Estructura Interna y Composición de la Tierra: Capas, Métodos de Estudio y Dinámica Geológica

Métodos de Estudio de la Composición y Estructura Interna de la Tierra

Los métodos directos de estudio son aquellos que proporcionan datos contrastables de lo que se está investigando. Por otro lado, los indirectos se aplican para obtener información de los objetos y materiales que no es posible manipular directamente.

Métodos Indirectos

Método Sísmico

Es el estudio de los terremotos o seísmos, que son vibraciones de la corteza terrestre y se registran como ondas en un sismógrafo. Las ondas que se pueden registrar son:

• Ondas P: primarias o longitudinales, son las primeras en llegar a los sismógrafos, por lo tanto, son las más rápidas. Vibran en la misma dirección de la onda. Atraviesan fluidos, pero estos frenan su velocidad.
• Ondas S: secundarias o transversales, son las segundas en detectarse en los sismógrafos, son más lentas que las anteriores. Vibran perpendicularmente a la onda y no se propagan en fluidos.
• Ondas L: largas o superficiales, son las últimas en detectarse y son las más lentas, causando daños en la superficie terrestre.

Las únicas ondas que nos dan información son las P y las S. Al estudiar la velocidad y el comportamiento de las ondas P y S por el interior terrestre, se dieron zonas donde había variaciones bruscas de velocidad, se les llamó discontinuidades sísmicas y se considera que estas zonas separan las franjas terrestres con distintas propiedades o composición. Las principales son:

• Mohorovicic
• Canal de baja velocidad
• Gutenberg
• Lehman

Método Magnético

Estudia y mide el campo magnético para detectar posibles anomalías o cambios magnéticos. El campo magnético de la Tierra es semejante al dipolo eléctrico, hay unos puntos llamados polo norte y polo sur. Hoy en día el polo norte magnético se corresponde con el polo sur geográfico y viceversa. Periódicamente esto se invierte y se llama variación secular, este hecho cambia la orientación de los minerales magnéticos y es importante para datar la Tierra.

Método Gravimétrico

Estudia las pequeñas variaciones de gravedad debido a cambios de relieve.

Otras Fuentes de Información

• Estudio de las densidades: la densidad media de la Tierra es de 5,5 g/cm³, se sabe que la densidad de la corteza es de 2,8 g/cm³, esto nos quiere decir que el núcleo debe ser muy denso.
• Estudio de meteoritos: algunos han conservado huellas del origen del sistema solar y su composición debe ser semejante a la terrestre. Distinguimos así 3 tipos de meteoritos:
  • Sideritos: formados por Fe y Ni (núcleo)
  • Sideralitos: formados por una mezcla de sideritos y litometeoritos (manto)
  • Litometeoritos: formados por silicatos (corteza)
    • Estudios geotérmicos: basados en la producción de calor en el planeta, hay dos zonas diferentes, las más calientes en las zonas de las dorsales y las más frías en las zonas de subducción
    • Estudio de materiales expulsados por volcanes: nos permite conocer la composición química de la corteza profunda y el manto.

El Tiempo en Geología

Divisiones Temporales

Las primeras divisiones fueron:

• Las discordancias: separaban dos conjuntos de materiales plegados de distinta forma
• Las extinciones de especies: algunos fósiles dejaban de encontrarse en las rocas en un momento determinado de la historia.

Se identificaron tres grupos de materiales principales:

• Materiales primarios: se caracterizaban por estar muy plegados y metamorfizados, y por contener fósiles de organismos muy antiguos. A esta época se la llamó Paleozoico.
• Materiales secundarios: eran rocas sedimentarias, no tan plegadas, con organismos muy parecidos a los actuales. A esta época se la llamó Mesozoico.
• Materiales terciarios: estaban poco o nada plegados y contenían fósiles de organismos muy parecidos a los actuales. A esta época se la llamó Cenozoico.

Los 4500 m.a. de historia de la Tierra se dividen en 4 eones, cada eón en eras y las eras en periodos.

Fósiles Guía

La presencia de fósiles en estratos se tomó como criterio para correlacionar entre sí materiales de diferentes lugares. Para considerar un fósil como guía este debe:

• Encontrarse en áreas muy distantes (expansión geográfica).
• Tener una existencia corta

Escala de Tiempo Geológico

La Edad de las Rocas: Dataciones Absolutas y Relativas

La datación absoluta consiste en averiguar la edad concreta de una roca en millones de años.

Datación por Carbono-14

Los átomos del C14 son inestables y se desintegran radiactivamente. Cuando un tejido muere y deja de incorporar átomos de C14, su cantidad disminuye a la mitad cada 5570 años (vida media de este elemento).

Dataciones Relativas

La datación relativa nos proporciona el orden en antigüedad de los materiales o procesos geológicos para ordenarlos cronológicamente. Hay varios métodos:

• La superposición normal de los estratos: las rocas sedimentarias se disponen en estratos, los que están encima son más modernos que los de abajo.
• La superposición de procesos geológicos: los estratos son anteriores a los procesos geológicos producidos en ellos y los procesos geológicos son anteriores a los estratos a los que no afecta
• Cuando dos rocas sedimentarias presentan el mismo contenido fósil, característico de un periodo geológico, ambas rocas tienen la misma edad.

Composición Geoquímica de la Tierra

Es aquella en la que la Tierra se divide en capas según las discontinuidades sísmicas:

• Corteza continental: abarca la zona correspondiente a la tierra superficial
• Corteza oceánica: es más fina que la anterior y corresponde a la zona sumergida
• Discontinuidad de Mohorovicic: viene anunciada a una profundidad de entre 3 y 70 Km
• Manto superior
• Canal de baja velocidad: a 670 Km de profundidad
• Manto inferior
• Discontinuidad de Guttenberg: a 2900 Km
• Núcleo externo: líquido
• Discontinuidad de Lehman: a 5150 Km de profundidad
• Núcleo interno: sólido

Composición Dinámica de la Tierra

Dividida en capas según su composición:

• Litosfera: capa rígida formada por la corteza y la zona más superior del manto, llegando a 250 Km de profundidad.
• Astenosfera: coincide con el manto superior en algunas zonas, es de material semiviscoso porque las condiciones de presión y temperatura más el agua presente en las rocas permite la fusión de estos materiales. Su existencia es muy discutida en la realidad
• Mesosfera: corresponde al manto inferior
• Capa D'': es de escaso grosor y está formada por manto fundido
• Endosfera: equivale al núcleo externo y al núcleo interno.

Estructura y Composición de la Corteza Terrestre

Las velocidades de las ondas sísmicas en la corteza no son iguales en las zonas continentales que en las zonas oceánicas, de modo que distinguiremos entre corteza oceánica y continental.

Corteza Oceánica

Su edad nunca supera los 180 m.a. debido a fenómenos de subducción que se originan en los bordes convergentes. Distinguimos:

Estructura Vertical

• Capa superficial de sedimentos:
  • Es más gruesa en las zonas próximas a los bordes continentales
  • No existe en los ejes de las dorsales
• Capa de basaltos submarinos y diques basálticos
• Capa inferior de rocas plutónicas basálticas
  • Gabros
  • Piroxenitas

Estructura Horizontal

La diferencia entre la corteza continental y la oceánica está marcada por las zonas emergidas y sumergidas.

1. Plataforma continental: parte del continente cubierta por agua oceánica. De poca profundidad y escasa pendiente. Es de un gran valor económico
2. Talud continental: estructura continental que conecta el fondo oceánico, tiene una fuerte inclinación, suele tener valles profundos y cañones submarinos.
3. Fosa abisal: depresiones estrechas y profundas del fondo oceánico. Están próximas a los bordes continentales o arcos insulares. Son zonas sísmicamente activas.
4. Llanura abisal: formada por corteza continental, su superficie es casi llana
5. Elevaciones del fondo oceánico: pueden ser de varios tipos, como por ejemplo mesetas
6. Dorsales oceánicas: son sistemas de cordilleras conectadas entre sí con una parte central, llamada rift, están recorridas transversalmente por fallas transformantes. Son zonas de intensa actividad sísmica, volcánica y tectónica.

Corteza Continental

Tiene un espesor mayor que la oceánica, pero su densidad es menor debido a que es más antigua. Está compuesta principalmente por granito. Hasta hace poco había tres niveles:

• Nivel 1: capa superior con rocas sedimentarias o volcánicas con inclusiones graníticas.
• Nivel 2: capa intermedia con rocas plutónicas y metamórficas
• Nivel 3: capa inferior de naturaleza básica.

Del resultado de la observación de la forma horizontal del terreno resultan 3 tipos de estructuras:

• Escudos: son zonas estables tectónicamente, lisas geográficamente sin capa sedimentaria y cubiertas de rocas endógenas. Suelen ser parte central de los continentes
• Plataformas interiores: son zonas de transición entre escudos y orógenos. Poseen una capa de rocas sedimentarias
• Orógenos: son estructuras engrosadas como cordilleras y montañas y la mayoría están próximas a bordes convergentes.

La interfase entre continentes y océanos se llama corteza transicional.

Estructura y Composición del Manto Terrestre

El manto es la capa intermedia que se extiende desde la discontinuidad de Mohorovicic a la de Gutenberg. Gracias al canal de baja velocidad separamos el manto superior del inferior, la discontinuidad puede deberse a las altas presiones, lo que también puede explicar la falta de terremotos. El manto superior junto con la corteza forman la litosfera, debajo está el canal de baja velocidad que nos dice que el manto superior está parcialmente fluido y se llama astenosfera, esta capa en la actualidad está en duda porque el canal de baja velocidad no está presente en toda la corteza terrestre. Tras el manto superior se encuentra el manto inferior con límite en el nivel D''. La composición del manto superior es de rocas llamadas peridotitas con minerales de olivino y piroxenas.

Estructura y Composición del Núcleo Terrestre

Es la capa más interna de la Tierra, se extiende desde la discontinuidad de Gutenberg al centro de la Tierra. La discontinuidad de Lehman separa el núcleo externo líquido del núcleo interno sólido. La densidad calculada para el núcleo y la existencia de un campo magnético bipolar solo es posible para un metal como el hierro, aunque esté aleado con níquel.

Estructura y Composición de la Atmósfera Actual: sus Capas

La composición atmosférica es relativamente sencilla, con un 78% de nitrógeno, un 21% de oxígeno, un 0,93% de argón, un 0,035% de dióxido de carbono y un 0,035% de vapor de agua con polvo en suspensión.

Podemos distinguir dos capas atmosféricas principales: la homosfera y la heterosfera.

La Homosfera

Hasta los 80 Km de altitud. Su composición de gases es constante. Está formada por:

• Troposfera: 13 Km de altitud. Aquí se encuentra la mayor parte del CO₂ y el vapor de agua, siendo por lo tanto la zona donde tienen lugar los fenómenos meteorológicos.
• Tropopausa
• Estratosfera: 50-60 Km de altura. En la parte inferior permanece la temperatura baja hasta una zona donde sube mucho la temperatura, la ozonosfera (además de tener mayor temperatura por la absorción de rayos UV posee grandes cantidades de ozono)
• Estratopausa
• Mesosfera: 80 Km. Se caracteriza por las bajas temperaturas

Entre la homosfera y la heterosfera está la mesopausa.

La Heterosfera

Llamada también ionosfera o termosfera. Está caracterizada por las altas temperaturas debido a que las moléculas gaseosas están ionizadas por radiaciones solares de alta energía.

Circulación Atmosférica General

Debido a que la radiación solar calienta de forma desigual la superficie de la Tierra, la zonas ecuatoriales son más cálidas que las zonas polares. Esto nos permite pensar que el aire más caliente y menos denso se eleva, y que el aire frío polar, más denso, desciende y se desplaza al ecuador para sustituir al aire cálido. Es decir, se formaría una circulación superficial de aire frío desde los polos al ecuador que, al calentarse, ascendería circulando hacia los polos, donde al enfriarse, volvería a empezar el ciclo.

En este modelo, debido a la rotación terrestre y a la diferencia de velocidad de las latitudes, la masa de aire sufre una desviación a la derecha en el polo norte y a la izquierda en el polo sur, hacia el ecuador en ambos casos. Este fenómeno físico recibe el nombre de fuerza de Coriolis. Como resultado se produce una distribución latitudinal de las zonas de altas presiones:

• Zonas subtropicales: son zonas de altas presiones, alrededor de los 30º de latitud, que llevan en circulación los vientos alisios.
• Zonas ecuatoriales: con zonas de bajas presiones que llevan en circulación vientos del oeste
• Zonas subpolares: son zonas de altas presiones donde circulan los vientos del poniente o vientos polares.

La Hidrosfera

Se llama hidrosfera al conjunto de aguas presentes en la superficie de la Tierra.

Propiedades Físicas

La propiedad física clave del agua es su densidad, aproximadamente 1 g/cm³. La influencia de la temperatura en la densidad es muy importante, siendo el hielo menos denso que el agua líquida y alcanzando esta su densidad máxima a 4ºC.

Debido a que la temperatura media de nuestro planeta es de 15ºC, está próxima a la del punto triple del agua, pudiéndose encontrar en sus 3 fases (sólida, líquida y gaseosa).

El agua está desigualmente repartida en nuestro planeta. La inmensa mayoría de ella corresponde a los océanos (97%), solo una pequeña parte está en los continentes y de esta la mayoría corresponde a los glaciares y aguas subterráneas. Solo una pequeñísima parte está disponible para el hombre formando parte de ríos, lagos, suelos, seres vivos y atmósfera.

El Ciclo del Agua

Los movimientos y cambios de fase del agua en la hidrosfera constituyen un circuito prácticamente cerrado que se llama ciclo del agua o ciclo hidrológico. La energía que lo mueve proviene del Sol, que evapora el agua de los océanos y aguas continentales; el vapor de agua se condensa en la atmósfera formando nubes que, al enfriarse, liberan el agua en forma líquida o de nieve, según su grado de enfriamiento. Los ríos o glaciares así formados terminan desembocando en el océano, aunque parcialmente el agua continental puede infiltrarse en el subsuelo, originando el agua subterránea, que también retornará en último término al océano.

El Agua Oceánica

Los océanos han funcionado como sumideros del material aportado por los ríos desde los continentes. Su carácter salino procede de los iones aportados por los ríos. Actualmente también se consideran las dorsales como aportadoras de elementos solubles al mar.

La temperatura de los océanos varía con la profundidad y con la latitud. Los océanos están formados por una capa fina de 200 a 500 m de profundidad, de agua templada (12-30ºC). Situada sobre una gran masa a temperaturas de entre -1 y 5ºC, el límite entre esta agua cálida y agua fría se llama termoclina y se sitúa entre los 200 y 1000 m de profundidad.

Las variaciones de temperatura del agua con la latitud permiten distinguir los mares intertropicales cálidos del resto, más fríos. En cambio, los máximos de salinidad se dan en los trópicos, debido a la menor pluviosidad que diluye menos las sales. Los océanos pueden considerarse como enormes sistemas amortiguadores térmicos y del contenido de oxígeno y CO₂. En conjunto, son grandes moduladores de la biosfera y del clima del planeta.

Circulación de las Aguas Oceánicas

• Corrientes oceánicas: ríos encajados dentro del propio océano, que se deben fundamentalmente a diferencias de temperatura y salinidad, junto con la rotación terrestre y el efecto de los vientos, originándose así dos tipos de corrientes: termohalinas (por diferencia de salinidad) y superficiales (por diferencia de temperatura)
• Las olas se consideran como ondas oscilatorias progresivas de la superficie de los océanos, que se producen por el viento o por movimientos bruscos del fondo marino.
• Las mareas son movimientos periódicos de elevación y descenso del nivel del mar, producidos por la atracción diferencial de la Luna y del Sol.