Estructura de la Tierra
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Estructura de la Tierra
El interior de la Tierra
Más del 90% de la masa de la Tierra está compuesta por hierro, oxígeno, silicio y magnesio, elementos que pueden formar los minerales cristalinos conocidos como silicatos. Sin embargo, tanto en la composición química y mineralógica como en las propiedades físicas, la Tierra dista mucho de ser homogénea. Aparte de las diferencias laterales superficiales cerca de la superficie (es decir, en las composiciones de las costras continental y oceánica), las principales diferencias de la Tierra varían con la distancia hacia el centro. Esto se debe al aumento de las temperaturas y las presiones, así como a la segregación original de los materiales, poco después de que la Tierra se acrecionara desde la nebulosa solar hace unos 4.560 millones de años, en un núcleo rico en metales, un manto rico en silicatos y las rocas de la corteza más refinadas. La Tierra está muy diferenciada desde el punto de vista geoquímico (véase más abajo Diferenciación planetaria). Las rocas de la corteza contienen varias veces más aluminio, elemento formador de rocas, que el resto de la Tierra sólida y muchas decenas de veces más uranio.Entre las Líneas En cambio, la corteza, que representa apenas el 0,4% de la masa de la Tierra, contiene menos del 0,1% de su hierro. Entre el 85 y el 90% del hierro de la Tierra se concentra en el núcleo.
El aumento de la presión con la profundidad provoca cambios de fase en las rocas de la corteza a una profundidad de entre 5 y 50 km, lo que marca la cima del manto superior, como se ha mencionado anteriormente. Esta zona de transición se denomina discontinuidad de Mohorovic̆ić, o Moho. La mayoría de los magmas basálticos se generan en el manto superior, a profundidades de cientos de kilómetros. El manto superior, que es rico en los minerales de olivino, piroxeno y silicatos de perovskita, muestra importantes diferencias laterales en su composición. Una gran parte del interior de la Tierra, desde una profundidad de unos 650 km hasta los 2.900 km, está formada por el manto inferior, que se compone principalmente de silicatos que contienen magnesio y hierro, incluidos los equivalentes a alta presión del olivino y el piroxeno.
El manto no es estático, sino que se revuelve lentamente con movimientos convectivos, en los que el material más caliente asciende y el más frío se hunde; mediante este proceso, la Tierra pierde gradualmente su calor interno. Además de ser la fuerza motriz del movimiento horizontal de las placas, la convección del manto se manifiesta en la aparición de superplumas temporales -enormes chorros ascendentes de roca caliente parcialmente fundida- que pueden originarse en una capa profunda cerca de la interfaz entre el núcleo y el manto. Mucho más grandes que los penachos térmicos ordinarios, como el asociado (véase qué es, su concepto jurídico; y también su definición como “associate” en derecho anglo-sajón, en inglés) a la cadena de islas hawaianas en el Pacífico central (véase volcán: volcanismo intraplaca), los super penachos pueden haber tenido profundos efectos en la historia geológica de la Tierra e incluso en su clima. Un estallido de vulcanismo global hace unos 66 millones de años, que creó los vastos depósitos de basalto de inundación conocidos como las Trampas del Decán en el subcontinente indio (ver meseta), puede haber estado asociado (véase qué es, su concepto jurídico; y también su definición como “associate” en derecho anglo-sajón, en inglés) a un superpluma, aunque este modelo está lejos de ser universalmente aceptado.
Con un radio de casi 3.500 km, el núcleo de la Tierra es del tamaño de todo el planeta Marte. Alrededor de un tercio de la masa de la Tierra está contenida en el núcleo, la mayor parte del cual es hierro líquido aleado con níquel y algunos componentes más ligeros y cósmicamente abundantes (por ejemplo, azufre, oxígeno y, polémicamente, incluso hidrógeno). Su naturaleza líquida se pone de manifiesto por el hecho de que las ondas sísmicas de cizalladura no penetran en el núcleo. Sin embargo, una pequeña parte central del núcleo, por debajo de una profundidad de unos 5.100 km, es de hierro sólido. Este núcleo interno está dividido en dos capas que sólo se conocen por las diferencias de polaridad de los cristales de hierro que se encuentran en ellas. La polaridad de los cristales de hierro de la capa más interna está orientada en dirección este-oeste, mientras que la de la capa más externa está orientada en dirección norte-sur. Las temperaturas en el núcleo son extremadamente calientes, oscilando entre 4.000-5.000 K (aproximadamente 6.700-8.500 °F; 3.700-4.700 °C) en la parte exterior del núcleo y 5.000-7.000 K (8.500-12.100 °F; 4.700-6.700 °C) en el centro, comparable a la superficie del Sol. Las grandes incertidumbres en cuanto a la temperatura surgen de las preguntas sobre qué compuestos forman aleaciones con el hierro en el núcleo, y los datos más recientes favorecen el extremo inferior de las estimaciones de temperatura para el núcleo interno. La reserva de calor del núcleo puede aportar hasta una quinta parte de todo el calor interno que finalmente fluye hacia la superficie de la Tierra. La estructura básica de la Tierra -corteza, manto y núcleo- parece repetirse en los demás planetas terrestres, aunque con variaciones sustanciales en el tamaño relativo de cada región.
El núcleo de la Tierra
Las pruebas de la composición del núcleo son todas indirectas, ya que aún no se han ideado medios para tomar muestras directas del interior profundo de la Tierra. El momento de inercia de la Tierra indica que existe una concentración de masa en torno al centro, y los datos sísmicos han demostrado que por debajo de la discontinuidad de Wiechert-Gutenberg la densidad del material es alta, oscilando a partir de 9,7. El único elemento pesado con gran abundancia cósmica es el hierro, y dado que una aleación de hierro y níquel es un componente importante de los meteoritos, es razonable concluir que el núcleo de la Tierra está formado en gran parte por hierro metálico con una mezcla menor de otros elementos. Esta conclusión está respaldada por las pruebas geofísicas que indican que el número atómico medio del material del núcleo es de aproximadamente 22. El número atómico del hierro es 26, lo que implica que el núcleo también contiene elementos de menor número atómico. El azufre, con número atómico 16, y el carbono, 6, son relativamente abundantes en la materia meteorítica, y la presencia de cantidades menores de estos elementos en el núcleo reduciría efectivamente el número atómico medio. Algunas autoridades han defendido el silicio (número atómico 14) como principal componente de aleación en el núcleo, pero esto parece menos probable; si el silicio fuera el único elemento de aleación, entonces el núcleo tendría que contener más del 30% de silicio para reducir su número atómico medio a 22. Además, el silicio libre requiere condiciones extremadamente reductoras (falta de oxígeno), y la presencia de hierro ferroso en el manto no es coherente con este requisito.
No es posible dar cifras definitivas sobre la abundancia de los elementos en el núcleo de la Tierra. Sin embargo, es seguro que está compuesto en gran parte por hierro metálico, probablemente con algo de níquel, un poco de cobalto y cantidades apreciables de elementos más ligeros como el carbono y el azufre.
El manto terrestre
El manto comprende la parte de la Tierra situada entre las discontinuidades de Mohorovičić y Wiechert-Gutenberg. Constituye el 83% del volumen de la Tierra y el 67% de su masa, por lo que tiene una importancia decisiva a la hora de determinar la composición global del planeta. Sin embargo, la estimación de las abundancias elementales del manto plantea la misma dificultad que la del núcleo: no es posible realizar un muestreo directo. Sin embargo, se dispone de muchos más datos geofísicos sobre el manto, y algunas erupciones volcánicas han sacado a la superficie fragmentos de roca que sin duda proceden de esta zona. El más notable de estos materiales son las inclusiones portadoras de diamantes que se encuentran en las famosas pipas, o cuellos volcánicos, que se explotan en Sudáfrica y Siberia. La presencia de diamante, la forma de carbono a alta presión, implica una profundidad de origen de al menos 100 kilómetros (62 millas), pero estas inclusiones son raras. El tipo común de inclusión derivada del manto es la peridotita, una roca de silicato compuesta en gran parte por olivino, (Mg,Fe)2SiO4, con cantidades menores de ortopiroxeno, (Mg,Fe)SiO3, y diópsido, CaMg(Si2O6).
La información geofísica indica que por debajo de una profundidad de unos 1.000 kilómetros (620 millas), el manto se comporta como un material esencialmente homogéneo, pero por encima de este nivel sus propiedades físicas son más variadas, y hay pruebas de discontinuidades de segundo orden. Esta región por encima de los 1.000 kilómetros se denomina con frecuencia manto superior, y en los últimos años ha sido objeto de un esfuerzo de investigación concentrado por parte de geólogos y geofísicos de todo el mundo. La importancia del manto superior radica en que los procesos que se originan en él tienen efectos dramáticos en la superficie -en forma de erupciones volcánicas y algunos terremotos- y efectos menos dramáticos pero igualmente importantes en el interior de la corteza, como la introducción y concentración de algunos elementos, que posiblemente conduzcan a la formación de yacimientos minerales. Por tanto, un mayor conocimiento del manto superior tiene un atractivo tanto científico como económico.
Los datos geofísicos sobre las propiedades del manto superior sugieren que debe estar formado esencialmente por silicatos de magnesio y hierro, probablemente en gran parte por olivino en la región inmediatamente inferior a la corteza. Sin embargo, el olivino no es estable a presiones muy elevadas; se convierte en una fase diferente de aproximadamente un 10% más de densidad y con una estructura parecida a la del mineral óxido espinela (MgA12O4). Esta conversión se produciría en el manto a profundidades de unos 400 kilómetros, y una discontinuidad de segundo orden a esa profundidad puede atribuirse plausiblemente a esta conversión. Los piroxenos también sufren transformaciones a fases de mayor densidad a las altas presiones del manto. Así, el manto, aunque está compuesto por material de composición química conocida, está formado, al menos en su parte inferior, por minerales diferentes a los de la parte superior.
Basado en la experiencia de varios autores, mis opiniones, perspectivas y recomendaciones se expresarán a continuación (o en otros lugares de esta plataforma, respecto a las características en 2026 o antes, y el futuro de esta cuestión):
En los últimos años se han realizado numerosas estimaciones sobre la composición del manto superior.Entre las Líneas En general, las similitudes son más importantes que las diferencias. Todos coinciden en que los componentes principales son óxidos de silicio, magnesio y hierro. Las diferencias se encuentran principalmente en los componentes menores, como el óxido de aluminio, el óxido de calcio y los álcalis, y están determinadas en gran medida por consideraciones teóricas y por el peso que se da a aspectos específicos de los datos geofísicos y geoquímicos.
Aunque existen estimaciones bastante fiables sobre la abundancia de los elementos principales del manto, se sabe poco sobre los elementos menores y los oligoelementos. Sin embargo, el conocimiento de la estructura cristalina de los posibles minerales del manto indica que muchos elementos menores y traza no se incorporarán fácilmente.
Una Conclusión
Por lo tanto, es probable que se concentren en el material líquido del manto y sean arrastrados hacia arriba en forma de solución, para finalmente ser transportados a la corteza. Por tanto, es probable que el manto esté relativamente agotado y la corteza relativamente enriquecida en elementos menores y traza. Esto es ciertamente cierto para el uranio y el torio, porque la cantidad de estos elementos en la corteza es casi suficiente para explicar la cantidad total de calor que fluye fuera de la Tierra.
La corteza terrestre
La corteza es una capa relativamente fina en la superficie de la Tierra y constituye menos del 1% de su masa total. Sin embargo, su importancia geoquímica sólo guarda una relación marginal con su volumen. Ha sido objeto de extensas investigaciones y proporciona las materias primas de las que depende la civilización. [rtbs name=”civilizacion-occidental”] [rtbs name=”renacimiento-de-la-civilizacion-occidental”]Es la más diversa de las geoesferas, ya que es un complejo mosaico de muchos tipos de rocas -igneas, sedimentarias y metamórficas-, cada una con una amplia variedad de composiciones químicas y mineralógicas. La superficie está recubierta de suelos, relacionados en su composición con las rocas de las que se formaron, pero con importantes modificaciones debido al menor tamaño de los granos, la presencia de materia orgánica y un intrincado complejo de organismos vivos.Entre las Líneas En última instancia, el bienestar del hombre y, de hecho, su supervivencia dependen de la sabia utilización de los materiales de la corteza. La civilización moderna se ha erigido sobre la explotación de combustibles y yacimientos minerales, que no son más que concentraciones geoquímicas de elementos útiles.
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Recursos
[rtbs name=”informes-jurídicos-y-sectoriales”][rtbs name=”quieres-escribir-tu-libro”]Traducción al Inglés
Traducción al inglés de Estructura de la Tierra: Structure of the Earth.
Véase También
Historia geológica de la Tierra
Discontinuidad de Lehmann
Modelo de la lluvia
Viaje al centro de la Tierra
Tierra sólida
Bibliografía
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La posición del epicentro de un terremoto se determina experimentalmente con la mayor precisión posible utilizando los registros de varios sismógrafos. También se registran las vibraciones que luego se propagan por el mundo.
Estos fenómenos ondulatorios están sujetos a leyes físicas como la reflexión y la refracción. Por analogía, las ondas sísmicas se “comportan” como los rayos de luz. Así, aplicando las leyes de Snell-Descartes de la refracción, podemos deducir que no todas viajan a la misma velocidad dependiendo del medio por el que pasan.
Un examen minucioso de las curvas de tiempo en función de la distancia recorrida por las ondas permite evaluar el contenido de la Tierra: una onda viajará más lentamente en un material más blando (menor densidad), y más rápidamente en un material más duro (mayor densidad).
El estudio de los meteoritos: Para entender cómo se diferenciaron gradualmente las sucesivas capas de la Tierra, es útil conocer la composición exacta del material primitivo que le dio origen.
Sus elementos esenciales son el hierro, el níquel y los silicatos. Estos elementos (y otros más) se encuentran en un tipo de meteorito llamado condrita. Contienen pequeñas áreas esféricas de silicatos fundidos llamadas condrulos, que son el origen del nombre de estos meteoritos.
Algunas, como la condrita Allende, contienen una mezcla de hierro metálico y óxido de hierro, así como una gran cantidad de carbono. Otras, como la condrita Indarch, contienen hierro metálico y enstatita, un silicato de magnesio (MgSiO3) muy común en el manto terrestre. Los meteoritos carbonosos CI más primitivos muestran hierro totalmente oxidado. Su composición es muy parecida a la de la nebulosa de gas que dio origen al sistema solar hace unos 4.570 millones de años, y a la de la Tierra hace 4.450 millones de años.
De todas estas condritas, sólo las que contienen un 45% de enstatita tienen una composición química e isotópica coherente con la densidad y la naturaleza profunda de la Tierra actual (varias capas de silicatos ligeros y un núcleo donde han migrado los metales más pesados). Estos meteoritos son demasiado pequeños para ser diferenciados: sus elementos se han mantenido relativamente homogéneos.
Debido a su rotación y a los movimientos internos de los metales fundidos de su núcleo, la Tierra se comporta como una especie de dinamo, lo que da lugar a un campo magnético. Este campo es pequeño en comparación con los imanes industriales, pero es suficiente para desviar la aguja de una brújula y proteger parcialmente la superficie de la Tierra de los rayos cósmicos, como los del viento solar, que de otro modo perturbarían los equipos electrónicos.
Este campo varía con el tiempo. En la vida de la Tierra, incluso se ha invertido cientos de veces, por razones que aún se desconocen, pero que son objeto de investigación activa. Esta investigación no ha revelado aún un efecto dínamo en una esfera de rotación lenta, pero ha mostrado la formación de columnas de convección a determinadas temperaturas en función de la viscosidad de los fluidos y la velocidad de rotación. Estos movimientos son aparentemente compatibles con lo que conocemos del campo electromagnético de la Tierra.