Tema 3: Forma, estructura y composición de la Tierra.

Tema 3: Forma, estructura y
composición de la Tierra.
La teoría de la Tierra hueca tuvo partidarios hasta comienzos del siglo XX.
http://www.craae.mackenzie.br/~guigue/papers/exactamente/exacta17/tierrahueca.html En
http://www.geocities.com/Area51/Comet/6574/plana.htm puedes leer a uno que se empeña en demostrar
en estos tiempos en que la Tierra es plana.
RESUMEN.
El primero en calcular el radio terrestre con un resultado aceptable fue
Eratóstenes (sg III a.J.C). Newton demostró que la Tierra estaba abombada, pero no fue
hasta el sg XVI cuando se determinó con exactitud que el radio medio terrestre media
6370 km (21 km menos el radio polar que el ecuatorial).
Los métodos directos de estudio (sondeos y estudio de los materiales emitidos por
los volcanes) nos dan sobre todo información de las características de las capas superiores
de la Tierra, pero realmente la mayor parte de la información proviene de los métodos
indirectos, mediante los cuales se deduce como es el interior del planeta. El estudio de la
propagación de las ondas sísmicas ha sido sin duda el método que más información ha
aportado.
Todo el conjunto de métodos nos ha llevado a la conclusión de que la Tierra está
formada por corteza, manto y núcleo. Es el llamado Modelo Geoquímico.
Aunque este modelo estructural sea importante, ha tenido que ser retocado para
explicar los movimientos corticales observados. Es por ello que, actualmente, la división
en capas correspondería a: litosfera, astenosfera, mesosfera y endosfera. Es el Modelo
Dinámico
1. FORMA Y TAMAÑO DE LA TIERRA.
1-006 Desde hace siglos se conocen pruebas de la esfericidad de la Tierra.. Así, por
ejemplo, la ocultación de la parte inferior de los barcos por el horizonte. En la
actualidad la observación de la Tierra desde el espacio no ha dejado duda alguna.
Desde que la Tierra se consideró un esfera (barcos, sombra en los eclipses de Luna, estrella
polar,...) se intentó medir su circunferencia para saber su superficie y su volumen.
El primero en calcular la longitud de un meridiano con un resultado aceptable fue
Eratóstenes (sg III a.J.C). Posteriormente se llegó a la sospecha de que la Tierra no era
perfectamente esférica sino elipsoidal (achatada por los polos). Newton demostró que la
Tierra estaba abombada, pero no fue hasta el sg XVI cuando se determinó con exactitud
que el radio medio terrestre media 6370 km (21 km menos el radio polar que el
ecuatorial).
1 19 y 20.
1-007 El hecho de que el mismo día a las 12h el Sol estuviese totalmente vertical en Siena (actual Asuan) y
con un cierto ángulo de inclinación en Alejandría, permitió a Eratóstenes mediante cálculo trigonométrico
averiguar con bastante aproximación el radio terrestres.
2. METODOS DIRECTOS.
Son los que mediante toma de muestras o datos de temperatura, presión, etc, nos
permiten saber características de la Tierra.
Los sondeos nos informan de una parte muy superficial de la corteza terrestre, ya que no
superan normalmente los 3 km. Sin embargo hacia 1980, con nuevas técnicas de
sondeo, se alcanzaron los 12 km en la península de Kola. De esta forma se amplió
notablemente la capa superficial a nuestro alcance.
2 febrero 1985, pág 65.
El estudio de los materiales emitidos por los volcanes es otro método directo que, en
definitiva, es como un sondeo a la inversa. El origen de los materiales emitidos a la
superficie se puede situar hasta los 300 km de profundidad, con lo cual dispondríamos
de datos directos de una zona más amplia que con sólo los sondeos. Sin embargo,
cuando los materiales afloran a la superficie no son los mismos que los que se
encontraban a km de profundidad. Una primera causa de su variación es la
contaminación del magma en su ascenso con otros materiales. En segundo lugar las
condiciones de presión y temperatura son totalmente diferentes en profundidad respecto
a la superficie.
3. METODOS INDIRECTOS.
Aunque los métodos directos sean importantes, la mayor parte de lo que conocemos acerca
del interior de nuestro planeta se debe a los métodos indirectos, métodos que nos permiten
deducir características de la Tierra.
La solidez de estos métodos se confirma cuando los nuevos hallazgos encajan con lo
deducido con otros métodos absolutamente diferentes.
3 53.
METODO MAGNETICO.
Cuando al medir con un magnetómetro (aparato para medir el campo magnético) se
encuentra diferencia entre el valor medido y el valor teórico se dice que hay una anomalía
magnética. Estas anomalías se deben a la presencia de minerales magnéticos (magnetita
Fe3O4, ilmenita FeTiO3, etc) o a rocas básicas que contienen dichos minerales (gabros y
basaltos).
El campo magnético terrestre no es constante, ya que se ha logrado demostrar sufre
variaciones lentas y graduales a lo largo de los tiempos geológicos, que se conocen con el
nombre de variaciones seculares. Tales variaciones se traducen en cambios del eje
magnético, con la consiguiente traslación con el tiempo de los polos magnéticos alrededor
de los geográficos.
4-169 Esquema del campo magnético terrestre.
Al conocimiento de tales variaciones ha contribuido el estudio del paleomagnetismo, ya
que hay lavas y rocas sedimentarias (areniscas) que contienen minerales magnéticos que
se orientan en la dirección del campo magnético que existía en el momento que dichas
rocas se formaron.
Así, por ejemplo, las lavas al enfriarse permiten que los minerales magnéticos que
contienen se orienten según el campo magnético existente en ese momento. Una vez
totalmente frías, aunque el campo magnético cambie, los minerales magnéticos
permanecerán orientados según el campo magnético inicial como si quedase fosilizado.
El estudio del paleomagnetismo de las rocas ha llevado a la conclusión de que la
variación secular viene ocurriendo al menos desde hace 2600 millones de años.
3 58 a 61.
METODO SISMICO.
Es, sin duda, el método que más ha aportado al conocimiento de la estructura del interior
del planeta. Se aprovechan los movimientos naturales o los provocados por explosiones
artificiales (estos últimos más bien para investigaciones superficiales).
LAS ONDAS.
Cuando se produce un terremoto en un punto del interior del planeta (hipocentro) la
enorme energía liberada produce violentos desplazamientos de los materiales existentes en
las proximidades y el resto es transportada en forma de ondas sísmicas. Los aparatos que
registran los terremotos se llaman sismógrafos y las gráficas que producen, sismogramas.
3-070 Detalle de sismograma.
Hay dos tipos fundamentales de ondas: internas y externas.
Las ondas internas se denominan así porque viajan por el interior de la Tierra. Pueden ser:
 Longitudinales o P. Son las más rápidas y, consecuentemente, las primeras en llegar.
Desplazan longitudinalmente las partículas según el sentido de propagación y
producen una compresión y distensión alternantes. Atraviesan cualquier medio.
 Transversales o S. Son las segundas en llegar. Desplazan las partículas
perpendicularmente a la dirección de avance. Sólo atraviesan medios sólidos.
De las ondas externas, que viajan por la superficie terrestre, únicamente tenemos las
superficiales o L. Son las más lentas y producen un movimiento circular en las partículas de los materiales que recorren y por ello son las más destructivas.
2-066 Formas de vibrar las partículas de los materiales que atraviesan las ondas P, S y L.
TRANSMISION DE LAS ONDAS.
Si las ondas encontrasen medios homogéneos y de elasticidad uniforme, se moverían en
línea recta y a velocidad constante. Por lo tanto si el planeta fuese sólido y homogéneo se
podría predecir con facilidad en cualquier punto de la Tierra el tiempo que tardaría en
llegar cada onda.
Cuando se comprendió que cualquier alteración del caso anterior podría informar acerca de
la estructura interna de la Tierra se asumió la importancia de este método indirecto.
Se observó que al aumentar la profundidad, la velocidad aumentaba progresivamente y
la trayectoria de las ondas pasaba a ser suavemente curvada, lo cual era indicio de un
aumento de la densidad.
También se constató que en ocasiones se producían caídas importantes de la velocidad y
grandes cambios en la dirección de las ondas, con lo cual se llegó a la conclusión de que
había un cambio muy brusco de las características del interior de la Tierra. A estas zonas
de cambio brusco se las llamó discontinuidades sísmicas.
La existencia y la característica líquida del núcleo se averiguó por la existencia de dos
zonas de sombra de 35º para las ondas P y una de 150º para las ondas S.
4 49 a 53.
4-168 La existencia de un núcleo donde el comportamiento de las ondas P es distinto al manto, produce
zonas de sombra.
LAS DISCONTINUIDADES.
A partir de los cambios de velocidad y de dirección con la profundidad se ha llegado a
tener conocimiento de la existencia de varias capas en el interior de la Tierra.
La estructura de la Tierra del exterior al centro sería:
 Corteza, formada por SIAL en la parte superior, separada del SIMA inferior por la
discontinuidad de Conrad.
 Discontinuidad de Mohorovicic.
 Manto superior, separado por la discontinuidad de Repetti del manto inferior.
 Discontinuidad de Gutemberg.
 Núcleo externo, limitado por la discontinuidad de Wiechert del núcleo interno.
5-053 Variación de la velocidad de las ondas P y S con la profundidad según Gutemberg.
6-141 Esquemas de las distintas capas de la Tierra.
5-057 Esquema de la estructura de la corteza.
Además, la composición mineralógica de cada capa se ha obtenido del comportamiento
de diversas rocas en el laboratorio frente a las ondas sísmicas.
Aunque este modelo estructural sea importante, ha tenido que ser retocado para explicar
los movimientos corticales observados. Es por ello que, actualmente, la división en capas
correspondería a:
 Litosfera. Incluye la corteza y una parte rígida del manto superior.
 Astenosfera. Una capa en semifusión muy importante, correspondiente a casi todo el
resto del manto superior.
 Mesosfera. El manto inferior.
 Endosfera. El núcleo.
3 71 a 73.
4. ESTRUCTURA INTERNA de la tierra.
2 noviembre 1983.
A continuación se resumen las características del interior de la Tierra averiguadas a partir
de métodos directos o indirectos.
LA CORTEZA.
Comprende la capa más externa de la Tierra hasta la discontinuidad de Mohorovicic, con
una profundidad que varía entre un máximo de 60 km en las zonas montañosas de los
continentes y un mínimo de 5 km de algunas zonas del fondo oceánico.
En superficie la corteza se puede diferenciar en continentes y oceános.
Desde el punto de vista geográfico los continentes ocupan el 29% y los oceános el 71%.
Sin embargo desde el punto de vista geológico se considera actualmente que si
consideramos su estructura los continentes se prolongan hasta el final del talud
continental de forma que los continentes supondrían un 40% (29% emergido y 11%
sumergido) y el 60% a los océanos.
En vertical destaca la discontinuidad de Conrad en la corteza continental, que separa a ésta
en corteza superior y corteza inferior.
La corteza superior continental corresponde al antiguamente denominado SIAL porque los
silicatos alumínicos constituyen la composición media de sus rocas. Esta formada a su vez
por una capa de rocas sedimentarias y otra granítica.
La capa sedimentaria es la más superficial y de escaso espesor comparada con la siguiente.
Puede estar replegada y metamorfizada en las cordilleras o prácticamente horizontal en los
escudos o cratones (áreas de inactividad geológica) {15} 9. La densidad media es de 2,5
g/cc.
La capa granítica, situada debajo de la anterior, está formada por materiales graníticos y
metamórficos, con un mayor grosor bajo las cordilleras. La densidad media es de 2,7 a
2,8 g/cc.
La corteza inferior continental coincide con el antiguo SIMA porque su composición
media es de silicatos magnésicos. Su densidad media es de 2,8 a 2,9 g/cc.
La corteza oceánica se caracteriza por la ausencia de capa granítica y se distinguen del
exterior al interior:
- Capa sedimentaria. De espesor variable de 0 a 3 km, mayor en los márgenes
continentales que en los fondos oceánicos.
- Capa de lavas basálticas que alternan con sedimentos. De unos 1,5 km.
- Capa basáltica. Continuación de la corteza inferior continental.
3 75, 90, 92 y 93.
EL MANTO.
Es la capa comprendida entre la discontinuidad de Mohorovicic (30 km) y la
discontinuidad de Gutemberg (2900 km).
Como ya vimos para explicar los movimientos corticales había que hacer una nueva
división de la Tierra:
- La litosfera. La corteza y una parte rígida del manto superior, hasta unos 100 km de
profundidad. La litosfera actúa como un conjunto rígido y discontinuo (fragmentado en
placas litosféricas) que se mueve sobre la astenosfera.
- La astenosfera. En el manto superior desde los 100 a los 700 km, aproximadamente.
Dinámicamente tiene una gran importancia ya que su estado de semifusión permite el
deslizamiento de la litosfera, que en su interior se produzcan las corrientes de
convección y aporta los magmas basálticos que forman la parte inferior de la corteza o
que ascienden para dar lugar a los volcanes.
3 97 a 99.
Parece que la composición del manto superior sería a base de peridotita (con menos del
45% de sílice y el resto de piroxenos y olivino partes iguales).
El manto inferior sería más homogéneo y hay quien opina que podría albergar corrientes
de convección. Además de la peridotita podrían entrar en su composición óxidos y
sulfuros.
2 noviembre 1983, 48 y 49.
Entre el manto y el núcleo se encuentra la capa D, una capa de características especiales
por lo cual es muy estudiada.
EL NúCLEO.
Es la capa comprendida entre la discontinuidad de Gutemberg (2900 km) y el centro de la
Tierra (6370 km) estudios sísmicos han permitido distinguir la discontinuidad de Wiechert
que separa al nucleo externo (líquido) del interno (sólido).
La presencia abundante del hierro en la composición del nucleo se fundamenta en:
- Su elevada densidad (10,7) que sería difícil que se diese sin la presencia de un elemento
pesado. Se ha constatado por los meteoritos y por el estudio de los espectros luminosos de
las estrellas, que el hierro es el elemento pesado más abundante en el universo.
- La existencia e intensidad del campo magnético terrestre.
1 30.
BIBLIOGRAFÍA DEL TEXTO.
1- Geología. J.A. Vera, J.A. Gallegos y A Roca. Ed. Edelvives. 1983.
2- Investigacion y Ciencia. Revista mensual. Ed Labor.
3- Ciencias naturales 3º. V. Dualde, J. Lillo. Ed. Ecir. 1986.
4- Geología. A. Melendez y F. Melendez. Ed. Paraninfo. 1978.
5- Geologia global. M.A. Khan. Ed. Paraninfo. 1980.
6- Geología. J. Agueda Villar y otros. Ed Rueda.
BIBLIOGRAFÍA DE GRÁFICOS E IMÁGENES.
1. Geografía física. Arthur N. Strahler. Ed. Omega. 1984.
2. Ciencias Naturales. V. Dualde y V. Lillo. Editorial Ecir. 1986.
3. Geología. J. Agueda Villar y otros. Ed Rueda.
4. Historia de la Tierra. Stokes. Ed. Aguilar. 1969.
5. Geología. A. Meléndez Hevia y F. Meléndez Hevia. Ed. Paraninfo.
6. Geología 2. J. L. García Casquero. Ed. Everest. 1999.