ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN DE LA TIERRA 1. INTRODUCCIÓN Para el estudio de la Tierra, cuya edad es de unos 5.000 millones de años, comenzamos por la parte externa (corteza) que vamos a estudiar mediante análisis y métodos directos. Para el estudio de la parte interna aplicamos: o El método científico: mediante métodos de observación directa se calcula el peso y el volumen de la Tierra, y con ellos se obtiene la densidad, que es de 5 5 g/cm3 (densidad media); La densidad de la corteza es de 2 7 g/cm3, luego la Tierra no es homogénea. o El método matemático: estudiando matemáticamente el movimiento de rotación de la Tierra y su momento de inercia, se ve que el movimiento teórico (si la Tierra fuera homogénea) no coincide con el real, que es más rápido, o sea, que el interior es más denso que el exterior. o El método gravimétrico: la fuerza de la gravedad varía de un sitio a otro, luego la masa está irregularmente repartida, es decir, la Tierra no es homogénea. o El método de los meteoritos: confirman que la Tierra no es homogénea. o El método magnético: el estudio del campo magnético de la Tierra y su variación demuestra que la Tierra no es homogénea como veremos más adelante. o El método sísmico: está basado en el estudio de la propagación de las ondas sísmicas a través de la Tierra. Las ondas sísmicas pueden ser generadas por terremotos naturales y también artificialmente mediante el empleo de explosivos o camiones vibradores (vibroseis). La sísmica es la rama de la sismología que estudia estas ondas artificiales por ejemplo la exploración del petróleo. 2. EL MÉTODO SÍSMICO Tipos de ondas sísmicas: o Ondas P: Se llaman también primarias, porque son las primeras en llegar a la superficie, es decir, son las más rápidas. Se producen en el hipocentro (punto del interior de la Tierra donde se produce el terremoto) y se propagan en forma de esferas. Son longitudinales (las partículas vibran en el mismo sentido en el que se desplaza la onda); producen compresiones y dilataciones. Estas ondas "P" se desplazan tanto por sólidos como por líquidos, aunque lo hacen de manera más rápida por los sólidos. o Ondas S: Se llaman también secundarias, porque son las segundas en llegar a la superficie, es decir, son más lentas que las ondas P; se producen también en el hipocentro, y también se propagan de forma esférica. Son transversales (las partículas vibran perpendicularmente al sentido en el que se desplaza la onda). Estas ondas "S" sólo se desplazan por sólidos, nunca por fluidos. o Ondas superficiales (L): Se producen en el epicentro. Son transversales, y puesto que se propagan por la superficie, se propagan de forma circular; estas ondas son las que producen los grandes desastres en los terremotos.
Estudiando el comportamiento de las ondas sísmicas al atravesar la Tierra se ha confeccionado la siguiente gráfica: V (km/s) 14 12 10 8 6 Mohorovicic Repeti S P Gutenberg Weichert-Lehman 4 2 km de profundidad 17 50 600 1000 2900 5120 63710 MANTO V= 82 % d= 4,3 g/cm 3 Silicatos de Mg y Fe La Tierra está formada por capas concéntricas: -Los primeros 50 km constituyen la corteza. -Desde los 50 hasta los 3.000 el manto, dividido en: -Manto superior (50-1.000 km). -Manto inferior (1.000-3.000 km). -Entre 3.000 y 6.000 el núcleo, dividido en: -Núcleo externo (3.000-5.000 km). -Núcleo interno (5.000-6.000 km). NÚCLEO V= 16 % d= 10-14 g/cm 3 Hierro y Niquel La zona de contacto entre una capa y otra es una superficie imaginaria llamada superficie de discontinuidad. La superficie o discontinuidad de Mohorovicic (50 km) separa la corteza del manto. La superficie o discontinuidad de Repetti (secundaria) (1.000 km) separa las dos partes del manto. La superficie o discontinuidad de Gutenberg (3.000 km) separa el manto del núcleo externo. La superficie o discontinuidad de Weitcher-Lehman (5.000 km) separa el núcleo externo del núcleo interno. A la superficie de Gutenberg llegan y pasan las Ondas "P", pero no las "S", luego esa zona se comporta como un fluido. Sin embargo, la velocidad de las Ondas "P" va aumentando hasta que al llegar a la superficie de Weitcher-Lehman se vuelven a comportar como un sólido. La corteza y el manto, por un lado, y el núcleo interno por otro, son dos zonas rígidas que se comportan como dos esferas separadas por una zona que se comporta como un fluido. Este modelo, suponiendo que hay un desfase entre el movimiento de la parte que se comporta como sólido interno y la que se comporta como sólido externo, sirve para explicar la existencia y variación del campo magnético terrestre (método magnético).
3. ZONACIÓN ESTRUCTURAL O ESTÁTICA DE LA TIERRA La zonación dinámica de la Tierra se basa en la composición química de cada una de las capas. LA CORTEZA Límites de la corteza: es la zona de la Tierra situada entre la hidrósfera y la atmósfera por un lado, y la superficie de Mohorovicic, por otro. Espesor:50 km de espesor medio, con irregularidades; su volumen representa el 6% del volumen total de la Tierra. Densidad media: 2 7g/cm3 Composición: es la zona más variada pero la mejor conocida; los elementos más abundantes son el oxígeno y el silicio, pero también hay aluminio, hierro, magnesio, calcio, sodio y potasio. Los compuestos más abundantes son los óxidos, y dentro de ellos, los silicatos y otras sales minerales. Estructura de la corteza: En los continentes aparece una primera capa de rocas sedimentarias. Estudiando la velocidad de las ondas sísmicas en las zonas continentales, se ha visto que entre los 15 y los 17 km aparece una superficie de discontinuidad, la de Conrad, que divide la corteza continental en dos partes bien definidas: a. La existente por debajo de la discontinuidad de Conrad, en la que domina el basalto, constituido sobre todo por silicatos de magnesio (SIMA). b. La existente por encima de la discontinuidad de Conrad, en la que predomina el granito, constituido sobre todo por silicatos de aluminio (SIAL). En los grandes océanos se ha encontrado que debajo del agua existe una primera capa de materiales cuyo espesor varía mucho, desde unos centímetros hasta unos metros; esta capa se interpreta como de sedimentos depositados en el fondo. Las ondas sísmicas no cambian de velocidad, luego no hay discontinuidad de Conrad, y además, estas ondas se propagan a la misma velocidad con que lo hacen en la capa de basalto que hay debajo de los continentes; de esto se deduce que en los fondos oceánicos existe, por debajo de los sedimentos, una capa de basalto que es la continuación de la capa de basalto continental.
EL MANTO Límites del manto: Es la zona situada inmediatamente por debajo de la corteza. Está limitado por su parte exterior por la superficie de discontinuidad de Mohorovicic, y en su parte interior por la superficie de discontinuidad de Gutemberg. Se extiende desde los 50 km hasta los 2.900 o 3.000 km; su volumen representa el 82% del volumen total de la Tierra. Densidad media: 4 3 g/cm3 Composición: el estudio del manto se realiza por métodos aún más indirectos que el de la corteza, pues no podemos llegar a él. Quizás los datos más importantes son los deducidos de la composición y frecuencia de los meteoritos, que son fragmentos de rocas extraterrestres que deben proceder, en su mayoría, de la fragmentación o formación de un planeta cuya órbita estaría situada entre la de Marte y la de Júpiter y cuya composición sería análoga a la de la Tierra. Estructura del manto: EL NÚCLEO Estudiando la propagación de las ondas sísmicas a través del manto, se observa que entre los 900 y los 1.000 km. aparece una discontinuidad secundaria que divide al manto en dos partes: el externo y el interno, de tal manera que el último es más denso que el primero, ya que las ondas sísmicas se propagan más rápidamente. También se ha observado dentro del manto externo, a una profundidad comprendida entre los 50 y los 250 km, que la velocidad de las ondas sísmicas disminuye, lo que hace pensar en una zona más fluida, llamada astenosfera. Límites del núcleo: Es la zona de la Tierra comprendida entre la discontinuidad de Gutenberg y el centro de la Tierra, es decir, es una esfera rodeada por la discontinuidad de Gutenberg.. Entre los 2.900 a 3.000 y los 6.000 km. Su volumen representa el 16% del volumen total de la Tierra. Densidad media: entre 9 y 10 g/cm3, aunque se supone que puede llegar a 17 g/cm3. Es, por tanto, la zona de la Tierrra donde se encuentran los materiales más pesados. Composición: la densidad de algunos meteoritos coincide bastante con los valores medios calculados para el núcleo. Por esta razón, y teniendo en cuenta que el hierro es el elemento pesado más abundante en el sistema solar, muchos autores admiten que el núcleo terrestre está formado fundamentalmente por hierro con una pequeña porción de níquel. Estructura del núcleo Del estudio de las ondas sísmicas al atravesar la Tierra, se observa que las ondas "S" no penetran en el núcleo, o sea, al menos en la parte externa se comportaría como un fluido. Las ondas "P" sufren, al llegar a la profundidad de 5.000 km, un aumento de velocidad (discontinuidad de Wiechert-Lehman) que divide al núcleo en dos partes, núcleo externo (fluido) y núcleo interno (sólido).
4. ZONACIÓN DINÁMICA DE LA TIERRA La zonación dinámica de la Tierra se basa en el comportamiento físico de los componentes de cada una de las capas. LITOSFERA La capa más externa es la litosfera, formada por la corteza y la zona externa del manto superior. Es rígida y presenta aproximadamente 100 km de espesor. En ella la velocidad de las ondas sísmicas aumenta constantemente en función de la profundidad. ASTENÓSFERA La litosfera descansa sobre la astenósfera, que es la franja inferior del manto superior y se encuentra fundida parcialmente y es la zona del manto terrestre que está inmediatamente debajo de la litosfera, aproximadamente entre 100 y 240 kilómetros por debajo de la superficie de la Tierra. Se extiende hasta los 400 km, punto en el que el manto recupera sus características de solidez y rigidez, puesto que la velocidad de las ondas sufre una nueva alteración muy brusca. Es una capa plástica, en la que la temperatura y la presión alcanzan valores que permiten que se fundan las rocas en algunos puntos. MESOSFERA A continuación se encuentra la mesosfera, que equivale al resto del manto. En la zona de contacto con el núcleo se encuentra la región denominada «zona D», en la que se cree que podría haber materiales fundidos. ENDOSFERA La capa más interna es la endosfera, que comprende el núcleo interno y el núcleo externo. Los estudios de propagación de las ondas sísmicas han puesto de manifiesto que la parte externa de la endosfera (el núcleo externo) está compuesta por materiales fundidos, ya que en esa zona se interrumpe la transmisión de algunas de las ondas.