Estructura y Dinámica de la Tierra: Composición, Métodos de Estudio y Tectónica de Placas

Origen del Sistema Solar y la Tierra

El Sol, una estrella que emite energía, es el centro de nuestro Sistema Solar, al cual están ligados todos los planetas. Ubicado en la Vía Láctea, el Sistema Solar se formó hace aproximadamente 4600 millones de años a partir del colapso gravitacional de una gigantesca nube molecular (nebulosa). Este colapso formó un disco plano donde el incremento de temperatura en el centro superó los 10⁷K, necesarios para iniciar las reacciones termonucleares (transformación de Hidrógeno en Helio, liberando energía).

Desde la estrella recién formada, se dispersó material que, al enfriarse progresivamente, se condensó formando partículas. Estas partículas, mediante acreción, incrementaron su tamaño formando planetesimales. Los planetas se formaron en función de su distancia al Sol:

• Planetas Gigantes: En la órbita externa del sistema, con materiales más densos y de naturaleza rocosa, recubiertos de elementos volátiles, resultando en planetas gigantes de baja densidad. Su rápida formación y gran tamaño generaron fuertes atracciones gravitacionales, impidiendo la formación del cinturón de asteroides. Poseen un núcleo rocoso y metálico.
• Planetas Rocosos: Más próximos al Sol, la formación de condrulos a partir de un proceso de acreción dio lugar a cuerpos rocosos cada vez mayores. Estos cuerpos aumentaron su volumen, fuerza gravitatoria y velocidad de escape, originando las capas terrestres. El océano de magma que cubrió el planeta hizo que los elementos pesados se movieran al núcleo, formando silicatos. Las masas de material con elementos ligeros se solidificaron en la superficie, formando una delgada corteza primitiva. Paralelamente, una gran cantidad de compuestos gaseosos escaparon del interior terrestre, formando la primera atmósfera. Tras cada colisión, los materiales permanecieron unidos al planeta, engrosándolo. Los cuerpos mayores limpiaron progresivamente sus órbitas, resultando en cuatro planetas y un satélite. La composición de la Tierra refleja los meteoritos que colisionaron para formarla, las condritas carbonáceas.

La Luna

La formación de la Luna se explica por la hipótesis del Gran Impacto. Un planeta más pequeño que la Tierra, Theia, colisionó hace 4350 millones de años. La reconstrucción informática del impacto sugiere que la materia expulsada formó un disco de fragmentos rocosos que se reagruparon, formando la Luna. El calor de los impactos generó un océano de magma en su superficie que, al enfriarse, formó la corteza lunar, compuesta por anortosita. La Luna tiene una estructura interna estratificada, con áreas elevadas (terrae) y zonas bajas (maria), corteza, manto y núcleo.

Composición Química de la Tierra

La Tierra está compuesta principalmente por hierro (Fe), silicio (Si), magnesio (Mg) y otros elementos químicos. Estos elementos se combinan cíclicamente para formar diferentes tipos de materiales.

Métodos de Investigación del Interior de la Tierra

Métodos Directos

Consisten en extraer materiales directamente de la Tierra. Las muestras se analizan en laboratorios mediante pruebas físicas y químicas para determinar su composición, estructura y características. Estos métodos tienen limitaciones tecnológicas, siendo el sondeo más profundo el de Kola, con 12.262 metros. Los sondeos y pozos permiten conocer la composición de la corteza terrestre, diferenciando entre corteza continental y oceánica.

Métodos Indirectos

Método Sísmico

Analiza la trayectoria y velocidad de las ondas sísmicas:

• Ondas P: Son las más rápidas, compresivo-distensivas, se transmiten en medios sólidos y líquidos.
• Ondas S: Más lentas, transversales a la dirección de propagación, se transmiten solo en medios sólidos.

Métodos Térmicos

La Tierra es una máquina térmica que libera calor en forma de flujo geotérmico. Este calor proviene de la desintegración radiactiva y del calor generado durante su formación. Se mide en diferentes puntos:

1. Valores de flujo alto de calor en dorsales oceánicas, donde la corteza es más delgada y los materiales más modernos.
2. Valores de flujo bajo de calor en límites de placa inactivos, con corteza más gruesa y materiales más antiguos.

El gradiente geotérmico es de aproximadamente 1ºC/33m.

Métodos Gravimétricos

Estudian las variaciones del campo gravitatorio terrestre, que corresponden a la distribución, estructura y composición de las rocas del interior. La corteza es más gruesa en zonas montañosas, con raíces que se adentran en niveles profundos, compensando el relieve superficial.

Métodos Magnéticos

Analizan el campo magnético terrestre, generado por el núcleo metálico en estado líquido. Permite conocer la variación de los polos magnéticos, la posición de los continentes, la apertura de los océanos y su edad.

Estudio de Meteoritos

Los meteoritos, fragmentos de planetas, asteroides o cometas, tienen la misma composición que los materiales del Sistema Solar. Se clasifican en:

1. Meteoritos Férricos o Sideritos: Metálicos, formados por hierro y níquel fundidos.
2. Meteoritos Férrico-Rocosos o Siderolitos: Mezcla heterogénea de hierro, níquel y silicatos.
3. Meteoritos Rocosos o Aerolitos: Formados por silicatos, principalmente olivino y piroxenos.

Estructura Interna de la Tierra

Modelo Geoquímico

La Tierra se estructura en tres capas con diferente composición y densidad, delimitadas por discontinuidades:

• Corteza: Capa externa y menos densa.
  • Continental: Forma los continentes, compuesta por rocas graníticas cubiertas por sedimentos. Edad: 3800 millones de años. Espesor: 25-70 km.
  • Oceánica: Formada por basaltos y rocas afines, más densa y homogénea. Edad: 180 millones de años. Espesor: 6-12 km.
• Discontinuidad de Mohorovičić (Moho): Separa la corteza del manto. Espesor variable, 30-40 km bajo continentes y 10 km bajo océanos.
• Manto: Capa más voluminosa, compuesta por peridotita.
  • Superior: Más superficial y ligero, hasta 670 km.
  • Inferior: Más denso, 670-2900 km, homogéneo químicamente pero heterogéneo físicamente.
• Discontinuidad de Gutenberg: Entre el manto y el núcleo, a 2900 km. Solo la atraviesan las ondas P. Separa el manto inferior del núcleo externo líquido.
• Núcleo: Capa más interna.
  • Externo: 2900-5155 km, líquido, permite el flujo de hierro, generando el campo magnético.
  • Discontinuidad de Lehman: Entre el núcleo externo e interno, 5000-5200 km.
  • Interno: Sólido, más denso, 5155 km hasta el centro terrestre.

Modelo Dinámico

• Litosfera: Corteza y parte superior del manto, rígida y fragmentada en placas.
• Astenosfera: Resto del manto superior, con capacidad de fluir.
• Mesosfera: Manto inferior, sólido, con altas presiones y temperaturas.
• Nivel D: Base del manto, zona discontinua con baja velocidad sísmica.
• Endosfera: Núcleo externo e interno.

Causas del Movimiento de los Continentes

La deriva continental, propuesta por Holmes, se debe a las corrientes de convección en el núcleo terrestre. La tectónica de placas explica el movimiento de la litosfera, fragmentada en placas que se desplazan a diferentes velocidades y direcciones. Estos movimientos deforman la corteza terrestre, formando cadenas montañosas y océanos.