UNIDAD IIESTRUCTURA INTERNA DE LA TIERRA

Las ideas actuales sobre la composición y distribución de los materiales de la Tierra han sido establecidas de manera indirecta a partir de datos: 1) sismológicos: basados en la distancia recorrida por las ondas sísmicas y el tiempo empleado; 2) térmicos: basados en la distribución del calor y la transferencia del mismo; 3) mineralógicos: basados en los cambios de composición y estructuras de los minerales. Los modelos más conocidos y aceptados son los sismológicos. La Sismología permite deducir la estructura interna de la Tierra, pues la liberación de la energía elástica en el foco de un terremoto produce ondas que se transmiten en todas direcciones y que se registran en los sismógrafos en una red mundial de estaciones. Se calculan las velocidades de las ondas a diferentes profundidades, lo que equivale a una especie de radiografía del interior de la Tierra. En 1.897 el inglés R. D. Oldham identificó tres tipos principales de ondas sísmicas: Ondas primarias o “P”, que son de compresión y expansión, análogas a las del sonido. Se transmiten en sólidos y líquidos (Fig.1). Ondas secundarias o “S”, que son ondas de cizalla que vibran en ángulo recto con la dirección de propagación, semejantes a las de la luz. Se transmiten sólo en sólidos. Ondas superficiales o largas “L”, limitadas a un máximo de 30 Km. de profundidad a partir de la superficieterrestre. Viajan mucho más lentamente que las otras, manteniéndose en la superficie del terreno y provocando los efectos desastrosos bien conocidos.

Los cambios en la velocidad de propagación indican la existencia de discontinuidades (zonas de transición

entre dos capas de diferente naturaleza), de acuerdo a esto se definen las siguientes discontinuidades: Discontinuidad de Conrad: límite entre corteza SiAl y corteza SiMa Discontinuidad de Mohorovicic: situada entre corteza y manto Discontinuidad de Repetty: divide el manto superior del inferior Discontinuidad de Wiechert-Gutemberg: separa manto inferior y núcleo Discontinuidad de Lehmann: separa núcleo superior del inferior.La Tierra es un cuerpo dinámico y desde su inicio se fue diferenciando químicamente y organizando en capas de diversa naturaleza y con distinto comportamiento mecánico, según esto se puede dividir las diferentes capas que la componen desde dos puntos de vista (Fig.2):

Desde el punto de vista químico o estático, la Tierra está constituida por tres capas concéntricasdenominadas: Corteza Manto

NúcleoLas cuales están divididas a su vez en capas de jerarquía menor. La división de las tres primeras está dadapor la composición, características sismológicas que dependen de las propiedades reológicas y de la estructuracristalina de los minerales que integran las rocas. Desde el punto de vista del comportamiento dinámico o reológico, se divide en cuatro zonas: Litósfera Astenósfera Mesosfera Endósfera

Características de las capas en el modelo estático:Es un prototipo de la estructura interna de la Tierra, en la cual estan :la Corteza, el Manto y el Núcleo. Estas capas de la Tierra estan separadas por discontinuidades: Mohorovicic ,de Repetti ,de Gutenberg y de Weichert-Lehman.La estructura interna de la Tierra es el conjunto de todas sus capas; desde el manto hasta el núcleo. El conocimiento que se tiene en la actualidad de la composición y estructura de la corteza proviene de las observaciones indirectas a través de datos obtenidos con métodos geofísicos, de xenolitos (Un xenolito es un fragmento de roca que se envuelve en una roca más grande durante la última fase de desarrollo y endurecimiento de esta última) llevados hasta la superficie por rocas ígneas y por los procesos tectónicos que han exhumado terrenos profundos.

Corteza

Tipos de corteza terrestreLa corteza terrestrees la capa rocosa externa de la Tierra. Es comparativamente fina, con un espesor que varía de 7 km, en el fondo oceánico, hasta 70 km en las zonas montañosas de los continentes. Los elementos más abundantes de esta capa son el silicio, el oxígeno, el aluminio y el magnesio. La corteza de la Tierra ha sido generada por procesos ígneos, y estas cortezas son más ricas en elementos incompatibles que sus mantos subyacentes.Existen dos tipos de corteza terrestre: la corteza oceánica y la corteza continental.

Corteza oceánicaLa corteza oceánica cubre aproximadamente el 75% de la superficie planetaria. Es más delgada que la continental y se reconocen en ella tres niveles. El nivel más inferior, llamado nivel III, linda con el manto en la discontinuidad de Mohorovicic; está formado por gabros, rocas plutónicas básicas. Sobre los gabros se sitúa el nivel II de basaltos, rocas volcánicas de la misma composición que los gabros, básicos como ellos; se distingue una zona inferior de mayor espesor constituida por diques, mientras que la más superficial se basa en basaltos almohadillados, formados por una solidificación rápida de lava en contacto con el agua del océano. Sobre los basaltos se asienta el nivel I, formado por los sedimentos, pelágicos en el medio del océano y terrígenos en las proximidades de los continentes, que se van depositando paulatinamente sobre la corteza magmática una vez

consolidadas. Los minerales más abundantes de esta capa son los piroxenos y los feldespatos y los elementos son el silicio, el oxígeno, el hierro y el magnesio

Corteza continentalLa corteza continental es de naturaleza menos homogénea, ya que está formada por rocas con diversos orígenes. En ella predominan las rocas ígneas intermedias-ácidas (como el granito por ejemplo) acompañadas de grandes masas de rocas metamórficas formadas por metamorfismo regional en los orógenos y extensamente recubiertas, salvo en los escudos, por sedimentarias muy variadas. En general, contiene más silicio y cationes más ligeros y, por tanto, es menos densa que la corteza oceánica. Tiene también un grosor mayor y en la historia geológica se observa un aumento en su proporción respecto del total de corteza terrestre, ya que, por su menor densidad, es difícil que sus materiales sean sumergidos en el manto. Los minerales más abundantes de esta capa son los cuarzos, los feldespatos y las micas, y los elementos químicos más abundantes son el oxígeno (46,6%), el silicio (27,7%), el aluminio (8,1%), el hierro (5,0%), el calcio (3,6%), el sodio (2,8%), el potasio (2,6%) y el magnesio (2,1%)

El manto

El manto terrestre es la capa de la Tierra que se encuentra entre la corteza y el núcleo (supone aproximadamente el 87% del volumen del planeta). El manto terrestre se extiende desde cerca de 33 km de profundidad (o alrededor de 8 km en las zonas oceánicas) hasta los 2.900 km (transición al núcleo).El manto se diferencia principalmente de la corteza por sus características químicas y su comportamiento mecánico, lo que implica la existencia de una clara alteración súbita (una discontinuidad) en las propiedades físicas de los materiales, que es conocida como discontinuidad de Mohorovicic, o simplemente Moho. Esta discontinuidad marca la frontera entre la corteza y el manto.

Características físicasEn los puntos siguientes se hace una caracterización de los principales parámetros físicos del manto.

Estado del materialEl material del que se compone el manto puede presentarse en estado sólido o como una pasta viscosa, como resultado de las elevadas presiones. Sin embargo, al contrario de lo que se pueda imaginar, la tendencia en áreas de alta presión es que las rocas se mantengan sólidas, pues así ocupan menos espacio físico que los líquidos resultantes de la fusión. Además de eso, la constitución de los materiales de cada capa del manto determina el estado físico local. Así, el interior de la Tierra, incluyendo el núcleo interno, tiende a ser sólido porque, a pesar de las altísimas temperaturas, está sujeto a presiones tan elevadas que los átomos, al ser compactados, obligan a que las fuerzas de repulsión entre los átomos sean vencidas por la presión externa. En resultado, a pesar de la temperatura, la sustancia se mantiene sólida.

TemperaturaLas temperaturas del manto varían entre los 100°C (373 K) en la zona de contacto con la corteza, hasta los 3.500 °C (3.873 K) en la zona de contacto con el núcleo, aproximadamente. Este aumento de temperatura refleja a la vez la mayor dificultad de las capas profundas en perder calor por conducción a la superficie y la mayor capacidad endógena de producir calor en profundidad.

ViscosidadLa viscosidad en el manto superior (la astenosfera) varía entre 1021 y 1024 Pa/s,

dependiendo de la profundidad.1 Por lo tanto, el manto superior se desplaza muy lentamente, comportándose simultáneamente como un sólido y como un líquido de alta viscosidad. Ello explica el lentísimo movimiento de las placas tectónicas y los movimientos isostáticos de hundimiento y realzamiento de las placas tectónicas cuando se altera su peso.

La variación de la velocidad de ondas sísmicas permite detectar tres zonas:

_Manto superior. Comienza en la zona del Moho y abarca unos 400 Km. de profundidad. Es una capa formada por peridotitas, rocas que se originan al fundirse el gabro y elbasalto. Su densidad es de 3'3 g/cm3._Zona de transición. Es la zona intermedia entre el manto superior y el inferior. Tiene un espesor de 300 Km. No se conoce a ciencia cierta cómo son los materiales que formanesta zona pero deben ser diferentes a los del manto superior. Lo que sí sabemos hoy en día es que en esta zona existen corrientes de convección._Manto inferior. Es la capa del manto que se localiza entre 700 y 2900 Km de profundidad. Al igual que los materiales de la zona de transición, la composición de estos debe ser compleja. Son materiales muy densos y ricos en óxidos de hierro y magnesio. Las rocas están sometidas a elevadas presiones y su densidad es de 5'5 g/cm3.

CORRIENTES CONVECTIVAS Las corrientes convectivas fluyen desde el límite con el núcleo hasta la parte superior del manto transportando calor desde la base del manto hacia los niveles superiores a una escala de tiempo de 103 a 106 Ma. Las celdas convectivas podrían extenderse a la totalidad del manto (Fig.4a) o podrían tener dos niveles de convección: una capa de convección delgada por encima de los 660 km y otra gruesa por debajo (Fig.4b) o podrían estar restringidas al manto inferior. Otra alternativa es que haya celdas convectivas independientes en el manto inferior y en el superior, el calor de la Tierra haría que estos niveles de convección crezcan y se encojan lentamente sin que se produzcan ninguna mezcla sustancial (Fig.4c).

EL NUCLEO

El núcleo es la parte más profunta de la Tierra, comienza a partir de la discontinuidad de Gutenberg. El núcleo de la Tierra es su esfera central, la más interna de las que constituyen la estructura de la Tierra. Está formado principalmente por hierro (Fe) y níquel (Ni). Tiene un radio de 3.486 km, mayor que el planeta Marte. La presión en su interior es millones de veces la presión en la superficie y la temperatura puede superar los 6.700 °C. Consta de núcleo externo líquido, y núcleo interno sólido.

Núcleo externoSe cree que el núcleo externo es líquido y está compuesto de hierro mezclado con níquel y pocos rastros de elementos más ligeros. La mayoría de los científicos cree que la convección del núcleo externo, combinada con la rotación de dicho núcleo causada por la rotación de la Tierra (efecto de Coriolis), causan el campo magnético terrestre a través de un proceso explicado por la hipótesis de la dínamo.

Núcleo internoEl núcleo interno sólido fue descubierto en 1936 por Inge Lehmann y se cree que está compuesto principalmente por hierro hasta un 70%, de níquel 20% entre otros metales pesados como iridio, plomo y titanio; algunos científicos piensan que podría estar en la forma de un solo cristal de hierro extremadamente duro y pesado que forma una aleación. Especulaciones recientes sugieren que la parte más interna del núcleo está enriquecida por elementos muy pesados, con números atómicos por encima de 55, lo que incluiría oro, mercurio y uranio.El núcleo interno sólido es demasiado caliente como para sostener un campo magnético permanente, pero probablemente actúa como un estabilizador del campo magnético generado por el núcleo externo líquido.Efecto de Coriolis:Este efecto consiste en la existencia de una aceleración relativa del cuerpo en dicho sistema en rotación. Esta aceleración es siempre perpendicular al eje de rotación del sistema y a la velocidad del cuerpo.

Características de las capas en el modelo dinámicoLitosfera y Astenósfera son términos que se refieren a un cambio en la resistencia de dos masas rocosas.• La litosfera, es una capa fría, rígida y resistente, indeformable pero quebradiza, que comprende la corteza y la parte superior del manto superior. Su profundidad es variable (mayor bajo las cordilleras que bajo los océanos),pudiendo alcanzar unos 200 km. de profundidad. Consta de materiales cuyas composiciones químicas son notablemente diferentes, pero que actúan como una unidad (Fig.5).• La astenósfera, es la zona del manto superior que está inmediatamente debajo de la litósfera,aproximadamente entre 100 y 240 km por debajo de la corteza corresponde a la zona de baja velocidad, es más caliente y deformable; las bajas velocidades de las ondas sísmicas indican que tal vez está parcialmente fundida y, por tanto, es móvil con respecto a la litosfera que la cubre, o bien que por estar muy cerca de las temperaturas de fusión son más flexibles las rocas que la constituyen, pudiéndose explicar con ello la formación de lavas, el deslizamiento de las placas litosféricas y la isostasia(La isostasia es la condición de equilibrio que presenta la superficie terrestre debido a la diferencia de densidad de sus partes.).

• A continuación se encuentra la mesosfera, que equivale al resto del manto. En la zona de contacto con el núcleo se encuentra la región denominada zona “D”, en la que se cree que podría haber materiales fundidos.• La capa más interna es la endósfera, que comprende el núcleo interno y el núcleo externo.Los estudios de propagación de las ondas sísmicas han puesto de manifiesto que la parte externa de laendósfera (núcleo externo), está compuesto por materiales fundidos, ya que en esa zona se interrumpe la transmisión de algunas de las ondas sísmicas.

ORIGEN DEL MAGMALas rocas ígneas se forman por el enfriamiento y consolidación del magma. Etimológicamente magma significa: masa densa y pastosa, o sea un material derretido viscoso que está a altas temperaturas, compuesto por silicatos, óxidos, sulfuros, etc., y que casi siempre tiene agua y otros gases en solución sometidos a altaspresiones. Según Grout: es un fluido natural generalmente muy caliente, formado principalmente por una disolución mutua de silicatos, con algunos óxidos, sulfuros y agua, mantenidos en disolución por presión; el agua puede reducir la viscosidad del fluido, pero el calor es el principal factor para su fluidez.

Para clasificar los magmas se emplean diferentes criterios, siendo el más habitual el que los diferencia según su origen en:

Magmas primarios. Son los magmas formados directamente por fusión de las rocas de la corteza o del manto.

Magmas derivados. Son los que resultan de la evolución (cambios) de los magmas primarios.

 

Podemos clasificar los magmas primarios atendiendo a la cantidad de sílice en:

Magma ácido o félsico. Es un magma que presenta un alto contenido en sílice (entre un 60 y 77%). Es rico en iones de sodio y potasio. Es un magma viscoso que suele consolidar en el interior de la corteza formando granito y riolita. Está asociado a las zonas de subducción.

Magma intermedio. Es un magma que posee entre el 50 y 60% de sílice. Es menos viscoso que el magma félsico. Sus lavas originan rocas como la andesita. Si cristaliza en el interior de la litosfera forma diorita.

Magma básico o máfico. Es el magma que posee menor proporción de sílice (menos del 50%). Son ricos en iones de calcio y magnesio. Es un magma fluido que se localiza en las zonas de dorsal y forma rocas como el basalto y el gabro.

 

Los magmas en su ascenso experimentan una evolución y rara vez alcanzan la superficie como magmas primarios. En este caso distinguimos:

Magma toleítico. Se genera en las dorsales oceánicas a poca profundidad (entre 15 y 30 km de profundidad) como consecuencia de la fusión parcial de las peridotitas del manto. El magma llega a las capas superficiales rápidamente, por lo que no hay tiempo para su evolución o diferenciación. Forma basaltos toleíticos y gabros. El porcentaje en sílice (SiO2) en este tipo de magma es del 50%.

Magma Alcalino. Es un magma rico en metales alcalinos, especialmente sodio y potasio que se genera a partir de la fusión parcial de peridotitas en zonas profundas. Suele aparecer en ambientes de rift continental y puntos calientes a una profundidad de entre 30 y 70 Km. El ascenso de los magmas desde la profundidad en la que se generan proporciona el tiempo necesario para que se produzca su diferenciación. Origina basaltos alcalinos, traquitas, riolitas entre otras rocas. Su porcentaje en sílice es menor del 45%.

Magma Calcoalcalino. Se forma por fusión a gran profundidad (100 a 150 km) de la corteza oceánica subducida. Son magmas que no ascienden a la superficie por regla general debido a la profundidad en la que se forman, existiendo bastante tiempo para su diferenciación. Este magma origina andesitas, riolitas, dioritas y granitos. Su composición en sílice es del 60%.

Característica del magma Temperatura: Las temperaturas medidas en las lavas fluidas de composición basáltica, basanitas oscilan entre los 900 ºC y 1.100 ºC. Temperaturas extremas se registraron en lavas cargadas de gases de las cúpulas ardientes de Hawai (1.150 ºC a 1.350 ºC). Sin duda que las temperaturas en los magmas del interior de la corteza que están en estado líquido son mayores que las lavas fluidas en la superficie.Según Larsen, las ºT magmáticas intracorticales más probables de acuerdo a datos experimentales ypetrográficos sería de 700 a 1.100 ºC. Las ºT más bajas corresponderían a magmas graníticos (600-700 ºC), saturados en agua y las más altas (900-1.100 ºC) corresponderían a los magmas andesítico piroxénicos y basálticos. Viscosidad: La viscosidad de la mezcla fundida disminuye rápidamente con el aumento de la temperatura; depende también del contenido de sílice en la mezcla, siendo la viscosidad mayor en magmas ricos en sílice y menor en los pobres en sílice. También esta propiedad es afectada por el contenido de volátiles. Presión: Un magma es sometido a los siguientes tipos de presión:- El peso de las capas sobreyacentes, ésta se estima en 400 atmósferas por cada 1.609 m bajo la superficie (para 500 m – P: 12.617 atm.).- Presión de vapor de los gases disueltos.- Grado de fluidez del magma.