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La Tierra: Estudio y estructura

 
 

Nuestro planeta, la Tierra

Nuestro planeta, la Tierra, es el tercero de los ocho planetas que giran alrededor del Sol. Se encuentra a una distancia perfecta para que se desarrolle la vida ya que nos brinda la temperatura ideal para tener agua en estado líquido, luz y calor para el desarrollo de la vida. La geología es la ciencia que trata de la estructura exterior e interior del planeta Tierra, de la naturaleza de las materias que lo componen y su formación, y de los cambios o alteraciones que ésta ha experimentado desde su origen.

Debido al vasto campo de acción que debe cubrir, la geología no sólo se apoya en otras ciencias para dar explicación a la multitud de fenómenos que estudia, sino que tiene a su vez que dividirse en numerosas e importantes ramas o disciplinas. Así, se pueden considerar las siguientes grandes ramas:

Geología cosmológica o cosmogonía: Estrechamente relacionada con la astronomía, se centra en el estudio de la Tierra como planeta dentro del Universo.

Geodinámica: Se ocupa del estudio de las fuerzas que provocan cambios en la corteza terrestre.

Petrología: Estudia las rocas que forman la corteza terrestre e investiga su origen composición y relaciones entre unas y otras.

Petrología
Los primeros trabajos geológicos trataban las rocas como medio, los fines eran estratigráficos y de geología histórica. Posteriormente, cuando el estudio de las rocas es considerado un fin en sí mismo, comienza a desarrollarse la petrología.

Mineralogía: Las rocas que forman la corteza terrestre están formadas a su vez por diversos componentes químicos o mi­nerales. La mineralogía estudia el origen, yacimientos, composición y estructura cristalina de los minerales.

Paleontología: Reconstruye la historia de la Tierra mediante el estudio de los restos de los animales y plantas que en otros tiempos la poblaron, restos que se denominan fósiles.

Estratigrafía: Investiga la ordenación sucesiva de las formaciones litológicas o estratos para determinar la historia de la Tierra.

Vulcanología: Estudia los fenómenos volcánicos en su más amplia acepción: naturaleza y origen de las lavas, tipo de volcanes, etc.

Sismología: Se ocupa de los sismos o terremotos con un objetivo principal: predecir su aparición con una antelación cada vez mayor con vistas a minimizar sus efectos destructivos.

sismología
El punto interior de la Tierra donde se produce el sismo se denomina hipocentro, y el punto de la superficie que se halla directamente en la vertical de éste, es el Epicentro. 

La permanente acumulación de conocimientos en todas estas ramas, así como una continua especialización de sus métodos hacen que muchas materias concretas tratadas por estas disciplinas adquieran por sí mismas el rango de ciencia.

Características físicas de la Tierra

Aunque la temperatura de la superficie terrestre es principalmente debida a las radiaciones térmicas que nos llegan desde el Sol, existe una cierta cantidad de calor de origen interno que nuestro planeta desprende y que se denomina flujo térmico. Sin embargo, la emisión de calor terrestre es muy irregular, existiendo zonas donde ésta es muy baja, como las fosas oceánicas, y zonas donde supera ampliamente la media, como las dorsales oceánicas. El origen de este calor es, aún hoy, desconocido. Se supone que en su mayor parte procedería de un fenómeno de conversión de la energía gravitacional en térmica en el proceso de génesis del planeta por acreción, fenómeno que aún continuaría.

El gradiente geotérmico establece una relación entre la temperatura de los materiales terrestres y la presión a la que se encuentran sometidos. Del cociente entre ambas magnitudes se obtiene un valor que, en las capas superficiales de la Tierra, aumenta con la profundidad unos 33 °C por kilómetro. Sin embargo, tal aumento proporcional de la temperatura de los materiales en relación con la profundidad es sólo válido en las capas más superficiales de la Tierra. En efecto, si la temperatura aumentase 33 °C cada kilómetro hasta llegar al núcleo obtendríamos un valor para éste superior a los 200.000 °C, lo que resulta imposible pues equivaldría a un estado gaseoso explosivo. La realidad es que en las capas profundas el comportamiento de los materiales, sometido a elevadas presiones, es diferente.

gradiente geotérmico
Gradiente geotérmico

La Tierra posee un campo magnético muy similar al de un dipolo eléctrico; se representa mediante una serie de líneas de fuerza, de tal forma que la intensidad del campo viene dada por la distancia que separa dos líneas contiguas. En los polos magnéticos, separados algunos grados de los polos geográficos, las líneas son verticales, por lo que el campo magnético es más intenso (unos 0,6 Gauss). El ecuador magnético tampoco coincide con el geográfico, siendo allí la intensidad del campo de, aproximadamente, 0,3 Gauss.

La gravedad representa la fuerza con que la Tierra atrae a cualquier masa situada en su campo gravitatorio, que es la zona del espacio que rodea a nuestro planeta en donde se pone de manifiesto la atracción newtoniana. Puesto que tal fuerza de atracción es provocada por la masa del planeta, la intensidad de dicha fuerza será menor a medida que nos alejemos del mismo. Analizando el valor de la gravedad en di­ferentes puntos de la superficie terrestre y ajustando los valores medidos a nivel del mar y en el ecuador, se obtuvo que la fuerza de la gravedad terrestre tiene un valor medio de casi 980 cm/s.

 El campo magnético terrestre es muy similar al de un dipolo eléctrico
Hasta el siglo XIX no se descubrió que las corrientes eléctricas provocan campos magnéticos, estableciéndose así la conexión entre electricidad y magnetismo. El campo magnético terrestre es muy similar al de un dipolo eléctrico y se representa mediante una serie de líneas de fuerza.

MÉTODOS DE ESTUDIO

Las observaciones directas de la Tierra se limitan a los kilómetros superficiales de la misma (aproximadamente 15 km), mediante la realización de sondeos, pozos, etc. Aunque se han efectuado sondeos directos a mayor profundidad, éstos plantean unas dificul­tades técnicas y un coste económico que ha determinado el uso de métodos indirectos para el estudio del interior terrestre. Entre los principales se encuentran los siguientes:

Métodos sísmicos

Son aquellos basados en el estudio del comportamiento de las ondas sísmicas provocadas bien por terremotos naturales, bien por pequeños sismos artificiales. Para la detección de esas ondas se utilizan instrumentos que reciben el nombre de sismógrafos. Básicamente, existen tres tipos de ondas sísmicas: ondas P, ondas S y ondas L. Las del tipo P, también llamadas primarias o longitudinales, son las más rápidas y las primeras en ser detectadas por los sismógrafos, ya que deforman los materiales por los que pasan en la misma dirección de su movimiento. A continuación, se detectan las ondas de tipo S, secundarias o transversales, que deforman los materiales en sentido transversal al de su marcha. Por último, las ondas L son las más lentas. En realidad, están formadas por la unión de dos subtipos de ondas, las Rayleigh y las Lave, que se desplazan por la superficie y producen en conjunto una deformación compleja.

ondas sísmicas

Métodos magnéticos

Se basan en el estudio del campo magnético terrestre, para lo que se utilizan unos aparatos denominados magnetómetros. Gracias a estos aparatos se pueden elaborar mapas geomagnéticos con los que es posible detectar anomalías magnéticas del campo teórico que pueden ser debidas, por ejemplo, a la existencia de minerales metálicos en capas profundas de la corteza terrestre.

Métodos gravimétricos

Son aquellos que estudian el campo gravitatorio terrestre, para lo que se emplean aparatos denominados gravímetros. Al comparar el valor medio de la gravedad en la superficie terrestre (9,8 m/s') con los datos obtenidos en zonas concretas, se descubrieron anomalías gravitatorias importantes, positivas (de valor superior al teórico) en el caso de los océanos y negativas (de valor inferior) en las cadenas montañosas. Es decir, las montañas eran menos densas de lo que se suponía y los fondos oceánicos más de lo esperado, con lo que parecía demostrada la heterogeneidad interna de nuestro planeta.

Estudio de los meteoritos

El análisis de los componentes de algunos meteoritos puede arrojar mucha luz sobre el origen del Sistema Solar, ya que a diferencia de otros cuerpos planetarios es frecuente que no generen el calor suficiente como para que tales componentes se vean alterados. Los meteoritos caídos en la Tierra se clasifican en tres tipos. La gran mayoría son Iitometoritos, compuestos principalmente por silicatos; les siguen los sideritos, de hierro y níquel, y los menos frecuentes son los siderolitos, una mezcla de los anteriores.

Meteoro de Ekaterinburgo
Meteoro de Ekaterimburgo. La mayoría de los meteoritos se desintegran al incorporarse en la atmósfera de la Tierra; no obstante, se estima que 100 meteoritos de diverso tamaño entran en la superficie terrestre cada año; normalmente sólo 5 o 6 de éstos son recuperados y son descubiertos por científicos.

Métodos de laboratorio

Es posible realizar experimentos a alta presión que simulan en el laboratorio las condiciones reinantes en el manto terrestre, e incluso en el núcleo, utilizando el compresor de yunque de diamante. Básicamente se compone de dos diamantes industriales entre cuyas puntas se sitúa la muestra, que va a ser comprimida mediante el giro de un tornillo que acerca ambas puntas. Mediante este dispositivo se obtienen presiones que pueden llegar al orden de los cuatro millones de atmósferas. La muestra, además, se puede calentar miles de grados centígrados por medio de un rayo láser que atraviesa los diamantes.

Estructura interna de la Tierra. Modelos geoquímico y dinámico

El modelo geoquímico o estático considera la estructura interna de la Tierra dividida en tres capas, de menor a mayor profundidad: corteza, manto y núcleo.

Estructura interna de la tierra

Corteza
 
Analizando la velocidad de las ondas sísmicas por esta capa se ha observado que su comportamiento no es el mismo en zonas continentales y oceánicas, por lo que se consideran dos tipos d corteza: oceánica y continental.

Corteza oceánica

Tiene un espesor medio de entre 6 y 12 km y su estructura vertical es bastante simple, ya que se compone de tres capas. La más superficial está formada por sedimentos y tiene un espesor medio de 1.500 m. Por debajo se encuentra una capa de basaltos submarinos, a la que sigue otra de rocas plutónicas básicas, principalmente gabros y piroxenitas.

Corteza continental

Es más gruesa que la oceánica, con un espesor de entre 20 y 70 km, y también más compleja en su composición. A demás es menos densa, de 2,7 a 3 g/cm. Verticalmente se pueden establecer también tres zonas o niveles. En primer lugar parece una capa de rocas sedimentarias o volcánicas poco o nada metamorfizadas y con intrusiones graníticas. A continuación, existe una capa intermedia de rocas plutónicas y por último se encuentra una zona de composición muy variable, con rocas plutónicas, metamorfizadas y sedimentarias.

Manto

Es la zona intermedia de la Tierra, que se extiende entre las llamadas discontinuidad de Mohorovici y discontinuidad de Guttemberg. La primera se encuentra a una profundidad que oscila entre los 10 km bajo los fondos oceánicos y de 30 a 40 km bajo los continentes; mientras que la segunda se sitúa a 2.900 km de profundidad. El manto es la capa más espesa del planeta, con una masa que supone el 83% del total, y se encuentra dividido en dos regiones: el manto superior y el inferior. El primero se sitúa por encima del límite de los 650 a 670 km de profundidad, mientras que el segundo se extiende por debajo.

Núcleo

Es la capa más interna del planeta, que se extiende desde la ya mencionada discontinuidad de Guttemberg hasta el centro mismo de la Tierra. Se encuentra dividido en dos zonas separadas entre sí por la discontinuidad de Lehman (a unos 5.000 km de profundidad), el núcleo interno y el externo. El núcleo externo está formado por materiales fundidos y es de una densidad menor que el interno, en el que los materiales se encuentran en estado sólido. Es bastante probable que la composición de ambos núcleos sea la misma o muy parecida, esto es, principalmente hierro y, en menor proporción, aleaciones del mismo con otros elementos como el níquel y el azufre. Por ello, la separación entre ambas capas vendría determinada tan sólo por el intervalo de fusión de la materia, siendo la discontinuidad una zona de mezcla entre la materia fundida y las partículas en estado sólido.

Modelos geoquímico y dinámico

El modelo dinámico de la estructura interna terrestre diferencia también tres capas: litosfera, astenosfera y mesosfera.

Litosfera

Está formada por la corteza y una pequeña franja del manto superior de naturaleza rígida que alcanza los 75 km de profundidad por término medio.

Astenosfera

Es una zona del manto superior en la que los materiaI se encuentran parcialmente fundidos. Se sitúa entre los 75 y 250 km de profundidad y fue denominada por Guttemberg como canal de baja velocidad, ya que en ella las ondas sísmicas de tipo P y S sufrían un importante descenso de su velocidad. Es en esta capa donde se producen las corrientes de convección que mueven las placas litosféricas.

Mesosfera

Es la zona situada por debajo de la astenosfera, casi tan plástica como ella y también con corrientes de convección que llegan hasta la litosfera.

modelo dinámico

Si el modelo geoquímico considera la Tierra estructurada internamente en tres unidades, el modelo dinámico considera la existencia de cinco grandes regiones, división que se establece en función del diferente comportamiento dinámico de cada una de ellas. La separación entre éstas se lleva a cabo por zonas de transición graduales.

 
 

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