables de agua, gases y pequeños fragmentos sólidos de roca. Cuando el magma sale al exterior y se desprende de los gases se denomina lava. 6

7 La salida de lava no se produce en cualquier lugar. Para que se produzca un volcán debe adelgazarse la corteza terrestre y aparecer puntos más débiles por los que se cuele el magma. Los volcanes son fisuras de la corteza terrestre por donde se produce la salida de lava. Generalmente, estos materiales se acumulan en forma de cono, aunque en otros casos los volcanes aparecen como grandes grietas en el terreno. Los volcanes se forman cuando el magma asciende hasta la superficie terrestre, se enfría y da lugar a erupciones volcánicas, que generan la salida de productos sólidos, líquidos y gaseosos. Las erupciones son efusivas (tranquilas) si la salida de lava es pausada. Cuando el magma es muy viscoso y dificulta la salida de gases, estos se acumulan generando grandes presiones que producen erupciones explosivas muy violentas. Los materiales que salen al exterior durante una erupción son muy diversos: > > Sólidos: se denominan también piroclastos ( piedras que arden ) y pueden ser de tres tamaños: Bombas volcánicas: son de gran tamaño (1 metro de diámetro) y caen cerca del cráter durante las erupciones más violentas. Lapilli: son fragmentos de un tamaño intermedio (1 centímetro de diámetro) también conocidos como gravilla volcánica. Cenizas: también llamadas polvo volcánico. Su pequeño tamaño hace que se puedan elevar a grandes alturas y ser desplazadas con facilidad por el viento. > > Líquidos: son generalmente conocidos como lava. Su composición varía de un volcán a otro y causa distintos tipos de erupciones. > > Gaseosos: también llamadas fumarolas. Son mezclas de vapor de agua, dióxido de carbono y dióxido de azufre. Algunos volcanes entran en erupción durante un breve intervalo de tiempo (días o semanas) y permanecen sin erupciones mucho tiempo. Otros volcanes, sin embargo, pueden llegar a mantener su actividad constante durante miles de años Estructura de un volcán Independientemente del lugar donde se encuentre, su tamaño o forma extrena, en un volcán se pueden distinguir las siguientes partes fundamentales: > > Cámara magmática: zona interna donde se acumula el magma. Se suele localizar a gran profundidad. Desde aquí el magma asciende hacia el exterior a través de una serie de conductos. > > Chimenea: es el conducto principal por el cual el magma circula desde la cámara magmática hasta la superficie. A veces puede presentar ramificaciones o chimeneas secundarias. > > Cono volcánico: zona de la superficie donde se acumulan los materiales expulsados por el volcán ya solidificados. El cono va creciendo en altura a medida que se 7

8 Unidad 4: La energía interna de la Tierra producen las sucesivas erupciones. Si hay chimeneas secundarias se suelen producir también conos secundarios de menor tamaño que el cono principal. >>Cráter: orificio más o menos circular por el que salen los materiales al exterior durante los periodos de erupciones. Algunos volcanes no tienen un orificio, sino grandes grietas en el terreno (volcanes fisurales). Estructura interna de un volcán Lapilli Cono volcánico Nube de cenizas Bombas volcánicas Cráter Fumarolas Chimenea principal Géiser Chimenea secundaria Agua caliente (termas) Masa magmática Magma Aguas subterráneas Colada de lava Cámara magmática 3.2. Tipos de volcanes Según las características de los materiales expulsados y el tipo de erupción producida, se pueden establecer cuatro tipos básicos de volcanes. >>1. Hawaiano: su lava es muy fluida y su erupción muy efusiva. Se caracteriza por tener coladas de lava que descienden apaciblemente por las laderas. >>2. Estromboliano: su lava es poco fluida y se van alternando coladas de lava con pequeñas explosiones por los gases acumulados. Del cráter surgen fuentes violentas de lava y por el cono descienden coladas en forma de ríos de lava. >>3. Vulcaniano: su lava es muy viscosa y no fluye. La acumulación de gases genera >>4. Peleano: su lava es muy viscosa y tapona el cráter. La enorme presión acumulada en la chimenea hace que el cono estalle en una violenta explosión. 8 explosiones que liberan enormes nubes de cenizas.

9 Tipos de volcanes 1. Volcán hawaiano. 2. Volcán estromboliano. 3. Volcán vulcaniano. 4. Volcán peleano. 4. Terremotos Un terremoto o sismo (llamado también seísmo) es un temblor de tierra provocado por una sacudida repentina de la corteza terrestre causada por la liberación de energía acumulada en las placas litosféricas. En función de la energía liberada por el movimiento sísmico se producen diferentes consecuencias, que van desde ligeros movimientos de objetos domésticos y agrietamiento de paredes hasta el derrumbamiento masivo de edificios y graves consecuencias para la población. La ciencia encargada del estudio de los terremotos se denomina sismología. Esta ciencia se basa en el análisis de los datos de la propagación de las ondas sísmicas generadas en el interior y en la superficie de la Tierra. Estas ondas son recogidas por unos aparatos denominados sismógrafos. La representación de las ondas sísmicas se denomina sismograma y permiten determinar la magnitud de un terremoto. 9

10 Se llama magnitud a la cantidad de energía liberada durante un seísmo. Este parámetro se emplea además como medida objetiva del tamaño de un terremoto. La magnitud de los terremotos se mide con la escala de Richter, una escala no lineal, ya que la energía liberada por un terremoto de magnitud 7 equivale, aproximadamente, a 30 terremotos de magnitud 6, y a 900 de magnitud 5. Otra forma de medir los terremotos es mediante el uso de escalas de intensidad. Estas escalas evalúan subjetivamente los efectos destructivos del seísmo sobre las personas, los objetos, las construcciones o el terreno. La escala de intensidad más utilizada es la de los 12 grados de intensidad MSK o escala de Mercalli, que tiene en cuenta desde sacudidas imperceptibles para los seres humanos (grado I) hasta la destrucción total de las construcciones (XII) Elementos de un terremoto Para el estudio de los terremotos se pueden distinguir los siguientes elementos: > > Hipocentro: también llamado foco. Es el lugar en el interior de la corteza terrestre donde se produce la fractura de las rocas que ocasiona el terremoto. En este punto se libera la energía acumulada y desde aquí parten las ondas sísmicas internas en todas direcciones. > > Epicentro: es el punto de la superficie terrestre justo en la vertical del hipocentro y, por tanto, es el lugar de la superficie más cercano al foco de un terremoto. Así pues, el epicentro es el primer punto de la superficie terrestre en el que se registran las ondas sísmicas internas y se sienten sus efectos. Desde aquí se producen las ondas superficiales. > > Ondas sísmicas: son las vibraciones que se producen durante el terremoto. Según su lugar de origen podemos hablar de dos tipos de ondas: Profundas: surgen en el hipocentro y se transmiten a grandes velocidades hasta la superficie a través de las rocas. Pueden ser primarias (P) o secundarias (S). Superficiales: se producen en el epicentro tras la llegada de las ondas profundas, y se transmiten por la superficie a una velocidad menor. Existen dos tipos de ondas superficiales: ondas de Love (L) y ondas de Rayleigh (R). Estas ondas son las que causan las catástrofes en la superficie. Tipos de ondas sísmicas Dirección de propagación Dirección de propagación Ondas P (primarias): de compresión o longitudinales. Dirección de propagación Ondas S (secundarias): transversales. Dirección de propagación Ondas de Love (L), de superficie. Ondas de Rayleigh (R). 10

11 Elementos de un terremoto Ondas R Velocidad de las ondas P: 8 km/s Ondas L Velocidad de las ondas S: 4,5 km/s Ondas superficiales Epicentro Foco o hipocentro a 20 km de profundidad Ondas profundas 5. Riesgos geológicos y prevención Los riesgos geológicos pueden ser definidos como la probabilidad de que se produzcan, debido a los procesos geológicos, circunstancias o situaciones de amenaza para la salud o seguridad de las personas, con daños sociales y económicos. Los riesgos geológicos pueden ser naturales o causados por el ser humano. En cuanto a los riesgos geológicos naturales pueden ser debidos a procesos geológicos externos (inundaciones, vientos, deslizamientos de tierra, etc.) o internos (volcanes y terremotos). Para minimizar los riesgos geológicos de una zona y evitar los daños causados por catástrofes naturales se han desarrollado tres tipos de mecanismos que permiten disminuir los efectos perjudiciales: > > Previsión: se basa en la identificación de los distintos peligros en las zonas de riesgo y la frecuencia con la que se repiten los desastres geológicos. Se caracteriza por disponer de mapas de riesgos. > > Predicción: trata de anticiparse a los desastres naturales antes de que ocurran y poner los medios necesarios para evitar daños a la población. > > Prevención: consiste en adoptar medidas destinadas a minimizar los efectos en caso de que se produzca una catástrofe natural (educar a la población sobre cómo reaccionar ante los accidentes geológicos, construir aplicando medidas antidesastres y desarrollar planes de información y evacuación) Medidas de autoprotección En caso de vivir en zonas de riesgo geológico es importante conocer y llevar a cabo una serie de medidas de autoprotección frente a catástrofes naturales. Nuestra actuación antes, durante y después de un desastre geológico nos puede ayudar a minimizar los daños tanto personales como materiales. 11

12 Andalucía y Murcia son las dos comunidades autónomas con mayor riesgo geológico según los mapas de peligrosidad sísmica. Así pues, es fundamental para la población conocer las recomendaciones básicas de actuación ante los terremotos. Entre ellas podemos destacar: saber cómo desconectar la luz, el gas y el agua, mantenerse alejados de ventanas y alejarse de construcciones dañadas. Mapa de peligrosidad sísmica en España 12 O 10 O 8 O 6 O 4 O 2 O 0 42 N 40 N 2 E 4 E 42 N 40 N Este mapa de peligrosidad símica diferencia las zonas en función de la intensidad de los terremotos en el pasado. Utiliza para ello la escala EMS (Escala Macrosísmica Europea) que consta de 12 grados, siendo el I el más leve y el XII el más destructivo. Otros grados intermedios son: 38 N 36 N Peligrosidad sísmica de España (periodo de retorno 500 años) Intensidad < VI = VII = VI = VIII km 38 N 36 N < VI: sin daños VI: daños leves VII: daños moderados VIII: daños severos >VIII: Muy destructivo Recomendaciones básicas para protegerse de los terremotos Antes Preparar un botiquín de primeros auxilios. Fijar bien a las paredes y techo muebles, cuadros, espejos y lámparas. No colocar objetos pesados encima de muebles altos. Durante Buscar estructuras fuertes: bajo una mesa o cama, dintel de una puerta, etc. No usar el ascensor. Evitar el uso de velas, cerillas... Después Impedir cualquier situación de pánico. Conectar la televisión o la radio para recibir información o instrucciones de las autoridades. Prestar los auxilios necesarios. 12