TEMA2: ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN DE LA TIERRA INTRODUCCIÓN: Hipergalaxias 3000 Grupo Local (30 galaxias) Galaxias (1011 estrellas) 70 millones Vía Láctea - Andrómeda Espiral 120.000 mill estrellas Diámetro 100.000 años luz Sistemas Solares Diámetro 160.000 millones km Estrellas Sol Planetas Asteroides, cometas, meteoritos ... Sistema Solar: Sol: Radio 109 radios terrestres. Tamaño 1.279.000 veces la Tierra. Densidad 1,4 gr/cc (en el núcleo 100 gr/cc) Gravedad 273 cm/s2. Rotación cada 25 días. Tª sup de 6000 ºC Composición 70 % hidrógeno y 27 % helio. Ecuación solar: 4H1

1 He42 + 2 e0-1 + 24,5 MeV Planetas: 4 interiores: Pesados (densidad mayor 4 gr/cc) con Fe, S, Si, Mg ... 5 exteriores: Gaseosos, líquidos con H, He, Hielo .... Asteroides: 30.000 cuerpos celestres coplanarios entre Marte y Júpiter. El mayor Ceres de 700 km de diámetro. Ley de Bode Tithyus: 0, 3, 6, 12, 24, 48 ....... + 4 y : 10 0,4, 0,7, 1, 1,6, 2,8, 5,2 M V T M J ……. 2,8 son los asteroides Satelites: Cuerpos astrales que giran alrededor de los planetas. Júpiter: Ganímedes, Io, Calisto, Europa (mayores de 3.000 km) Visible Galileo. Saturno: Titán, Japeto, Rea .... total 10. Meteoritos: Fragmentos rocosos que pueden atravesar la atmósfera terrestre. Cometas: Cuerpos que describen órbitas excéntricas compuestos por hielo, NH3, CO2 ... (Hay unos 1000). Halley.

Planeta Dist sol millkm Diámetro km Masa/tierra Densidad Mercurio 58 4.840 0,06 5,5 Venus 108 12.000 0,81 5,25 Tierra 149 12.700 1 5,52 Marte 225 6.800 0,12 4 Júpiter 775 140.000 317 1,34 Saturno 1.420 117.000 95,2 0,68 Urano 2.880 50.000 14,6 1,6

Neptuno 4.500 44.700 17,3 2,3 Plutón 5.900 4.800

Planeta Rotación Gases atmosféricos Satélites Translación Tª superf ºC Mercurio 59 días Poco CO2 0 88 días 350 a – 150 Venus 243 días CO2, H2O, ClH, FH 0 225 días 425 a 75 Tierra 1 día N2, O2, H2O, CO2 1 1 año 70 a –50 Marte 24 horas CO2, H2O, CH4, NH3 2 1,9 años 22 a –70 Júpiter 9 horas H2, He, NH3, CH4 12 11,9 años -130 Saturno 10 horas Como Júpiter 10 29,7 años -180 Urano 10 horas Como Júpiter 5 83,7 años -190

Neptuno 15 horas Como Júpiter 2 166 años -220 Plutón 6 horas Gases solidificados . 0 247,7 años 0 absoluto

grM

ccrV

ccgrV

M

T

T

T

27

3

10·6

10.1,13

4

/517,5

=

==

==

π

ρ

MÉTODOS DE ESTUDIO DEL INTERIOR TERRESTRE DIRECTOS: Lo constituyen los sondeos (mayor 12.000 metros Kola rusos) y los pozos-yacimientos ... INDIRECTOS: DENSIDAD TERRESTRE: Se basa en la ley de gravitación universal

Si la densidad en superficie es de 2,8 g/cc y la media es de 5,1 g/cc, se infiere que en el centro de la tierra tiene que ser próxima a 10 para que se llegue a esa media El hierro y el níquel presentan densidades próximas a esos valores. GRADIENTE DE PRESIÓN A 3 km de profundidad la presión es de 8.000 atm y en el núcleo cerca de 3,5 mill de atmósferas. Los átomos que mejor soportan esas presiones son los de menor volumen atómico: el hierro y el níquel presentan pequeño volumen atómico. FLUJO TÉRMICO Es el calor que desprende la Tierra procedente de su interior por:

Etapas iniciales de formación del planeta Desintegración de isótopos radioactivos: U238, Th232, U235, K40 ...

conductividad K gradiente geotérmico El gradiente geotérmico es el incremento de la temperatura con la profundidad y varía (en Europa es 1 ºC cada 33 metros, en Sudamérica es cada 40 m y en Äfrica es cada 100 metros). El Q medio es de 1,5 HFU (en escudos es de 0,98 y en dorsales de 1,9 HFU). Transporte de calor: Conducción: se transmite por excitación y vibración de los átomos sin transporte de masa: litosfera, núcleo externo. Convección: se da en fluidos que se mueven por gravedad debido a las diferencias de densidad producidas por la diferencia de temperatura: astenosfera, NE Radiación: se da en gases y en el vacío. El sol.

2

··

d

mMGF =

grG

rgM

r

MGg

mr

MGgm

gmF

T

T

T

272

2

2

10·6·

·

·

==

=

=

=

dZ

dTKQ =

.)..(/10·5,1 26 UFHscmcalQ −=

MAGNETISMO TERRESTRE:

La Tierra se comporta como un gran imán. Los minerales ferromagnéticos se orientan en función del campo magnético existente en ese momento. La declinación es de aproximadamente 10º para Benavente. Origen: la existencia de un núcleo externo líquido donde hay movimiento de electrones que transforman su energía mecánica en magnética. Este movimiento nos hace pensar que hay alguna capa en estado líquido y que el movimiento de rotación genera el campo magnético: el núcleo externo.

METEORITOS: Fragmentos de pequeño tamaño que impactan en la superficie terrestre. El mayor (25 m) Arizona: 1.200 metros cráter y 180 m profundidad. Tipos: Aerolito: corteza, silicato >> Fe ρ = 3,5 g/cc Siderolito: mato, silicato < Fe ρ = 5 g/cc Siderito: núcleo Fe >> Ni > S, Co, Cu, Al ... GRAVEDAD

Constante de Cavendish 1.731 - 1.810

En la superficie terrestre la aceleración es g La gravedad sería la misma en toda la superficie terrestre si se dieran las tres:

- La Tierra fuera esférica. - No tuviera movimiento de rotación. - Densidad uniforme.

Como esto no es así, la gravedad varía y lo hace de la siguiente forma:

2

··

d

mMGF = 2

11

·10·67,6

skg

mG −=

)/(981/81,9

·

·

22

21

221

2

2

scmgalsmg

r

mGg

r

mmGgm

gmF

==

=

=

=

1º.- Achatamiento polar (40 %): La Tierra no es una circunferencia, sino una elipse: radio ecuatorial 6.378 km y el polar de 6.357 km. En el ecuador la gravedad es 1/547 veces menor que en los polos (un objeto que en el polo pese 547 Kp en el ecuador pesa 546 Kp). Elipse: genera un elipsoide de rotación

Achatamiento polar

2 2º.- Movimiento de rotación (60%): La aceleración centrífuga es mayor en el ecuador que en los polos. La gravedad en el ecuador es 1/286 veces menor que en el polo.

189

1

547

1

289

1 =+ Un objeto que en el polo pesa 189 Kp en el ecuador pesa 188 Kp.

La fórmula para calcular la gravedad teórica en un punto de la Tierra es:

La gravedad 0º latitud es 974,04 gal 45º 980,62 90º 983,21

Una vez calculado el valor teórico de la gravedad gλ teniendo presente la rotación y el achatamiento anteriormente señalados, el valor de la gravedad observada go puede no coincidir con el teórico gλ.

Esto se debe a variaciones de densidad en algunos lugares con la profundidad. Se usan gravímetros con variaciones de 10-5 gales. Hay que hacer tres correcciones: a.- Corrección al aire libre: Se debe a que un punto puede estar a una altitud

distinta de 0 m pero en el aire. La gravedad disminuye 0,3083 miligales/metro altitud. A esto se llama anomalia aire libre b.- Corrección Bouguer: El punto está por encima del nivel del mar y

presenta sustrato entre él y el nivel cero (montaña). c.- Corrección topográfica de la gravedad: Se debe a las desviaciones que el

relieve realiza en el valor de g en una zona afectada por la presencia o ausencia de grandes masas de materia.

2,298

1=−

E

PE

R

RR

gradoslatitud

miligalecuadorgravedadg

miligalessensengg

E

E

−===

=−=++=

−

−

θβα

θβθαλ

6

3

22

10·9,5

10·3024,5

85,031.978

)21(

[ ]

atopográficcorreccióng

etromiligalesmhGg

BouguerAnomalíag

gghggg

T

B

B

TBOB

−===

−=∆−+−−=∆

δρπδ

δδλ

1,02

3089,0

La anomalía de Bouguer Bg∆ puede ser:

POSITIVA (observado > teórico): material más denso. Se da en zonas oceánicas. NEGATIVA (observado < teórico): material menos denso. Se da en zonas continentales.

Forma de la Tierra:

ELIPSOIDE: Superficie engendrada por una elipse al girar sobre uno de sus ejes GEOIDE: Superficie equipotencial para la gravedad La plomada es perpendicular al geoide. Coincide con el nivel del mar, bajo el elipsoide, en zonas oceánicas y sobre el elipsoide en zonas continentales. Tiene forma de pera. La altitud de un punto se da sobre él. TIERRA REAL: Forma real topográfica del relieve.

ISOSTASIA Isos: igual, stasis: equilibrio.

Uso de la plomada: apunta al centro de masa de la Tierra. Si hay una pirámide próxima se desviará hacia ella, dependiendo del tamaño y la densidad de la misma (corrección topográfica).

“Misterio de la India”: Sir Everest s. XIX 1840 en el Himalaya calculó la desviación teórica prevista en función del volumen de la misma. La desviación que posteriormente observó era mucho menor que la inicialmente calculada (por el volumen y densidad de la montaña del Himalaya). Explicación: Bajo la montaña los materiales son menos densos de lo previsto.

Dos modelos isostáticos trataron de reflejar esa explicación:

Modelo isostático de Pratt: Los bloques presentan distinta densidad (mayor en los océanos, menor en los continentes) alcanzando el nivel de compensación a los 100 km de profundidad. Modelo isostático de Airy: Todos los bloques presentan igual densidad y volúmenes diferentes (menor en los océanos y mayor en los continentes) alcanzando el nivel de compensación a los 60 km.

El modelo verdadero se determinó por estudios sísmicos: Mohorovicic. Ejemplos de fenómenos isostáticos lo constituye Escandinavia que en la época glaciar se encontraba hundida y la postglaciar se ha ido levantando 1 m cada 100 años (100 metros en estos últimos 10.000 años)

Los movimientos pueden ser: Orogénicos: son movimientos horizontales que generan montañas. Epirogénicos: son movimientos verticales, con levantamiento hundimient

densidad

rigidez

bilidadincompresiK

KVP

===

+=

ρµ

ρµ3

4

ρµ=SV

SISMICIDAD La sismología estudia las ondas elásticas producidas por un terremoto y que se propagan en todas direcciones. Tipos de ondas:

ONDAS P:

Primarias o P. Mayor velocidad: 12 km/s. Comprimen y dilatan la materia: compresión. Transmiten en sólidos, líquidos (gas) Son semejantes a las del sonido. Las partículas vibran en igual sentido que la perturbación. ONDAS S:

Secundarias o S. Velocidad de 7 km/s. Son transversales. Vibran en sentido perpendicular a la perturbación . Sólo se transmiten en medios sólidos. En líquidos desaparecen µ = 0.

ONDAS L: Superficiales Se propagan en los primeros 30 km Velocidad de 3 km/s. Gran amplitud: catástrofes de los terremotos. Dos tipos: Love: Movimiento de la partícula horizontal de izq a derch (horz) El movimiento es perpendicular a la perturbación producid Movimiento de un lado a otro (romen cimientos) Rayleigh: Semejantes a las ondas acuáticas de un estanque. Las partículas describen elipses en un plano vertical. La velocidad de las ondas love es mayor que las rayleigh

Leyes de propagación de las ondas sísmicas

Reflexión:

El ángulo de incidencia y el de reflexión valen lo mismo Refracción:

Sigue las leyes de Snell: 2

1

V

V

acciónangulorefrSeno

denciaanguloinciSeno =−−

Cuando V1 < V2 el ángulo incidencia es < ángulo refracción. Cuando V1 > V2 el ángulo incidencia es > ángulo refracción. Al ángulo de incidencia que le corresponde uno de refracción de 90º se le denomina ángulo límite. Tres posibles casos: Incidencia < Ángulo límite : la onda se refracta. Incidencia = Ángulo límite : el de refracción vale 90º. Incidencia > Ángulo límite : la onda se refleja. Mohorovicic: En 1900 el geofísico Andres Mohorovicic que había instalado en Yugoslavia 89 estaciones sismológicas observa que después de un terremoto en el observatorio Sismológico de Zagreb algunas irregularidades. El terremoto ocurrido el 8 de octubre de 1909 presentaba dos frentes de onda: 1º frente de onda P1 y S1 2º frente de onda P2 y S2 ¿Por qué dos frentes de un mismo terremoto? Comprobó que los aparatos funcionaban bien y que el hipocentro había ocurrido a 40 km de profundidad. La explicación que propuso fue la siguiente: Los dos frentes de onda han seguido caminos diferentes: el primer frente por el camino más corto y el segundo habría sufrido desviaciones al cambiar de medio, llegando más tarde y recorriendo un mayor camino.

Primer frente onda camino más corto Observatorio 2ª frente Hipocentro CORTEZA V1 MANTO V2

TERREMOTO POLO NORTE: - 0º a 2º: unos 200 km de radio se reciben ondas P1 (5,6 km/s) y S1(3,4). - 2º - 5º: de 200 a 800 km radio: reciben P1 y S1 y P2(8 km/s) y S2(4,5). - 5º - 105º: de 800 a 11.500 km: sólo P2 y S2 (las P1 y S1 se debilitan) Hasta aquí todo punto recibe ondas P y S. - 105º - 145º: de 11.500 a 14.000 km: zona de sombra. No se reciben ondas P, ni S, sólo “P debilitadas”. - 145º - 180º: 14.000 – 20.000 km: sólo se reciben ondas P nítidas y débiles. Estas tardan unos 22 minutos en atravesar el planteta.

Resultados: a.- Existencia de una capa interna líquida o fluida al no recibir ondas S más allá de los 105º b.- Capa interna sólida al recibir ondas P debilitadas en la zona sombra. c.- Entre 200 y 800 km se reciben dos frentes de onda ya que viajan por dos medios distintos: corteza y superficie del manto. d.- Se puede calcular el espesor de capas. Así calculó el espesor de la corteza, siendo de 60 km en zonas continentales y sólo 15 en oceánicas (lo cual apoya el modelo isostático de Airy).

Medida de un terremoto: Usan sismogramas y hay dos escalas: Ritcher: mide la magnitud o energía liberada y está comprendido entre los valores de 0 y 10 (incluso negativos) Un aumento de una unidad de magnitud incrementa la

energía en 32 veces y de 2 en 1000 respecto a la inicial. Magnitud 5 = 1012 julios (1 bomba atómica)

Magnitud 6 = 32 veces la magnitud 5.

El de mayor magnitud registrado: 8,9 - 9 (Tsunami de Indonesia); otros: 8,3 San Francisco, 8,5 en Chile ... Mercalli: mide la intensidad del seismo. Es subjetiva y nos da idea de los destrozos ocasionados. Se utilizan números romanos: I, II .... XII.

.101

)(5,18,11lg

7ergiosJ

magnitudM

ergiosME

==

+=

ESTRUCTURA DE LA TIERRA

RESUMEN IMÁGENES INTERIOR TIERRA