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Tema 1 Estructura interna de
la Tierra
Problema de partida
“El estudio del interior de la tierra es una tarea difícil,”
Ha generado un gran desconocimiento de la estructura y dinámica
interna, provocando grandes interrogantes durante
muchísimo tiempo
Impulso métodos geofísico
s
MÉTODOS1.Directos: con materiales extraídos del interior de la Tierra.
– Minas– Sondeos– Volcanes– Orógenos
2.Indirectos: a través de otro tipo de datos obtenidos en superficie (datos geofísicos). – Método Gravimétrico– Estudio de la temperatura interna de la Tierra– Método Magnético– Método Eléctrico– Meteoritos– Método Sísmico
1 METODOS DIRECTOS1.1 Los Mapas Geológicos
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.
2. MÉTODOS INDIRECTOS– Método Gravimétrico– Estudio de la temperatura interna de la
Tierra– Método Magnético– Método Eléctrico– Meteoritos– Método Sísmico
El método gravimétrico1. 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 XIX 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.
2. 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.
Polos 9.83 m/s2 Ecuador 9.78 m/s2
Anomalía +: minerales metálicosAnomalía -: minerales poco densos, como domos salinos.Océano: menor que en tierra firme, distinta densidad con la tierra.
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.
La temperatura de la Tierra aumenta con laprofundidad, 3ºC/100metros, solo en los primeros 30-50Km.
Estudio de la temperatura interna de la Tierra.
Se denomina Gradiente geotérmico a la variación de temperatura, que aumenta con la profundidad en la corteza terrestre. El valor promedio de este gradiente es de 3 ºC/100m de profundidad, considerando que se avanza desde la superficie hacia el centro de la esfera terrestre.
El Método Magnético
La Tierra se comporta como un gran imán.Crea un campo magnético a su alrededor.Sus polos no coinciden con los geográficos, se mueven irregularmente y cambia su polaridad.La declinación magnética: ángulo entre el meridiano magnético y terrestre.
Anomalías del campo magnético terrestre.- Relacionado con la rotación terrestre.- Origen: el núcleo terrestre:
- Externo: fluido y metálico.- Interno: sólido y metálico.
- La corteza terrestre compuesta por diferentes materiales.
MAPA DE DECLINACIONES MAGNÉTICAS.Las zonas donde las isógonas están más cercanas entre sí nos informan sobre la existencia, en profundidad, de yacimientos metálicos ricos en hierro.
Mapa de líneas isógonas (puntos de igual declinación magnética )La figura representa los valores de declinación magnética para el año 2000.
Anomalías magnéticas: en rojo por encima de lo normal, en azul por debajo.Mapa Digital de Anomalías Magnéticas del Mundo, en la corteza terrestre que,
lejos de ser homogénea, presenta múltiples variaciones y peculiaridades. 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. ¿Origen?Desde el Jurásico 300 veces. En los últimos 4 Ma 12 veces. La expansión del fondo oceánico y las inversiones de polaridad: claves para la tectónica de placas.
MÉTODO ELÉCTRICO• Las rocas poseen baja conductividad. Se estudia
la resistividad que presentan al paso de la corriente.
• Se crea un campo eléctrico con una fuerte diferencia de potencial.
• Consta de :– 2 electrodos unidos a una pila y se crea un
campo eléctrico.– 2 electrodos unidos a un voltímetro que mide
la diferencia de potencial entre los 2 electrodos de corriente.
• Al desplazar los electrodos aumentan en profundidad, preciso hasta 1000 metros.
MÉTODO ELÉCTRICO
Método eléctrico- Con los datos obtenidos se dibujan gráficas que permiten
saber tipos de rocas y profundidades.- Útil en prospección de aguas subterráneas y yacimientos
metálicos.
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: origen planetoide que no formaron planeta terrestre por interferencias gravitatorias entre Marte-Júpiter.
• 9% acondritas= silicatos de hierro, calcio y magnesio muy parecidos al basalto.
• 86% condritas= silicatos de magnesio muy parecidos a las peridotitas.
• 4% sideritos: Fe y Ni, muy parecido a la composición del núcleo
• 1% siderolitos: Fe y silicatos parecido a la composición del núcleo.
Método Sísmico-Importante por la cantidad de información suministrada.-Importante la cooperación entre países.-Años 60: inicio de la red internacional de sismógrafos.-Estudio de ondas sísmicas que se originan al producirse un terremoto.
ONDAS SUPERFICIALES
Las ondas sísmicas La velocidad de propagación de las ondas depende de : la densidad,
rigidez y compresión de los materiales que atraviesa la onda.
Tipos de ondas:1. Ondas P: Son las más rápidas, con una velocidad de 6-13 km/s, son
ondas longitudinales, dependen de la compresión(tensión), rigidez y densidad de la materia que atraviesa. Su velocidad es mayor en rígido que en fluido. Por tanto, cambios en la velocidad de propagación de las ondas suponen cambios en el estado físico y/o composición de las capas.
2. Ondas S:con una velocidad de 3-8 km/s es menor que la de las ondas P. No se transmiten por líquidos ya que la rigidez es 0. Son ondas transversales.
Las zonas de cambios bruscos delimitarán las discontinuidades.
ONDAS INTERNAS
sismograma
sismógrafo
Discontinuidades sísmicas.
• Discontinuidades de primer orden: Cambios bruscos en la velocidad y cambios de material.
D. Mohorovicic (Corteza-Manto) C.C 35-70 Km.
C.O 8-10 Km.D.Gutenberg (Manto- Núcleo) 2900Km.
• Discontinuidades de segundo orden: Cambios poco en la velocidad y cambios del estado físico del material. D. Conrad (Zona transición de Corteza) 37 Km.
D. Repetti (Zona transición de Manto) 700-800 Km.D. Lehmann-Wiechert (Zona transición de Núcleo) 4900-
5150Km. La estructura interna de la Tierra según un modelo básico se divide
en 3 capas concéntricas.
D. Mohorovicic
D. Gutenberg
D. LehmannWiechert
Andrija Mohorovicic
Gutenberg
El Método sísmicoUso: explotación y detección de yacimientos mineralesMétodo: explosiones controladas generan seísmos de escasa energía. Se estudian las ondas producidas, tanto de refracción como de reflexión. El aparato empleado es el geófono.
3. Las nuevas tecnologías aplicadas a la investigación
geológica.1. El sistema de posicionamiento global (GPS)
Se creó como sistema de posicionamiento militar. Fines no militares existe un error de 30 metros.
2. Teledetección y sistemas de información geográfica (SIG)
2.1.Teledetección: Obtención de imágenes fotográficas del planeta por sensores (aviones o satélites).
Satélites artificiales: Obtención de imágenes en 3D.
2.2. Sistemas de información geográfica: Recogen gran cantidad de datos de diferente naturaleza y los organizan según criterios geográficos. Utilizando objetos gráficos de un mapa digital.
Las nuevas tecnologías aplicadas a la investigación geológica.
3.Tomografía sísmicaEstudio de la velocidad de las ondas sísmicas dentro de la misma capa.- 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
Tomografía sísmicaFuentes del calor interno de la Tierra- Calor remanente: el calor residual del proceso de formación de la Tierra.- Frenado de mareas: la atracción de la Luna sobre la Tierra hace que el
Núcleo interno, al estar rodeado por el Núcleo externo líquido, tenga un movimiento ligeramente distinto al de rotación del conjunto del planeta. Esto genera un rozamiento en el Núcleo externo que origina calor .
- Anomalías geotérmicas: El gradiente térmico no es homogéneo en toda la Tierra
- Reacciones nucleares: se supone que en el Núcleo se producen reacciones nucleares de desintegración de elementos radiactivos (U238, K40…).
Estructura interna de la Tierra
• Las ondas sísmicas cambian su velocidad y dirección al recorrer los materiales terrestres, el interior de la Tierra es heterogéneo.
• Surgieron dos modelos:– MODELO GEOQUÍMICO
– MODELO DINÁMICO
MODELO GEOQUÍMICO MODELO DINÁMICO
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 Espesor de 8 a 70 km, desde la superficie hasta la discontinuidad de
Mohorovicic.• Corteza continental: Muy heterogénea en composición.
– Grosor 35-70 km– Rocas más antiguas (3800m.a.) y menos densas que C. oceánica.– Tres zonas :
1. Zona superficial (3 tipos de rocas)2. Zona media (metamorfismo intenso y rocas ígneas ácidas)
3. Zona profunda (metamorfismo muy intenso y rocas ígneas básicas)- Zona transición entre rocas ígneas ácidas y básicas a 37 Km, D Conrad?
• Corteza oceánica: Composición homogénea.– Espesor entre 8-10 km.– Tres capas :
1. Capa de sedimentos( mayor grosor cerca continentes y menos en la dorsal) 2. Capa de basaltos (forma rocas almohadilladas) 3. Capa?? de gabros (composición química igual al basalto, solidifica más lento).
rocas almohadilladas
La corteza continental emergida:
Estructura horizontal de la corteza En las zonas continentales emergidas:
1.Escudos o cratones (estables, sin actividad Sísmica al menos desde el Paleozoico) de rocas ígneas y metamórficas las antiguas de 3500 Ma. y relieves suaves por la erosión. Ej. Escudo de El Congo, Siberiano, Báltico o canadiense.
2.Orógenos o cordilleras: Zonas de actividad Sísmica, relieves visibles de los continentes, todo tipo de rocas. Ej. Pirineos, Himalaya...
3.Plataforma interiores: entre los cratones y orógenos, en zonas de depresión con sedimentos de la erosión de cordilleras.
Ej. Cuenca del Ebro.
En márgenes continentales:1. Plataforma continental: sumergida en el océano, hasta los 200 m, sedimentos variados y pendiente suave.2. Talud continental: entre plataforma continental y fondos oceánicos, con pendiente acusada formada por sedimentos depositados en la plataforma. Se observan cañones, surcos submarinos por corrientes de contacto.
La corteza continental sumergidaEstructura horizontal de la corteza
Estructura horizontal de la corteza:
En fondos oceánicos:1.Llanura abisal: A 4 Km con pocos sedimentos. Aparenen edificios
volcánicos que darán islas volcánicas o guyot.2.Fosa submarina: Son depresiones largas y profundas, 11 Km. Asociados a
zonas de subducción.3.Dorsal oceánica: Con 1-4 Km de altura, 1500 Km de anchura y 65000 km
de longitud. Localizadas en fondos oceánicos y una depresión central estrecha (rift).
4.Fallas transversales: son fracturas transversales que rompen las dorsales, se originan al mismo tiempo que la dorsal.
La corteza oceánica
La corteza oceánica
El manto• Hasta los 2900 km.• 83% del volumen del planeta.• 65% de la masa del planeta. Se cree que los materiales son
silicatos de Fe y Mg.• La roca predominante es la peridotita, rocas plutónicas ultrabásicas, color verdoso y mineral dominante el
olivino.• Manto Superior:
D. Mohorovicic hasta los 700 km.• Zona de transición:
De 700 a 800 km. D. Repetti. Variación de gradiente (espinela-perovskita)• Manto Inferior:
Desde 800 a 2900 km.
PERIDOTITA
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.
CORRIENTES DE CONVECCIÓN
Celdas de convección
El núcleo
• Núcleo externo: hierro + niquel en estado líquido, se extiende desde los 2900-5150 km.• Zona de transición: desde 4900
a 5100 km• Núcleo interno:
principalmente hierro, en estado sólido, las ondas P se transmiten a mayor velocidad, desde los 5150-6371km.
• Composición: a partir del estudio de los siderolitos.
• Es la capa más interna de la Tierra
• Ocupa 14%de volumen y 32%de masa del planeta.
MODELO DINÁMICOLITOSFERA • Capa más superficial de nuestro planeta.• Capa rígida, de espesor variable , se encuentra fracturada en PLACAS
LITOSFÉRICAS• Abarca la corteza y la parte del manto superior.• Litosfera continental (100-300 km) de espesor/Litosfera oceánica (50 km)
.
ASTENOSFERA Hasta los 400 km. Espesor aprox. 100 km.• El material esta parcialmente fundido. • Rocas en estado próximo a la fusión, penachos calientes.• Las ondas se propagan a menor velocidad que zonas
adyacentes. • Se cuestiona su existencia en la actualidad.
MESOSFERA Hasta 2900Km.• Material sólido.• Estudios de tomografía sísmica muestran la existencia de celdas de convección.• En contacto con el núcleo y en estado de semifusión aparece la denominada “capa D’’.Capa D:entre el límite manto- núcleo de 200 Km de espesor, sobre D. Gutenberg.
ENDOSFERA Equivale al núcleo del modelo geoquímico.• Núcleo externo:
• Desde 2900 a 5150 km.• Fluido, gira a distinta velocidad.• Origen del campo magnético
terrestre al desplazarse el hierro fundido.
• Núcleo interno:• Desde 5150 a 6370 km (centro
geográfico de la Tierra)• Es sólido. • Motivo: las altas presiones, que
disminuyen el punto de fusión.
Aurora austral originada por el campo magnético generado por el núcleo de la Tierra.
