Estructura Interna de la Terra i Atmosfera: Guia Completa

Interior de la Terra

El radi mitjà de la Terra és de 6.370 km. Els pous i sondejos han assolit una dotzena de quilòmetres. L'estudi dels materials volcànics i dels meteorits, fragments de matèria sòlida de l'espai exterior que són capturats pel camp gravitatori terrestre, ens informen de l'interior de la Terra i del seu origen.

Tipus de meteorits

• Siderits: 4% dels meteorits trobats, compostos de ferro i níquel.
• Aerolits: 95% constituïts per silicats i de densitat semblant a la de l'escorça terrestre.
• Siderolits: Intermedis entre els anteriors. Són molt poc abundants (1%).

Mètodes geofísics indirectes

• Densitat de la Terra i mètodes gravimètrics: La densitat total del planeta és de 5,51 g/cm³. La densitat mitjana de l'escorça terrestre és de 2,8 g/cm³ i la del mantell de 3,3 g/cm³. La gravetat varia, i les anomalies poden ser:
  • Positives (g experimental > g teòrica)
  • Negatives (g experimental < g teòrica)
  S'accepta que les anomalies positives de la gravetat indiquen zones d'escorça prima (o mantell dens més proper de la superfície) i les anomalies negatives una escorça gruixuda. La forma de la Terra depèn de la gravetat, de les masses de roques, de la densitat, dels corrents oceànics, etc.
• Geomagnètics: El camp magnètic és produït pel moviment convectiu del material del nucli extern. En solidificar-se les laves, els minerals magnètics que contenen es queden orientats segons el N magnètic, com a brúixoles fòssils. El camp magnètic de la Terra ha experimentat una sèrie de variacions al llarg de la història geològica, incloent-hi inversions respecte a la polaritat actual. Els canvis de polaritat són ràpids i de freqüència irregular.
• Geotèrmics: (3 ºC per 100 m en els primers km) Les fonts més importants de la calor interna de la Terra són:
  1. La desintegració d'elements radioactius presents a l'interior.
  2. La calor residual produïda durant la formació de la Terra.
  La conseqüència de l'existència d'una font de calor interna és la creació d'un flux de calor cap a l'exterior. Aquest transport es fa mitjançant processos de conducció i convecció. Aquesta emissió d'energia tèrmica es distribueix de forma molt irregular.
• Sísmics: Ens ha donat la major part de les dades de l'interior del planeta gràcies als terratrèmols o explosions provocades artificialment. Un terratrèmol és un moviment brusc dels materials terrestres com a resposta d'una tensió acumulada. L'energia generada per un terratrèmol es transmet per l'interior i la superfície del planeta mitjançant una sèrie de vibracions anomenades ones sísmiques. Aquestes ones poden travessar varies vegades la Terra, rebotar en el seu interior (reflexió) i desviar la seva trajectòria (refracció).

Tipus d'ones sísmiques

• Les ones S, transversals o secundàries, són més lentes que les anteriors i vibren en sentit perpendicular al moviment ondulatori. El comportament d'aquestes ones depèn de l'elasticitat del medi, per la qual cosa únicament poden travessar masses sòlides, ja que els fluids no presenten propietats elàstiques.
• Les ones L o superficials causen les destrosses a la superfície.

Estructura interna de la Terra

Fins el 1950, la imatge dominant de l'estructura interior de la Terra era d'una perfecta simetria esfèrica. Però en els últims anys s'ha fet palesa una nova concepció on les diverses zones de l'interior del planeta es comporten com un complex sistema interactiu on hi ha un flux cíclic de matèria i energia.

Actualment, s'utilitza una altra divisió de l'interior de la Terra, més d'acord amb el seu comportament geodinàmic:

• Litosfera: La capa més superficial de la Terra, rígida, i fragmentada en una sèrie de plaques litosfèriques. Comprèn tota l'escorça i els primers quilòmetres del mantell fins a una profunditat de 100 km sota els oceans i 300 km sota els continents.
• Astenosfera: Sota la litosfera, de comportament viscós i amb corrents de convecció. Aquesta zona s'identifica amb la zona de baixa velocitat de les ones sísmiques. No es coneix el límit inferior de l'astenosfera; 400-700 km?
• Mesosfera: La resta del mantell. Es tracta de la unitat més voluminosa i homogènia. La seva característica dinàmica més rellevant és l'existència d'un intens sistema convectiu que arrencaria de la zona en contacte amb el nucli o endosfera. En aquest sistema convectiu es trobaria el motor de tots els processos litosfèrics i, per tant, de la tectònica de plaques.
• Endosfera: Correspon al nucli. La seva superfície de contacte amb la mesosfera presenta elevacions i depressions de fins a 10 km.

Deriva continental

El 1915, el meteoròleg i geofísic alemany Alfred Wegener va presentar, en el llibre L'origen dels continents i els oceans, les bases d'una teoria revolucionària: la teoria de la deriva continental. En una Terra dinàmica, Wegener afirma que els continents descansen sobre una capa plàstica de la Terra i es mouen per l'escorça oceànica a la deriva, allunyant-se o acostant-se els uns respecte els altres (deriva continental).

Tectònica de plaques

La teoria de la tectònica de plaques va ser desenvolupada principalment entre els anys 50 i 60 i és considerada com la gran teoria unificadora de les ciències de la Terra, ja que explica una gran quantitat d'observacions geològiques i geofísiques d'una manera coherent i elegant.

Els límits de les plaques

• Divergents: Són límits en els quals les plaques se separen unes de les altres.
• Convergents: Són límits en els quals una placa xoca contra una altra. Hi ha 3 tipus.
• Transformants: Són límits on les vores de les plaques llisquen una respecte a l'altra al llarg d'una falla de transformació.

Límit divergent o constructiu

Les plaques s'allunyen i el buit que en resulta és omplert per material de l'escorça terrestre, que sorgeix del magma de les capes inferiors. El nou material fa créixer la illa d'Islàndia alguns centímetres cada segle. Un exemple típic d'aquest tipus de límit són les dorsals oceàniques, com per exemple la dorsal mesoatlàntica, i en la part continental, per les esquerdes com la Gran Vall del Rift.

Límit convergent o destructiu

Les plaques xoquen. Quan una placa oceànica (més densa) xoca contra una continental (menys densa), la placa oceànica és empesa sota, formant una zona de subducció. A la superfície, la modificació topogràfica consisteix en una fossa oceànica en l'aigua i un grup de muntanyes a terra (Andes). Quan dues plaques continentals col·lideixen, es formen extenses serralades. La cadena de l'Himàlaia és el resultat de la col·lisió entre la placa índica i la placa eurasiàtica. Quan dues plaques oceàniques xoquen, el resultat és un arc d'illes (per exemple, Japó).

Límit transformant o conservatiu

A causa de la fricció, les plaques no llisquen en forma contínua, sinó que s'acumula tensió en ambdues plaques fins a arribar a un nivell d'energia acumulada que sobrepassa el necessari per produir el moviment. Aquests moviments ocasionen terratrèmols d'intensitat major o menor. Un exemple d'aquest tipus de límit és la falla de San Andrés, ubicada a l'oest d'Amèrica del Nord, que és una de les parts del sistema de falles producte de la fricció entre la placa nord-americana i la placa pacífica.

El paper de l'atmosfera

• Proporciona l'aire que necessitem per respirar.
• Filtra els raigs ultraviolats i altres radiacions solars perjudicials.
• Evita que hi hagi temperatures molt extremes.
• Permet la formació de núvols que porten aigua als continents.

Una funció molt important de l'atmosfera: l'efecte hivernacle

El diòxid de carboni de l'atmosfera fa una funció comparable a la del vidre dels hivernacles, ja que impedeix que una part de la calor que emet la Terra escalfada pel Sol surti de l'atmosfera, de manera que manté la temperatura mitjana terrestre al voltant dels 15 ºC.

Estructura de l'atmosfera

Troposfera

• Té un gruix de 10 km.
• El seu límit superior s'anomena tropopausa.
• La temperatura baixa amb l'altitud (fins a -70 ºC).
• Aquí es concentra el 90% de l'aire de l'atmosfera i quasi tot el vapor d'aigua.
• Aquí tenen lloc els fenòmens meteorològics.

Estratosfera

• Té un gruix d'uns 30 km.
• El seu límit superior és l'estratopausa.
• A la part alta, els raigs ultraviolats són absorbits per l'oxigen (O₂) i originen l'ozó (O₃).
• Aquest ozó s'acumula formant una capa entre els 30 i 50 km d'altura.
• En aquesta reacció s'allibera calor i per això aquí la temperatura no és molt baixa (-17 ºC a 0 ºC).
• No hi ha vents en direcció vertical, però els horitzontals arriben als 200 km/h.

Mesosfera

• Té un gruix d'uns 40 km.
• El seu límit superior és la mesopausa.
• La temperatura va baixant fins a menys de 100 ºC sota zero.
• Aquí la densitat de l'aire és molt baixa.

Termosfera

• Es diu així degut a les altes temperatures que s'hi assoleixen (fins a 1.500 ºC).
• Això és degut a que els seus gasos estan ionitzats.
• Per això també se l'anomena ionosfera.
• Aquí es produeixen les aurores boreals.

Exosfera

• És la última capa de l'atmosfera terrestre.
• La trobem per sobre dels 500 km d'altitud i no té un límit superior definit.
• És la zona de trànsit entre l'atmosfera terrestre i l'espai interplanetari.
• La temperatura és molt alta i no varia.
• Hi trobem una gran quantitat de gasos (heli, nitrogen, oxigen, argó...), però en quantitats molt petites.

Origen de l'atmosfera

Els primers gasos van tenir el seu origen en la intensa activitat volcànica que hi havia en els primers milions d'anys.

• L'atmosfera primitiva estava formada per: diòxid de carboni i vapor d'aigua, a més de nitrogen, òxids de sofre, òxids de nitrogen i argó.

Els canvis de l'atmosfera

• Quan la Terra es va refredar, el vapor d'aigua es va anar condensant i va anar caient en forma de precipitacions.
• El diòxid de carboni es va reduir per:
  • L'activitat fotosintètica dels organismes autòtrofs.
  • La formació de roques calcàries.
• El nitrogen s'ha anat acumulant i ara constitueix el component principal de l'atmosfera.
• Els òxids de sofre han passat a les roques en forma de sulfats.
• L'oxigen va aparèixer com a resultat de la fotosíntesi i ha arribat a constituir el 21% de l'atmosfera.

Sabies que... L'atmosfera de Venus és una mostra del que seria si no s'hi hagués desenvolupat la vida a la Terra? L'atmosfera de Venus està formada en un 98% per diòxid de carboni (CO₂). Això produeix un efecte hivernacle tan intens que la temperatura a la superfície és d'uns 480 ºC.