Tema 2 Métodos de estudio de la estructura interna de la Tierra

Tema 2
Origen y estructura de la
Tierra
Introducción: Problema de partida
“Dificultad enorme para estudiar la
estructura interna de la Tierra”
Esto ha generado un gran desconocimiento
de la estructura y dinámica interna provocando grandes
interrogantes durante muchísimo tiempo
Impulso métodos
geofísicos
1. LOS MÉTODOS
• Directos: con materiales extraídos del interior de la Tierra.
– Mapas Geológicos
– Minas
– Sondeos
• Indirectos: a través de otro tipo de datos obtenidos en superficie
(datos geofísicos).
– Método Sísmico
– Método Gravimétrico
– Método Magnético
– Método Eléctrico
– Meteoritos
* METODOS DIRECTOS
1.1 Los Mapas Geológicos
• Definición: “es un mapa topográfico en el que las estructuras geológicas se
simbolizan mediante signos y los afloramientos rocosos se señalan
mediante colores y signos convencionales que indican edad, tipo o
composición”.
1.2 El estudio geológico de las minas
•Existen dos tipos: explotaciones subterráneas de pozos y
galerías y minas a cielo abierto.
•Su uso es eminentemente industrial no científico.
•Las más profundas se encuentran en Sudáfrica, llegan hasta
casi 4 km (minas de oro).
•En las minas ya se detecta el gradiente geotérmico de
30ºC/km.
1.3 Sondeos geológicos
• Se realizan orificios muy pequeños (hasta 600 mm de
diámetro).
• La finalidad es conocer el subsuelo para la extracción
de materiales o la ubicación de obras civiles.
• Se utiliza una sonda o barrena y se obtienen los
testigos.
• Record: península de Kola, Rusia, 12.5 km.
* MÉTODOS INDIRECTOS
• Método Sísmico
•Importante por la cantidad de información suministrada.
•Importante la cooperación entre países.
•Años 60: inicio de la red internacional de sismógrafos.
•Aparato: sismógrafo que elabora un sismograma.
ONDAS SUPERFICIALES
ONDAS INTERNAS
Ondas P y S
1. La velocidad de las ondas S (3.4-7.3 km/s es menor que la de las ondas P
(5.6-13.6 km/s).
2. Las ondas S no se transmiten por líquidos ya que la rigidez
es = 0.
3. La velocidad de las ondas P es mayor en rígido que en fluído. Por tanto,
cambios en la velocidad de propagación de las ondas suponen cambios en el
estado físico y/o composición de las capas.
4. Las zonas de cambios bruscos delimitarán las discontinuidades.
D. Lehman
D. Mohorovicic
D. Gutenberg
Andrija Mohorovicic
Gutenberg
Método eléctrico
- Consiste en crear un campo eléctrico de modo artificial y ver como se
comportan las rocas (medida de la resistividad).
- Con los datos obtenidos se dibujan gráficas que permiten saber tipos de rocas
y profundidades.
- Pierde precisión al llegar a 1 Km
- Útil en prospección de aguas subterráneas y yacimientos metálicos
El Método sísmico
Uso: explotación y detección de yacimientos minerales
Método: explosiones controladas generan seísmos de escasa energía. Se
estudian las ondas producidas, tanto de refracción como de reflexión. El
aparato empleado es el geófono.
Tomografía sísmica
- Método novedoso: Un conjunto de ordenadores conectados con una red de
sismógrafos digitales generan imágenes en 3D.
- El fundamento es el análisis de pequeñas variaciones de la velocidad de las
ondas sísmicas, con aparatos de gran sensibilidad.
-A mayor velocidad, mayor rigidez (+frías)
Corrientes descendentes
-A menor velocidad, menor rigidez (+calientes)
Corrientes ascendentes
El método gravimétrico
1.
2.
Historia : El método gravimétrico fue aplicado inicialmente en la
prospección petrolífera en los Estados Unidos y en el golfo de México
con el objetivo de localizar domos de sales, que potencialmente
albergan petróleo. Luego se buscaron estructuras anticlinales con este
método. El fin del siglo 19 el húngaro Roland von EÖTVÖS
desarrolló la balanza de torsión llamada según él, que mide las
distorsiones del campo gravitatorio causadas de cuerpos de
densidades anómalas enterrados en el subsuelo como de domos de sal
o cuerpos de cromita por ejemplo. En 1915 y 1916 se emplearon la
balanza de torsión de EÖTVÖS en el levantamiento de la estructura de
un campo petrolífero ubicado en Egbell en la Checoslovaquia antigua.
Anomalías de gravedad Una anomalía de gravedad se define como la
variación de los valores medidos de la gravedad con respecto a la
gravedad normal después de haber aplicado las correcciones
necesarias. La anomalía de aire libre resulta de las correcciones de la
influencia de las mareas, de la derive del instrumento de medición, de
la latitud y de la altura. La anomalía de Bouguer se obtiene aplicando
todas las correcciones mencionadas.
3. El Gravímetro (de HARTLEY) El gravímetro de HARTLEY se
constituye de un peso suspendido de un resorte. Por variaciones en la
aceleración gravitatoria de un lugar al otro el resorte principal se
mueve y puede ser vuelto a su posición de referencia por medio de un
movimiento compensatorio de un resorte auxiliar o de regulación
manejable por un tornillo micrométrico. El giro del tornillo
micrométrico se lee en un dial, que da una medida de la desviación del
valor de la gravedad con respecto a su valor de referencia. Por la
posición del espejo en el extremo de la barra, su desplazamiento es
mayor que el desplazamiento del resorte principal y como el recorrido
del haz luminoso es grande, se puede realizar medidas de precisión
cercanas al miligal.
Polos 9.83 m/s2 // Ecuador 9.78 m/s2
Anomalía +: minerales metálicos
Anomalía -: micerales poco densos, como domos
salinos asoc. A petróleo
Océano: menor que en tierra firme, distinta
densidad con la tierra.
Durante el 2002 la NASA lanzó los satélites gemelos conocidos como GRACE (Gravity
Recovery And Climatic Experiment) cuyo objetivo es cuantificar ínfimas variaciones en
el campo gravitatorio terrestre, lo que permitirá rastrear movimientos demasa que
ocurren en nuestro planeta. La precisión de las mediciones realizadas por GRACE es
100 veces mayor que los proyectos predecesores, pudiendo detectar pequeñas anomalías
de masa en los océanos, los que se relacionan con fuentes de Radiación
ElectroMagnética natural ("Hot Points" potencialmente aprovechables). En ausencia de
anomalías, los océanos tienden a adoptar la forma del "geoide", la superficie idealizada
donde g es normal. Las disorsiones en la superficie del océano pueden ser cuantificadas
con el satélite TOPEX / Poseidón (que posee un altímetro láser), de modo que gracias al
trabajo conjunto con GRACE, se podrá distinguir anomalías de distintos tipos:
- Dilatación de los océanos por efecto de la temperatura
- Transporte de masa por corrientes oceánicas
- Derretimiento de placas de hielo
- Movimiento de acuíferos subterráneos
- Transporte de masa en la atmósfera
- Corrientes de convección en el manto, etc. ...
Además, GRACE puede dar información sobre el ciclo hidrológico
global, lo que es útil en Geología y Climatología (Protocolo de Kyoto).
... El proyecto GRACE se realizará durante el periodo 2002-2007 y
generará mapas gravitatorios completos a razón de uno por mes. La alta
precisión de las mediciones se basa en la cuantificación de la separación
entre ambos satélites (con un margen de error de ± 1 mm), la que depende
de las fluctuaciones de las órbitas influídas por las variaciones de g.
... El trabajo de GRACE será complementado con la "Misión Agua" de la
NASA (que mapeará la humedad del suelo) y con el ICESat, satélite que
cuantificará la superficie congelada de nuestro planeta.
El Método Magnético
Conceptos de: norte y sur geográfico y magnético
de declinación magnética
Medición de la variación del campo magnético terrestre.
-Relacionado con la rotación terrestre.
-Origen: el núcleo terrestre.
-Tiene variaciones diurnas (insolación), variaciones locales (diferencias en la
corteza) y variaciones por tormentas magnéticas.
En la figura se representan los valores de declinación magnética para el año 2000.
Adicionalmente, es posible unir mediante una línea los puntos que poseen la misma inclinación magnética, y a tales líneas se les llama isoclinas.
En particular, la isoclina que posee inclinación I = 0^o recibe el nombre de línea aclínica y equivale al ecuador magnético. La figura indica las
isoclinas para el año 2000. Como ejercicio, identifique el ecuador magnético
Anomalías magnéticas: en rojo por encima de lo normal, en azul por debajo.
Interesante mapa global, el primero de su clase, en donde se puede ver al detalle las anomalias magneticas en la corteza terrestre que,
lejos de ser homogénea, presenta múltiples variaciones y peculiaridades. El mapa oficialmente se denomina Mapa Digital de Anomalias
Magneticas del Mundo (WDMAM, por sus siglas en ingles) y ha sido realizado por la empresa GETECH creada en la Universidad de
Leeds y la International Association of Geomagnetism and Aeronomy (IAGA). Este mapa ayudara a conocer la composición de la corteza
o a encontrar yacimientos de hierro.
Anomalía de Kursk: sobre el mar negro
Variación de la declinación de 180º. INVERSIÓN DE LA POLARIDAD.
Desde el Jurásico 300 veces. En los últimos 4 Ma 12 veces. ¿Origen)
La expansión del fondo oceánico y las inversiones de polaridad: claves para la
tectónica de placas.
Estudio de meteoritos
• Cuerpos sólidos que entran en la órbita
de la Tierra (impactan o se desintegran
en la atmósfera, estrellas fugaces).
• Proceden del cinturón de asteroides
(Marte-Júpiter).
• Informantes de la composición terrestre.
• 86% condritas= silicatos de magnesio
muy parecidos a las peridotitas.
• 5% sideritos/siderolitos: Fe/Ni/silicatos,
muy parecido a la composición del
núcleo.
MODELO GEOQUÍMICO
•Antecedentes: modelo SIAL/SIMA (válido hasta la década de 1970).
•La corteza se dividía en dos capas: superior o SIAL (silicio y aluminio) en los
continentes y SIMA (silicio y magnesio) que formaba los fondos oceánicos y se
extendía debajo del SIAL.
•Hoy día se desestima esta visión y se sabe que la Tierra está formada por
varias capas: corteza, manto y núcleo.
La corteza
•
•
•
35 km de espesor, desde la superficie hasta la discontinuidad de Mohorovicic.
Corteza oceánica:
– Espesor entre 8-10 km.
– Tres capas : 1. Capa de sedimentos, 2. Capa de lavas y diques y 3. Capa de gabros (hasta
5000 de espesor).
Corteza continental:
– Aparece en continentes.
– Muy heterogénea en composición
– Grosor 25-70 km
– Se divide en unidades:
• Escudos o cratones (estables, sin actv. Sísmica al menos desde el Paleozoico) de
rocas ígneas y metamórficas de hasta 600 Ma. y relieves suaves por la erosión. Ej.
Escudo de El Congo, Siberiano, Báltico o canadiense.
• Áreas orogénicas: relieves visibles de los continentes, todo tipo de rocas. Ej.
Pirineos, Himalaya...
• Plataforma continental: sumergida en el océano, hasta los 200 m, sedimentos
variados.
El manto
• Hasta los 2900 km.
• 70% de la masa del planeta.
• Manto Superior: desde la disc. De Moho a
los 400 km.
• Manto de transición: desde 400 a 700 km
• Manto Inferior: desde 700 a 2900 km
• Se cree que los materiales son principalmente
silicatos de hierro y magnesio.
• La roca predominante es la peridotita, rocas
plutónicas ultrabásicas, color verdoso y
mineral dominante el olivino.
Peridotite: Much of the Earth's mantle is made of peridotite like this, though it is less common to find
such rocks at the Earth's surface. This peridotite is made of irregular interlocking crystals of olivine
(bright colours) and magnesium-rich pyroxene (large grey crystals). Field of view 6 mm, polarising filters.
El núcleo
•Es la capa mas interna de la
Tierra
•Núcleo externo: hierro + niquel
en estado líquido, se extiende
desde los 2900-5000 km.
•Núcleo interno: principalmente
hierro, desde los 5000-6370 km.
•Composición: a partir del estudio
de los siderolitos.
MODELO DINÁMICO
LITOSFERA
•Capa rígida, de espesor variable dividida en bloques o PLACAS LITOSFÉRICAS.
•Abarca la corteza + la parte superficial del manto.
•Litosfera continental (150-300 km) de espesor/Litosfera oceánica (50-150 km) de espesor.
•El límite entre Litosfera y Astenosfera es variable y queda señalado como una zona en la
que las ondas P y S reducen mucho su velocidad, delimitando el llamado canal de baja
velocidad o Astenosfera.
ASTENOSFERA
•Hasta los 400 km.
•Irregular.
•Las ondas se propagan a 7.6 km/s cuando deberían
propagarse a una vel. superior a 8 km/s.
•Parece continua bajo la litosfera oceánica.
•Espesor aprox. 100 km.
•Rocas en estado próximo a la fusión.
•Se cuestiona su existencia en la actualidad.
MESOSFERA
•Poco conocida.
•Silicatos y óxidos de Fe y Mg
•En contacto con el núcleo y en estado de semifusión
aparece la denominada capa D’’.
ENDOSFERA
•Núcleo externo:
•Densidad: 10.6 g/cm3
•Desde 2900 a 5150 km
•Origen del campo magnético terrestre
al desplazarse el hierro fundido.
•Origen de las auroras boreales.
•Núcleo interno:
•Densidad: 13 g/cm3
•Desde 5150 a 6370 km (centro
geográfico de la Tierra)
•Es sólido. Motivo: las altas
presiones, que disminuyen el punto
de fusión.
•
La aurora boreal es un fenómeno que se da en latitudes muy septentrionales, como Laponia, donde
ocurre durante más de 200 días al año.
•
En Finlandia se refieren a la aurora boreal como "Revontuli" que viene a significar algo así como
Fuego del Zorro, ya que según las creencias laponas, este maravilloso espectáculo se producía por las
chispas que saltaban al chocar las colas de los zorros con la nieve. Los asiáticos creen que después de
ver la aurora boreal vivirán más felices. Para los "Inuit", los rayos que inundan el cielo serían las almas
juguetonas de los niños que mueren al nacer. Otra de las creencias más extendidas es la de signo de
fertilidad.
•
Para los científicos "el Revontuli" se produce al chocar los protones y electrones cargados, y emitidos
por el sol en forma de viento solar, contra átomos y moléculas de nuestra atmósfera, debido a la
atracción del campo magnético de la Tierra.
•
Esta explosión y liberación de energía da como resultado los rayos de colores que vemos, y que se
producen a una altura de entre 90 km y 150 km de altura.
•
Pueden ser de color verde amarillento, rojo o azul, en función de si son átomos de oxígeno o iones
de hidrógeno.
•
Las auroras boreales se producen tanto en invierno como en verano, siempre que no haya Sol de
Medianoche, ya que entonces la luz continua del día nos impediría verlas. La mejor época es
septiembre - octubre y febrero - marzo y la mejor hora del día entre las 21:00 h y las 23:30 h.
En el Polo Norte se llama aurora boreal y en el Polo Sur se la conoce como aurora austral.
•