Estructura en capas de la Tierra

Geología. Topografía. Atmósfera. Hidrosfera. Corteza. Manto. Litosfera. Mesosfera. Endosfera. Ondas sísmicas

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1. ESTRUCTURA EN CAPAS DE LA TIERRA.

1.2. ORIGEN DE LAS DIFERENTES CAPAS DE LA TIERRA.

En los primeros instantes de su formación, la Tierra probablemente era un protoplaneta de aspecto semejante al que hoy presenta la luna.

En etapas posteriores, los choques de la prototierra con planetesimales menores que ella serían cada vez más frecuentes. La liberación de energía provocó la fusión completa del protoplaneta en lo que se conoce como el “Gran acontecimiento térmico”. Esta circunstancia fue la clave para la diferenciación en capas de la Tierra:

  • Origen de la atmósfera. La fusión de los materiales terrestres durante el “Gran acontecimiento térmico” provocó una desgasificación. Algunos de los gases liberados en el proceso escaparon al espacio, los demás quedaron retenidos por la gravedad y constituyen la atmósfera primitiva.

  • Origen de la hidrosfera .Estuvo ligado al origen de la atmósfera porque un componente básico de la fase gaseosa liberada por la fusión de materiales terrestres es el vapor de agua, así durante el “Gran acontecimiento térmico”, la atmósfera primitiva debió de contener ingentes cantidades de agua en forma de vapor. Cuando el planeta se enfrió se condensó, precipitó en forma de lluvia y rellenó las cuencas del planeta hasta formar los océanos.

  • La diferenciación en capas del interior terrestre. Resultado de la fusión total del planeta durante el “Gran acontecimiento térmico”, ya que solo cuando los materiales terrestres estuvieron fundidos pudo producirse su diferenciación gravitatoria, así, los más densos migraron hacia el centro y los menos densos ocuparon la zona exterior.

1.2.1. LA ATMÓSFERA

1.2.2. ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN DE LA ATMOSFÉRA.

Los gases de la atmósfera se disponen en capas alrededor de la Tierra. en dos estructuras :

A) LA ESTRUCTURA QUÍMICA DE LA ATMÓSFERA:

Se estructura en dos grandes unidades en base a la composición del aire y su disposición en altitud:

1. La homosfera: se encuentra entre la superficie terrestre y unos 85 ó 90 km de altitud.

Esta compuesta por diferentes gases ( N2, O2, A, CO, Ne, He, CH4, Kr , N2O, H2, Xe, O3 Y H2O ).

2. La heterosfera : abarca desde los 90 km hasta el límite más externo. La presión aquí es más baja y hace quelos gases no se difundan, sino que se estratifiquen de acuerdo con sus densidades para dar una estructura química general heterógenea. Está compuesta por N2 molecular, oxigeno atómico, helio e hidrógeno atómico.

B) LA ESTRUCTURA TÉRMICA DE LA ATMÓSFERA:

Está estructurada en tres capas :

1.Troposfera:dsde la superficie hasta una altitud de unos 9 a 10 km en las zonas polares y de unos 18 km en las regiones ecuatoriales. Se caracteriza por un descenso de la temperatura del aire según un gradiente de variación vertical que se estima en unos 6,5 ºC por cada kilómetro de altitud. En su límite superior llamado tropopausa se desarrollan los fenómenos atmosféricos que caracterizan el clima y que condicionan la mayor parte de los procesos geológicos exógenos.

2. Estratosfera: abarca desde la tropopausa hasta unos 50 km de altitud. En ella cesa el descenso de la temperatura que se producía de manera constante en la troposfera. Aquí comienza a ascender de forma leve y constante en los primeros kilómetros y de manera muy rápida a partir de los 30 km de altitud. El ascenso térmico prosigue hasta la llamada estratopausa donde se alcanzan valores de temperatura de unos 80 º C.

Este incremento se debe a la liberación de calor que resulta de la absorción de la energía de la radiación ultravioleta durante los procesos de formación y destrucción del ozono. Este gas se acumula en una capa llamada ozonosfera que se localiza dentro de la estratosfera entre los 25 ó 30 km y los 50 km de altitud.

3. Mesosfera: En esta capa hay un nuevo descenso térmico que se inicia a partir de la estratopausa. La variación se produce de forma constante hasta que en la mesopausa situado a unos 90 km de altitud, la temperatura de los gases alcanza entre los -85 ºC y -100 ºC.

4. Termosfera: Comienza a partir de los 90 km de altitud, cuando se detecta un nuevo incremento de la temperatura. La causa es debida a la acción de las radiaciones solares de longitudes de onda inferiores a los 200 nm que inciden sobre los gases de esa zona y los ionizan, formando la ionosfera.

El limite de la termosfera (termopausa) se puede considerar el final de la atmósfera.

*LA DINÁMICA ATMOSFÉRICA.

Las constantes variaciones que experimenta la atmósfera constituyen la dinámica atmosférica, cuyas manifestaciones más conocidas son los fenómenos meteorológicos.La energía responsable de todos estos cambios es la que llega a la Tierra procedente del Sol en forma de radiaciones de diferente longitud de onda.

1.2.3. LA HIDROSFERA.

La hidrosfera es la capa formada por toda el agua de la tierra, ocupa aproximadamente el 71 % de la superficie terrestre y el resto se distribuye de forma irregular en el subsuelo y en la atmósfera.Posee una dinámica que la somete a una permanente circulación por el planeta y a constantes cambios entre sus tres estados (sólido, líquido y vapor. )

*DISTRIBUCIÓN DEL AGUA EN LA HIDROSFERA.

Se distribuye en tres medios: océanos ,continentes y en la atmósfera:

  • El agua en los océanos.

La mayor parte del agua de la hidrosfera se encuentra en estado líquido en los océanos. Representa el 97,2 % del total de la hidrosfera.

  • El agua de los continentes.

*En los glaciares: Se estima que un 2,2 % del total de la hidrosfera se encuentra en

en forma de hielo. Las masas principales están en los casquetes polares de la Antártica y del Ártico, aunque también hay importantes cantidades en las grandes cordilleras.

*Como agua subterránea. Es la parte del agua de las precipitaciones que se infiltra

en las rocas y se almacena entre sus poros y fisuras.

*Como agua líquida superficial. El agua se encuentra sobre la superficie terrestre en

Forma de ríos, lagos o aguas de arroyada.

  • El agua de la atmósfera.

Alrededor del 0,001 % se encuentra en la atmósfera en forma de vapor o condensada en las nubes. Esta agua es fundamenta en los procesos de transporte de materia, el vapor de agua procedente de masas de agua marinas y continentales, así como de la evapotranspiración de los seres vivos, y en la distribución de la energía aportada por las radiaciones solares.

2.ESTRUCTURA GENERAL DEL INTERIOR DE LA TIERRA.

2.1 LAS DISCONTINUIDADES SÍSMICAS Y LA ESTRUCTURA DEL INTERIOR DE LA TIERRA.

Las ondas sísmicas experimentan numerosos cambios de velocidad y de trayectoria (discontinuidades) durante su recorrido por el interior de la Tierra.

Las discontinuidades constituyen la base a partir de la cual se establecen las divisiones del interior de la Tierra, ya que indican cambios en la composición o en el estado físico de los materiales internos.

Desde la superficie hacia el centro de la Tierra se detectan varias discontinuidades que delimitan una serie de zonas:

  • Discontinuidad de Mohorovic. Hay un cambio en la velocidad de las ondas P y S que se advierte a unos 30 ó 40 km bajo las zonas continentales y a unos 8 km bajo el fondo de los océanos.

  • La zona situada entre 30-40 km y 2900 de profundidad. Aquí se observa un aumento progresivo y más o menos uniforme de la velocidad de propagación de las ondas sísmicas, aunque se pueden detectar algunas variaciones sobre esta tónica general:

*Desde los 30 a los 100 km de profundidad , la velocidad aumenta, definiéndose una zona de rocas bastante rígidas.

*Entre los 100 y los 300 km se detecta una zona de baja velocidad, en la que se produce una disminución brusca de la velocidad de propagación de las ondas P y S.

*Por debajo de la zona anterior y hasta unos 600 ó 700 km,vuelve el aumento progresivo de la velocidad de las ondas sísmicas,como consecuencia de rocas más rígidas.

*Límite D'. Se localiza a unos 600 ó 700 km,el aumento de la velocidad de las ondas sísmicas P y S es más rápido.

*Límite D `'. Se localiza entre los 2700 y los 2900 km. A partir de aquí , se diferencia un tramo de unos 200 km de espesor en el que las ondas sísmicas reducen su velocidad porque las rocas en esta zona tienen un estado plástico viscoso.

  • Discontinuidad de Gutemberg. Se detecta a unos 2900 km. Señala un límite en el que las ondas P bajan bruscamente su velocidad y las S desaparecen de los registros; del hecho de que las ondas S no atraviesan líquidos, se deduce que el material situado por debajo de la discontinuidad se encuentra fundido.

  • Discontinuidad de Wiechert-Lehman-Jeffreys. Se encuentra a unos 5000 km y delimita la última capa del interior terrestre, donde las ondas P parece que disminuyen primero e incrementan después su velocidad.Este comportamiento se explica por la presencia de una zona de transición entre un medio líquido y otro sólido.

Los geólogos describen la estructura del interior del planeta de dos maneras: una

Geoquímica y otra dinámica.

3.LAS DIVISIONES GEOQUÍMICAS DE LA TIERRA.

3.1. LA CORTEZA.

La corteza terrestre es una capa muy heterogénea, donde pueden distinguirse tres tipos principales de estructuras:

  • La corteza continental: Comprende los continentes emergidos y las partes sumergidas de estos (plataforma continental y talud continental). Presenta dos tipos de zonas que se diferencian por su espesor ,morfología y en su disposición:

* Cratones: Partes de la corteza continental formadas por las rocas más antiguas y estables. Han sufrido la acción de los procesos externos por eso no presentan grandes relieves.

* Orógenos: Están ocupadas por las cuencas en las que se acumulan los sedimentos y por las cordilleras que se forman a partir de ellos.

La composición de la corteza continental es muy variada en cuanto a zonas que presenta en la horizontal. Está formada por todo tipo de rocas: sedimentarias, ígneas y metamórficas, formando un conjunto heterogéneo en el que abundan los minerales silicatados del tipo del cuarzo, los feldespatos y las micas.

  • La corteza oceánica: Constituye la mayor parte de los fondos oceánicos (a excepción de la parte sumergida de la corteza continental). Tiene un espesor homogéneo de unos 10 km y una estructura vertical en capas de distinta composición mineralógica y petrológica :

*Nivel 1: lo constituyen los sedimentos depositados en el fondo por varios procesos. El espesor aquí es mayor cerca del borde continental, mientras que va adelgazándose hacia el centro del océano y acaba por desaparecer.

*Nivel 2: Está formado por una capa de lavas almohadilladas (pillow lava) que resultan del vulcanismo subacuático que proporciona emisiones de lava basáltica,enfriadas al entrar en contacto con el agua oceánica.

*Nivel 3: Constituido por una masa de basaltos de origen volcánico, estructurado en columnas debidas al proceso de enfriamiento y solidificación bajo la superficie.

*Nivel 4: Es una capa de rocas de tipo grabo, con una composición mineralógica equivalente a la de los basaltos pero de naturaleza plutónica.

  • Corteza de transición: Esta zona no tiene unos límites precisos; ocupa una posición intermedia entre la corteza oceánica y la continental, tiene características dinámicas intermedias entre las dos anteriores

3.2. EL MANTO.

Se sitúa por debajo de la corteza y se extiende desde la discontinuidad de Mohorovicic

Hasta la de Gutemberg.

Su composición química es bastante uniforme ya que está formando íntegramente por rocas ígneas plutónicas del tipo de las peridotitos.

A pesar de esta relativa uniformidad, los estudios sísmicos han revelado que el manto podría presentar una estructura en capas debida a las variaciones de las condiciones termodinámicas a medida que aumenta su profundidad:

  • Manto superior: se sitúa en la discontinuidad de Mohorovicic y los 400 km de profundidad. Está compuesto por rocas ricas en olivino y piroxenos.

  • Zona de transición del manto: Posee unas reorganizaciones minerales debido al incremento de la presión que tiene lugar al aumentar la profundidad y que dan lugar a especies progresivamente más densas así, partir del los 400 km se puede producir una reorganización atómica en el olivino para crear una estructura más compacta de un mineral llamado espinela; a partir de los 670 km la estructura de espinela se desdobla en perovskita y óxido de magnesio.

  • Manto inferior: se extiende desde los 1000 a los 2900 km de profundidad. Se compone de rocas ultrabásicas compactas.

  • Nivel D''. Zona situada entre los 2700 y los 2900 km de profundidad. Podría estar compuesto por una mezcla de rocas del manto y material procedente del núcleo, principalmente hierro, que podría ascender por capilaridad hasta esta zona. Dada las altas temperaturas, se formarían agregados de aleación de hierro y rocas silíceas ferruginosas. Otras hipótesis creen que en este nivel podría estar formado por restos de placas litosféricas subducidas o por material de la primitiva Tierra .

3.3. EL NÚCLEO.

El núcleo está compuesto por un 90% de hierro, fundido en su mayor parte, y por un 10% de otros elementos como níquel, azufre u oxígeno.

Pero el comportamiento de las ondas P hace suponer que está estructurado en dos capas:

  • El núcleo externo: Está situado entre los 2900 y los 5100 km de profundidad. Sería la parte del núcleo que se encuentra en estado líquido.

  • El núcleo interno: Situado entre los 5150 y los 6374 km de profundidad. Aquí se encuentra en estado sólido.

La explicación de cada uno de los estados del núcleo se hace pensando que entre los 2900 y los 5100 km (núcleo externo), la temperatura y la presión del interior permiten que la aleación que lo compone se funda y alcance el estado líquido.

A partir de los 5100 km, la presión es tan alta que eleva el punto de fusión por encima del valor de la temperatura reinante y evita que el núcleo interno se funda.

4. DIVISIONES DINÁMICAS DE LA TIERRA.

Considerando el comportamiento mecánico de los materiales del interior de la Tierra, revelan una disposición en capas. La estructura es la siguiente:

  • Litosfera: es la capa más superficial de la Tierra y podría corresponderse con la corteza y con la parte superior del manto. Es muy rígida , por lo que reacciona frente a esfuerzos dirigidos rompiéndose en bloques llamados placas litosféricas. Bajo la litosfera y a unos 670 km de profundidad, se extiende el resto del manto superior ,las altas presiones y temperaturas que presenta permiten que sus rocas tengan una cierta plasticidad y sean capaces de fluir lentamente. En ella podría haber rocas parcialmente fundidas que solo aparecen bajo zonas de la litosfera con un vulcanismo y actividad tectónicas intensas.

  • Mesosfera: Se encuentra por debajo de la zona anterior y constituye el resto del manto, se cree que todo el manto posee un comportamiento plástico, y

que existen unas enormes corrientes de convección que ascienden desde el

límite con el núcleo hasta la base de la litosfera. El proceso podría ser el

siguiente: el calor procedente del núcleo podría provocar inestabilidades

periódicas en la zona D'' .Los materiales calientes y más ligeros así

formados podrían formar un penacho ascendente hasta la base de la litosfera,

donde la disminución de la presión provocaría su fusión e irrupción en la

superficie formando los llamados puntos calientes.

  • Endosfera: Esta capa se corresponde con el núcleo geoquímica, tiene una dinámica propia ,responsable del magnetismo.

5. MÉTODOS DIRECTOS PARA EL ESTUDIO DEL INTERIOR DE LA TIERRA.

  • Mediante el estudio geológico de las minas. Los pozos y las galerías de las explotaciones mineras pueden alcanzar rocas situadas a unos 5 km de profundidad.

  • Mediante sondeos. Las máquinas perforadoras alcanzan unos 6 km de profundidad y pueden obtener muestras de ellas pero no son muy reveladoras además de costosas.

  • Mediante el estudio de materiales procedentes de zonas profundas que afloran a la superficie por procesos geológicos.

6. MÉTODOS INDIRECTOS PARA EL ESTUDIO DE LA TIERRA.

6.1. MÉTODOS SÍSMICOS.

Se utilizan las vibraciones (ondas sísmicas) producidas por los terremotos como consecuencia de la liberación súbita de la energía elástica almacenada en rocas sometidas a tensión.

*EL COMPORTAMIENTO DE LAS ONDAS SÍSMICAS: éstas son registradas por las numerosas estaciones sismilógicas que se hallan distribuidas por todo el mundo,así, pueden conocerse datos sobre el comportamiento de esas ondas durante su trayecto como la velocidad o propagación , el punto de orígen , etc.

*LOS TIPOS DE ONDAS SÍSMICAS Y SU COMPORTAMIENTO:

  • Ondas P, primarias, longitudinales o de compresión: Estas ondas son capaces de atravesar los materiales sólidos, líquidos o gaseosos. Son ondas comprensivas y son las que mayor velocidad alcanzan.

  • Ondas S, secundarias o transversales o de cizalla: Vibran en dirección transversal a la del desplazamiento de la onda,su velocidad solo depende de la rigidez de los materiales que atraviesan. Esto hace que no puedan propagarse en medios líquidos, ya que la rigidez de estos es nula.

  • Ondas L u ondas superficiales: se transmiten exclusivamente por la superficie terrestre a partir del epicentro, lo que las hace especialmente destructivas.

Pueden ser de dos tipos :

*Ondas L de tipo Rayleigh. Hacen subir y bajar las partículas del sustrato en un movimiento circular,produciendo un desplazamiento hacia delante y hacia atrás.

*Ondas L del tipo Love.Dan lugar a un movimiento hacia un lado y hacia otro,perpendicular a la dirección de propagación. Son un poco más rápidas que las Rayleigh.

En los estudios sísmicos del interior terrestre apenas se emplean las ondas L, porque no penetran en las capas internas, al contrario que las ondas P y S que proporcionan abundante información sobre el interior terrestre.

6.2. MÉTODOS GRAVIMÉTRICOS.

Están basados en el estudio del campo gravitatorio terrestre y en sus anomalías, ya que las variaciones observadas al medir la gravedad en la superficie corresponden con la distribución, estructura y la composición de las masas rocosas del interior de la Tierra.

Otra forma de estudiar la estructura interna del planeta mediante métodos gravimétricos es a partir de la densidad de los materiales terrestres; por otra parte,si se analizan las rocas de la superficie de densidad próximos a 2,7 g/cm3,estos significa que el interior terrestre tiene que ser más denso que la superficie, que el planeta es heterogéneo y que muy probablemente, está estructurado en capas,y además que en algunas capas deben tener una composición metálica ya que de otra forma no sería posible el elevado valor teórico de la densidad terrestre.

6.3. MÉTODOS MAGNÉTICOS.

Se basan en el estudio del campo magnético terrestre, sugieren la presencia en el interior de la Tierra de un material de naturaleza metálica en dos estados físicos diferentes (sólido y, probablemente, líquido). La existencia de un núcleo interno sólido rodeado de un núcleo externo fluido que hace que esta capa funcione como una dinamo, responsable del campo magnético.

Además permite deducir la posición variable de los polos magnéticos a lo largo de la historia de la Tierra (fenómeno conocido como inversión del campo magnético), su relación con la posición de los continentes, la apertura de los océanos y su edad (gracias al bandeado magnético presentes en las rocas del fondo oceánico), que resultó ser una prueba de gran importancia para demostrar el desplazamiento de los continentes, la localización de yacimientos minerales etc.

6.4.MÉTODOS ELÉCTRICOS.

La medida experimental de los diferentes valores que los materiales terrestres presentan para las propiedades eléctricas dan idea de la estructura, de la composición o de la profundidad a la que se encuentran dichos materiales, además de la localización de acuíferos, de menas metalíferas, etc. El inconveniente de estos métodos es su escasa penetrabilidad, por lo que se uso queda limitado a la determinación en los niveles más superficiales.

6.5. MÉTODOS TÉRMICOS.

Consideran la Tierra como una máquina térmica, cuyo interior existe un calor interno que se desprende en forma de un flujo geotérmico. Estudiando este flujo, sus anomalías y sus mecanismos de disipación, se pueden establecer hipótesis sobre las condiciones del interior del planeta y sobre su estructura interna aproximada.

6.6.MÉTODOS ASTRONÓMICOS.

Se basa en la hipótesis de que los meteoritos son fragmentos de un planeta similar a la Tierra, que inició su formación en las primeras etapas de la historia del sistema solar, se diferenció en capas en función de la densidad de sus materiales y después se disgregó en pedazos debido a las colisiones con otros planetesimales.

A la Tierra llegan de varios tipos:

  • Aerolitos o litometeoritos. Está compuestos pos silicatos ligeros, con densidades del orden de 3 a 3,5 g/cm3.

  • Siderolitos. Son una mezcla de ferroníquel y silicatos ferromagnesianos en proporciones equivalentes. Su densidad es de unos 5g/cm3.

  • Sideritos. Están formados por una aleación de hierro y níquel en proporción 9:1. Su densidad es del orden de 7,5 g/cm3.

Índice:

1.Estructura en capas de la Tierra:

*Orígen de diferentes capas de la Tierra: pág. 1.

* La atmósfera: págs. 1,2 y 3.

*La hidrosfera: pág. 4.

2.Estructura general del interior de la Tierra:

*Las discontinuidades sísmicas y la estructura del interior de la Tierra: Págs: 5 y 6.

3. Las divisiones geoquímicas de la Tierra:

*La corteza: págs 6 y 7.

*El manto: pág. 8.

*El núcleo: pág. 9.

4.Divisiones dinámicas de la Tierra: págs 9 y 10.

5.Métodos directos para el estudio del interior de la Tierra: págs 10 y 11.

6. Métodos indirectos para el estudio de la Tierra.

* Métodos sísmicos: págs. 11 y 12.

*Métodos gravimétricos: pág. 12.

*Métodos eléctricos: pág. 12.

*Métodos térmicos: pág. 13.

*Métodos astronómicos: pág. 13.

  • Resúmen:

El trabajo trata de explicar tanto la estructura del interior terrestre como las diferentes capas de la Tierra, además muestra los diferentes métodos de estudio que se emplean para estudiarla.

  • Biliografía:

-Geología. 2º de Bachillerato, Anaya.

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