EDAD Y ESTRUCTURA DE LA TIERRA

EDAD Y ESTRUCTURA DE LA TIERRA
El planeta Tierra es una esfera ligeramente achatada en los
polos con una superficie de unos 510 millones de kilómetros
cuadrados, la longitud de su radio oscila entre 6.357 km. (radio
polar) y 6.378 km. (radio ecuatorial).La Tierra es un planeta
único, capaz de sustentar la vida gracias a sus océanos de
agua, su atmósfera rica en oxígeno, sus condiciones de
temperatura, etc.
Es el cuerpo más grande en el sistema solar con una superficie
sólida y es el único planeta con placas tectónicas activas que
producen el lento pero constante movimiento de placas
grandes y rígidas sobre la superficie del planeta. La superficie sólida atrapa el calor necesario
para forzar que la corteza se mueva.
El origen de la Tierra
Para describir el complejo proceso de formación de la tierra
se suele dividir en varias etapas. Una de ellas, cleve para
comprender las características de nuestro planeta, es la
llamada etapa de la evolución pregeológica. Esta etapa
comprende una larga serie de procesos, desde la
individualización del protoplaneta terrestre, a partir de la
llamada "nebulosa matriz" del sistema solar, hasta la
consolidación de la superficie de nuestro planeta en una
estructura más parecida a la existente hoy en día, esto es,
formada por rocas y agua, con una temperatura media
determinada fundamentalmente por la radiación solar.
Teniendo en cuenta que la edad aproximada de la Tierra como cuerpo celeste es de unos 4.500
millones de años y que las edades de las rocas más antiguas de la corteza terrestre oscilan
alrededor de unos 3.500 millones de años, la duración del período pregeológico de la
evolución de la Tierra se estima en unos 1.000 millones de años.
En sus orígenes, el protoplaneta terrestre debió de ser mucho mayor que la Tierra actual, por
tratarse todavía de un simple fragmento de una nebulosa difusa constituida esencialmente por
gases entre los que predominaban el hidrógeno y el helio. Los demás constituyentes debían de
encontrarse en concentraciones semejantes a la concentración de los elementos en el
Universo.
Por contracción y acreción de materia interestelar el protoplaneta fue aumentando de masa y
creó a su alrededor un potente campo gravitatorio. Simultáneamente, a causa de la
contracción, la temperatura aumentaba hasta alcanzar valores de 2.000 ó 3.000°C. Durante el
período pregeológico de la evolución de la Tierra se debieron producir las principales
reacciones entre los átomos para originar los primeros compuestos químicos. H. C. Urey ha
estudiado los procesos mediante los cuales se formaron tales compuestos, teniendo en cuenta
la hipotética composición del protoplaneta terrestre y los principios de la termodinámica. Sus
conclusiones pueden resumirse así:
1. El hidrógeno, elemento más abundante en el Universo, se combinó con el nitrógeno y con el
carbono dando lugar respectivamente a amoníaco (NH 3 ) y metano (CH 4 ).
2. La primitiva atmósfera del protoplaneta estaría formada por hidrógeno, helio, amoníaco y
metano, al igual que las atmósferas actuales de algunos de los planetas mayores.
3. El oxígeno se combinó activamente con silicio, aluminio, magnesio, hierro, calcio y potasio,
dando lugar a los silicatos a partir de los cuales se formaron las partes sólidas más externas del
planeta.
4. El hierro, elemento bastante abundante en el cosmos, dio lugar, según la temperatura, a
óxidos y sulfuros, por debajo de 25 °C, mientras que por encima de 327 °C se concentraría en
forma de hierro metálico. Como consecuencia de los procesos descritos el protoplaneta
terrestre debió de estar formado por una atmósfera muy distinta de la actual, en la que
predominaban hidrógeno, helio, amoníaco y metano, y una parte sólida constituida por hierro
y silicatos.
LA ESTRUCTURA DE LA TIERRA
La tierra está formada por tres elementos físicos: la litosfera (elemento sólido), la hidrosfera
(elemento líquido) y la atmósfera (elemento gaseoso). La combinación de estos tres elementos
es la que hace posible la vida en nuestro planeta.
. El estudio de los terremotos ha permitido definir el interior de la Tierra y distinguir tres capas
principales, desde la superficie avanzando en profundidad, en función de la velocidad de
propagación de las ondas sísmicas. Dichas capas, apreciables en un corte transversal, son:
corteza, manto y núcleo. También la información que nos proporcionan los meteoritos puede
ser de gran utilidad para conocer la composición de los materiales del interior de la Tierra.
La litosfera
Los métodos de datación sitúan la edad de algunos meteoritos en unos 4500 millones de años
coincidente con la edad de la tierra. Se cree que la composición de muchos meteoritos es
idéntica a la de algunas capas del interior terrestre.
La corteza
Con el nombre de corteza se designa la zona de la Tierra sólida situada en posición más
superficial, en contacto directo con la atmósfera, la hidrosfera y la biosfera. La corteza
terrestre presenta dos variedades: corteza oceánica y corteza continental.
La corteza oceánica
La corteza oceánica tiene un grosor aproximado de 10 km; no obstante, esta cifra decrece
notablemente en determinados puntos del planeta, como en el rift valley, en el área central de
las dorsales oceánicas, donde alcanza un valor prácticamente equivalente a O. En dicha zona,
el magma procedente del manto aflora directamente. En la corteza oceánica se pueden
distinguir diversas capas. Los sedimentos que forman la primera tienen un espesor situado
entre 0 y 4 km; la velocidad media de propagación de las ondas sísmicas alcanza los 2 km/s.
A continuación se localiza una franja de basaltos metamorfizados que presentan entre 1,5 y 2
km de grosor; la velocidad de las ondas es en este punto de 5 km/s. La tercera capa de la
corteza oceánica, formada por gabros metamorfizados, mide aproximadamente 5 km; en ella,
la velocidad media queda comprendida entre 6,7 y 7 km/s. Cabe mencionar una última parte,
donde se registra la máxima velocidad (8 km/s); está constituida por rocas ultra básicas cuyo
espesor ronda el medio kilómetro.
La corteza continental
Con un espesor medio de 35 km, la corteza continental incrementa notablemente este valor
por debajo de grandes formaciones montañosas, pudiendo alcanzar hasta 60-70 km. Aparece
dividida en dos zonas principales: superior e inferior, diferenciadas por la superficie de
discontinuidad de Conrad. En este plano existe un brusco aumento de la velocidad de las
ondas sísmicas, que, no obstante, no se registra er~ todos sus puntos. Consecuentemente,
puede afirmarse que no hay una separación nítida entre ambas capas. La corteza superior
presenta una densidad medía de 2,7 kg/dm3 y, en el continente europeo, su espesor medio se
sitúa en algo más de 810 km. Los materiales que la constituyen son rocas sedimentarias
dispuestas sobre rocas volcánicas e intrusivas graníticas. La corteza inferior contiene rocas
metamorfizadas cuya composición es intermedia (entre granito y. diorita o gabro); su densidad
equivale a 3 kg/dm3.
El manto
En un nivel inmediatamente inferior se sitúa el manto terrestre, que alcanza una profundidad
de 1900 km. La discontinuidad de Mohorovicic, además de marcar la separación entre la
corteza y el manto terrestres, define una alteración en la composición de las rocas; si en la
corteza —especialmente en la franja inferior— eran principalmente basálticas, ahora
encontramos rocas mucho más rígidas y densas, las peridotitas. Hay que hacer notar que la
discontinuidad de Mohorovicic se encuentra a diferente profundidad, dependiendo de que se
sitúe bajo corteza oceánica o continental. El manto se puede subdividir en manto superior e
inferior.
El manto superior se prolonga hasta los 650 o los 700 km de profundidad. En este punto, la
velocidad de las ondas sísmicas se incrementa, al aumentar la densidad. A su vez, en el manto
superior pueden diferenciarse dos regiones; en la superficial, el incremento de velocidad es
constante con relación a la profundidad, mientras que en la inferior la velocidad decrece
súbitamente. Como resultado de la fusión que experimentan las peridotitas en esta última
capa, su rigidez disminuye con relación a la capa superior.
El grosor del manto inferior varía entre 650-700 km —bajo la astenosfera— y 2.900 km —en la
discontinuidad de Gutenberg, que marca la separación entre el manto y el núcleo—. En la
parte interna de esta capa, tanto la densidad —que pasa de .4 kg/dm3 a 6 kg/dm3,
aproximadamente— como la velocidad aumentan de manera constante.
El núcleo
El núcleo de nuestro planeta es una gigantesca esfera metálica
que tiene un radio de 3.485 km, es decir, un tamaño semejante
al planeta Marte. La densidad varía, de cerca de 9 en el borde
exterior a 12 en la parte interna. Está formado principalmente
por hierro y níquel, con agregados de cobre, oxígeno y azufre.
El núcleo externo es líquido, con un radio de 2.300 km. La
diferencia con el núcleo interno se manifiesta por un aumento
brusco en la velocidad de las ondas p a una profundidad entre 5.000 y 5.200 km.
El núcleo interno tiene un radio de 1.220 km. Se cree que es sólido y tiene una temperatura
entre 4.000 y 5.000° C. Es posible que el núcleo interno sea resultado de la cristalización de lo
que fue una masa líquida de mayor magnitud y que continúe este proceso de crecimiento. Su
energía calorífica influye en el manto, en particular en las corrientes de convección.
Actualmente se considera que el núcleo interno posee un movimiento de rotación y es posible
que se encuentre en crecimiento a costa del externo que se reduce.
Muchos científicos creen que hace 4.000 millones de años la Tierra ya tenía un campo
magnético causado por un un núcleo metálico. Su formación marcó la frontera entre el
proceso de consolidación y el enfriamiento de la superficie.
La hidrosfera
La superficie de la Tierra está cubierta principalmente por
agua (70,8%) y la tierra firme (29,2%) está
fundamentalmente contenida (85%) en un hemisferio
centrado en un punto entre París y Bruselas, pues el otro
hemisferio estaría ocupado principalmente por el océano
Pacífico.
La hidrosfera está formada fundamentalmente por agua
líquida, aunque también se incluye al hielo como
componente sólido y a las nubes como emulsiones de
pequeñas gotitas de agua o cristalitos de hielo. El vapor
de agua presente en la atmósfera está en equilibrio con
los depósitos superficiales y atmosféricos de la hidrosfera y su cantidad depende de la
temperatura terrestre. El agua contribuye a regular el clima del planeta por su gran capacidad
de almacenar energía, modela su superficie con los efectos de los agentes geológicos, diluye
los contaminantes y es esencial para los seres vivos. Constituye un recurso imprescindible para
la agricultura, la industria, la generación de energía eléctrica, el transporte, la higiene, etc.
En un futuro no muy lejano el agua se utilizará para la obtención de hidrógeno a gran escala,
gas que a su vez será una de las fuentes energéticas esenciales para el desarrollo y el progreso
del planeta. La energía eléctrica, que sólo podía almacenarse en pequeñas cantidades en pilas
o en condensadores, podrá utilizarse en la obtención de hidrógeno, el cual constituirá un
reservorio energético de capital importancia y un tipo de energía limpia y no contaminante.
El agua cubre casi las tres cuartas partes de la superficie de nuestro planeta. Los principales
depósitos de agua son los océanos con 1.322 millones de km3 (97, 2 % del volumen total); los
glaciares tienen 29,2 millones de km3 (2,2 %); las aguas subterráneas poseen 8,4 millones de
km3 (0,6 %); los ríos y lagos almacenan 0,2 millones de km3 (0,002 %); y la atmósfera contiene
0,01 millones de km3 (0,001 %).
La cantidad de agua dulce que consume una persona anualmente oscila entre 900 metros
cúbicos en una sociedad agrícola y 1500 en una sociedad industrial; por tanto, los 5000
millones de habitantes de la Tierra necesitan aproximadamente 7,5 billones de metros cúbicos
por año.
El hombre utiliza fundamentalmente el agua dulce, que representa sólo una pequeña parte de
la hidrosfera, de la cual consigue captar una ínfima parte para diversos usos. La obtiene sobre
todo de la escorrentía superficial y de los lagos, y en menor medida de los acuíferos
subterráneos; para ello construye embalses, realiza sondeos y captaciones de diversa índole.
Ahora se construyen plantas de desalación de aguas marinas. El agua es un recurso
indispensable para el desarrollo de las civilizaciones.
Desgraciadamente los recursos hídricos no se distribuyen de acuerdo con las demandas de los
mismos, existiendo zonas ricas en agua pero poco pobladas (regiones circumpolares y Siberia)
y a la inversa (París, regiones mediterráneas, centro Europa, EEUU, etc.)
En algunas regiones donde el agua no se repone con suficiente rapidez (es un recurso no
renovable), por necesidades de desarrollo, se está procediendo a su agotamiento; tal es el caso
del centro de Australia, Arabia Saudita, Egipto, Libia y Sahara septentrional
LA ATMÓSFERA
Es la capa protectora que rodea la Tierra, formada por
una mezcla de gases.
Su límite inferior es la superficie del planeta, pero su
límite superior es impreciso, aunque algunos
científicos lo sitúan en 30.000 km.
La mayor parte de la energía radiante que llega a la
Tierra procedente del Sol se convierte en energía
térmica atmosférica antes de ser devuelta al espacio
en forma de radiación infrarroja. Las radiaciones
procedentes del Sol inciden de manera desigual sobre
la atmósfera y sobre el resto del planeta debido a la
inclinación del eje de rotación. La llegada de energía a
la capa más cercana a la superficie, la troposfera, origina los fenómenos meteorológicos y una
compleja circulación del aire.
La circulación atmosférica, en la que destacan especialmente los vientos, distribuye la energía,
en colaboración con la circulación oceánica. Gracias a la atmósfera y a la hidrosfera, la Tierra es
un planeta con una temperatura adecuada para el desarrollo de la vida.
Las diferencias en la insolación, junto con el régimen de precipitaciones, es la causa de la
existencia de distintos climas en la Tierra.
Desde el punto de vista geológico, la atmósfera es un sistema químico altamente agresivo, con
capacidad para hidratar, oxidar, carbonatar, hidrolizar, etc. Por otra parte, da origen a
importantes procesos mecánicos (gelivación, cambios de temperatura, etc.) y está
íntimamente relacionada con la génesis de muchos agentes geológicos o con sus formas de
actuación (viento, oleaje, precipitaciones, torrentes, ríos, glaciares, etc.)
Las actividades humanas están contribuyendo a originar numerosos cambios en la atmósfera
(“efecto invernadero”, “agujero de ozono”, lluvia ácida, etc.)
La atmósfera está compuesta por una mezcla de gases, a la que denominamos aire, y diversas
partículas en suspensión que constituyen el polvo atmosférico (polen, esporas, polvo, hollín,
sales, microorganismos, etc.)
Sus componentes fundamentales son:
Nitrógeno ................. 78,09 % en volumen.
Oxígeno .................... 20,95 % “ “
Argón .........................0,93 % “ “
Dióxido de carbono .....0,03 % “ “
También existen otros gases con concentraciones muy pequeñas (neón, helio, metano, etc.) y
cantidades variables de vapor de agua y ozono.
La proporción de CO2 está cambiando debido a la combustión de carbones e hidrocarburos.
Respecto a esta molécula, preocupan los cambios de temperatura que puede originar su
aumento.
El vapor de agua se presenta en proporciones muy variables. Tanto las cantidades de vapor de
agua como las de CO2, que se presentan en la atmósfera, están en equilibrio con los depósitos
superficiales, y ambas concentraciones contribuyen al "efecto invernadero".
Existen diversos criterios para dividir la atmósfera terrestre en diferentes capas, aunque quizá
la más conocida es aquella que distingu las siguientes:
Troposfera.- En ella se fragua el tiempo y el clima; también es la capa que más relación tiene
con el efecto invernadero. Es la capa más densa, pues debido a su comprensibilidad se
concentra en ella el 80 % de los gases atmosféricos. En los primeros 500 metros (capa sucia) se
condensa el polvo en suspensión procedente de los desiertos, volcanes, la sal marina y las
actividades industriales. El citado polvo servirá de núcleo de condensación para que el vapor
de agua forme emulsiones de pequeñas gotas líquidas o cristales de hielo (nubes). La
temperatura es máxima cerca de la superficie terrestre, descendiendo la misma con la altura
hasta -70 ºC. El vapor de agua se distribuye heterogéneamente. El polvo y el CO2 son más
abundantes que en otras capas. Presenta diferente espesor (18 km., 12 km. ó 7 km.) según las
diversas latitudes de la Tierra.
Estratosfera.- Absorbe energía directamente de la radiación solar incidente, debido a las
reacciones fotoquímicas en las que interviene el ozono, por lo que es más cálida que la parte
superior de la troposfera. Situada entre 18 y 60 km. de altura. El ozono (O3), con una
abundancia de 2 partes por millón en la troposfera (con una altitud de 18 Km, 12 km ó 7 km),
alcanza hasta 12 partes por millón a 30 km (máxima concentración de ozono) en la
estratosfera. Es el único gas que absorbe el ultravioleta próximo. La formación de ozono tiene
relación con las radiaciones ultravioleta y explica la alta temperatura alcanzada a 50 km:
Mesosfera.- En ella disminuye otra vez la temperatura desde +17 ºC hasta -83 ºC. Situada
entre 60 y 80 km. de altura.
Ionosfera o Termosfera.- Con componentes atmosféricos ionizados, capaces de absorber gran
parte de la radiación ultravioleta de la luz solar. Se incrementa notablemente la temperatura,
llegando a superar los 1000 ºC. Situada entre 80 y 400 km. de altura.
Exosfera.- Por encima de 400 ó 500 km, donde se igualan las densidades de la atmósfera con el
espacio interestelar (en este caso con la atmósfera solar que alcanza la Tierra) Un móvil que en
esta zona alcance la velocidad de 11 km/seg puede escapar de la atracción terrestre.