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Tema 1. NUESTRO PLANETA POR DENTRO: LA ESTRUCTURA INTERNA DE LA TIERRA

1. MÉTODOS DE ESTUDIO DEL INTERIOR DE LA TIERRA

2. ESTRUCTURA INTERNA DE LA TIERRA


1. MÉTODOS DE ESTUDIO DEL INTERIOR DE LA TIERRA
La estructura interna de la Tierra se estudia mediante diversos métodos: el análisis de su temperatura interna, los volcanes, el campo magnético, los meteoritos y las ondas sísmicas.
La temperatura interna

La temperatura del interior de la Tierra sólo se ha podido medir directamente en minas y pozos. La máxima profundidad alcanzada por el hombre es un pozo en Rusia que llegó a 12 km, y midió una temperatura de 245 ºC. A partir de ahí todo son suposiciones, y se piensa que durante los primeros 100 km la temperatura aumenta 1 ºC cada 33 m, valor que se denomina gradiente geotérmico, y que a partir de 100 km la temperatura sigue aumentando pero más lentamente, de modo que en el centro de la Tierra se supone que es superior a 6.000 ºC.




Las causas de esta elevada dostemperatura son dos: el calor derivado de los procesos iniciales que originaron la Tierra -y que aún perdura-, y el calor generado actualmente por la desintegración de átomos radiactivos (K40, U238 y 235, Th232) en el núcleo terrestre.






Los volcanes

Un volcán es una fisura de la superficie terrestre por donde salen materiales del interior (líquidos, gaseosos y sólidos). El estudio del interior de la Tierra mediante este método está limitado a los primeros 200 km, que es la máxima profundidad de la que proceden los materiales expulsados.




El campo magnético

La Tierra está dentro de un campo magnético formado por líneas de fuerza (invisibles) que la atraviesan, las cuales salen del polo norte magnético y entran por el polo sur magnético.

Los polos magnéticos no coinciden con los polos geográficos, que son los puntos donde el eje de rotación atraviesa la superficie terrestre. Es más, los polos magnéticos se invierten cada miles de años, y actualmente están invertidos respecto a los polos geográficos.

Se piensa que el campo magnético terrestre aparece, al menos en parte, debido a que el centro de la Tierra es metálico, y el hierro es el único metal lo suficientemente abundante en el universo como para formar una masa tan grande como el núcleo terrestre. Sin embargo, el hierro es demasiado denso para producir un campo magnético como el actual, por lo que debe haber otros elementos menos densos, como el níquel. Todo este material debe estar en continuo movimiento mediante corrientes, que son las que generarían ese campo magnético.


Los meteoritos

Un meteorito es un fragmento rocoso de origen extraterrestre. La mayoría de los que entran en la atmósfera terrestre son pequeños y se desintegran al contacto con ella, pero los mayores pueden impactar contra la superficie terrestre originando cráteres. Cada año impactan contra la Tierra unos 150 meteoritos mayores de 0,5 kg. A veces pueden verse de noche cuando, al rozar la atmósfera, se calientan y encienden antes de desaparecer (estrellas fugaces).

Se piensa que los meteoritos son restos de otros planetas o asteroides que compartieron los mismos procesos que originaron la Tierra, por lo que su estudio puede informarnos sobre nuestro planeta. Algunos están formados por silicatos de baja densidad, al igual que la parte externa (corteza) y media (manto) de nuestro planeta, mientras que otros tienen una elevada densidad a base de hierro y níquel, tal como se piensa que es el núcleo terrestre.


Las ondas sísmicas

Un terremoto, seísmo o sismo es un movimiento vibratorio de la superficie terrestre provocado por la repentina liberación de mucha energía.

El punto subterráneo donde se origina un terremoto es el hipocentro, y a partir de él se generan unas ondas sísmicas que se extienden en todas direcciones a gran velocidad (4-14 km/s). Estas ondas provocan la vibración de los materiales que atraviesan, y cuando llegan a la superficie se transmiten por ella provocando el terremoto que sentimos los humanos.

Hay varios tipos de ondas sísmicas:

- Las ondas Primarias o P son las que se propagan en la misma dirección en la que vibra el material, y pueden transmitirse a través de materiales sólidos y líquidos.

- Las ondas Secundarias o S son las que se propagan en dirección perpendicular a la de la vibración del material, y sólo se transmiten a través de materiales sólidos.

Las ondas P y S no solo avanzan hacia la superficie, sino que se extienden por el interior de la Tierra en todas direcciones. Su velocidad y dirección puede cambiar según la densidad y rigidez del material que atraviesan, de modo que cuanto más denso o rígido es el material, mayor es la velocidad. También pueden cambiar de dirección por reflexión o refracción al pasar de un material a otro. Tras recorrer miles de kilómetros por el interior de la Tierra, las ondas pueden aparecer en la superficie terrestre a miles de kilómetros de distancia. Midiendo el tiempo que tardan en aparecer puede averiguarse la velocidad a la que han viajado, y deducir la densidad y rigidez de los materiales que han atravesado. Este es el principal método para estudiar la estructura interna de la Tierra.



2. ESTRUCTURA INTERNA DE LA TIERRA
La parte sólida de la Tierra (geosfera) no tiene una composición uniforme sino que consta de capas concéntricas, menos densas las superiores y más densas las inferiores. Estas capas son tres: corteza, manto y núcleo. A ellas hay que sumar dos capas exteriores no sólidas, una líquida (hidrosfera) y otra gaseosa (atmósfera).
Corteza
Es la capa más externa y la mejor conocida pues es la que pisamos. Es sólida y está constituida sobre todo por silicatos de baja densidad (2,7-3 g/cm3, con Al, Ca, Na y K sobre todo). Tiene una anchura media de unos 35 km, aunque bajo los continentes alcanza hasta 70 km y bajo los océanos puede tener sólo 6 km. Su límite inferior se llama discontinuidad de Mohorovicic.

La corteza se divide en dos partes:

- Corteza continental: es la que forma los continentes (más una mínima parte bajo el océano). Su grosor varía entre 25 y 70 km, y es más ancha cuanto más alto es el relieve en superficie, por lo que el mayor grosor se alcanza bajo altas cordilleras. Está formada por rocas magmáticas, metamórficas y sedimentarias, aunque las más abundantes son las magmáticas, y sobre todo granito. Su densidad media es de 2,7 g/cm3, menor que en las otras capas inferiores de la Tierra. La edad de sus rocas es muy variable, y comprende desde las más antiguas de la Tierra, con 3.800 ma, hasta rocas sedimentarias recién formadas.

- Corteza oceánica: es la situada bajo los océanos. Está formada principalmente por rocas magmáticas volcánicas, sobre todo basalto, con un espesor reducido de 6-12 km. Su densidad es de 3 g/cm3, mayor que la de la corteza continental. Estas rocas son relativamente jóvenes, las más viejas tienen 180 ma y hay otras que se están formando en la actualidad. Sobre esta capa volcánica existe otra de rocas sedimentarias recientes, más gruesa cerca de los continentes y más fina, incluso inexistente, en el centro de los océanos.


Manto
Entre 12 y 70 km de profundidad, las ondas sísmicas aumentan bruscamente de velocidad debido a que pasan de las rocas menos densas de la corteza (2,7-3 g/cm3) a otras más densas (3,5-7 g/cm3, con silicatos de Fe y Mg) que constituyen una capa nueva, el manto. Esta capa es bastante desconocida pues todavía es inaccesible, y se divide en dos partes:

- Manto superior o externo: formado sobre todo por peridotita, una roca magmática con mucho olivino y piroxeno, y llega hasta unos 670 km de profundidad.

- Manto inferior o interno: también está formado por peridotita pero el olivino es sustituido por otro mineral más denso, la espinela, por lo que esta capa es más densa que la anterior.

La división de la Tierra en corteza y manto se ha basado en la distinta composición química de las capas (modelo estático), pero el interior de la Tierra también puede dividirse en capas según el estado físico (sólido o fluido) de los materiales y, por consiguiente, diferente comportamiento mecánico (modelo dinámico). Según este nuevo criterio, la corteza y una parte del manto superior son sólidas y pueden considerarse como una única capa, la litosfera, que va desde la superficie hasta 75-100 km de profundidad. Por debajo de la litosfera hay una parte del manto superior donde el material está fluido, la astenosfera, cuyo límite inferior es impreciso ya que la mayoría de los autores lo sitúan a 350 km aunque otros llegan hasta 700 km. La existencia de una superficie sólida (litosfera) sobre un material fluido (astenosfera) permite explicar muchos fenómenos que ocurren en la superficie terrestre. El resto del manto superior y todo el manto inferior se denomina mesosfera, y se supone que también está fluido.





Núcleo
Al llegar a 2.900 km de profundidad, las ondas S desaparecen y las P reducen mucho su velocidad, por lo que a esta profundidad empieza otra capa, el núcleo o endosfera, que es una esfera en lo más profundo del planeta.

El núcleo se extiende desde los 2.900 km (discontinuidad de Gutenberg o de Wiechert-Gutenberg) hasta el centro de la Tierra, a unos 6.300 km. Se le calcula unos elevados valores de densidad (11-14 g/cm3), temperatura (más de 6.000 ºC en el centro) y presión (más de 1.000.000 atm). Se cree que está formado por hierro con algo de níquel, y dividido en dos capas:

- Núcleo superior o externo: el descenso de las ondas sísmicas al inicio de esta capa hace sospechar que el material es fluido, y la presencia del campo magnético terrestre sugiere que este material está en continuo movimiento mediante corrientes. El núcleo superior va desde 2.900 km hasta 5.100 km (discontinuidad de Lehmann).

- Núcleo inferior o interno: se supone que es una esfera sólida muy densa y caliente.







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