Estructura Interna de la Tierra y Mineralogía: Estudio Geológico Completo

Estudio de la Tierra y Métodos de Investigación

Para comprender la estructura y composición de nuestro planeta, la geología se vale de dos grandes tipos de métodos:

Métodos Directos

Permiten la observación y toma de muestras tangibles de materiales terrestres:

• Sondeos
• Minas
• Volcanes
• Afloramientos de rocas profundas

Métodos Indirectos

Aportan información sobre el interior terrestre mediante mediciones físicas y matemáticas:

• Cálculo de la densidad de la tierra: Se observa que cuanto más al interior, mayor es la densidad (modelo de Wiechert metálico).
• Estudio del magnetismo terrestre: Apoya la teoría de un núcleo rico en hierro.
• Método gravimétrico: Detecta anomalías por gravedad. A mayor gravedad, mayor densidad del material; a menor gravedad, material menos denso (principio de isostasia, similar a un iceberg).
• Estudio de meteoritos: Ofrecen información sobre la formación y composición del planeta.
• Método geotérmico: La temperatura aumenta con la profundidad (superando los 3800 ºC). Presiones y temperaturas extremas explican que el núcleo mantenga zonas sólidas.
• Método sísmico: Es el que aporta mayor información. Se basa en el análisis de la propagación de ondas sísmicas generadas por terremotos (sacudidas rápidas por liberación de energía en forma de ondas).

Dinámica de las Ondas Sísmicas

Una onda es la propagación de energía sin desplazamiento de materia.

• Ondas longitudinales (Ondas P): La dirección de vibración coincide con la de propagación; son las más rápidas.
• Ondas transversales (Ondas S): La onda se propaga de forma perpendicular a la dirección en la que vibran las partículas.

Conceptos clave:

• Foco o hipocentro: Punto de origen profundo del terremoto.
• Epicentro: Punto de la superficie situado directamente sobre el hipocentro.
• Tren de ondas: Sucesión de ondas.
• Frente de ondas: La primera onda en llegar.
• Rayos: Líneas perpendiculares a la onda.
• Ondas L: Se propagan por la superficie terrestre.
• Ondas R: Se propagan por el agua.

La velocidad de propagación de las ondas experimenta cambios debido a:

• Refracción: Cambio de dirección y velocidad al atravesar medios distintos.
• Reflexión: Cambio de dirección al rebotar en un mismo medio.

Discontinuidades Sísmicas

• Discontinuidad de Mohorovičić (Moho): A unos 30 km de profundidad; aumenta la velocidad de las ondas P y S.
• Discontinuidad de Gutenberg: A 2900 km; disminuye drásticamente la velocidad de las ondas P y las ondas S dejan de propagarse (creando la zona de sombra).
• Discontinuidad de Repetti: A 660 km; marca un aumento de velocidad en el límite entre mantos.
• Discontinuidad de Lehmann: A 5150 km; separa el núcleo externo del interno gracias a un aumento en la velocidad de las ondas P.

Estructura Interna de la Tierra

Modelo Geoquímico (Basado en la Composición)

• Corteza: La capa más fina y superficial (de 3 a 70 km).
  • Corteza oceánica: Más delgada (3 a 15 km), compuesta por sedimentos, basaltos volcánicos y gabros (roca plutónica formada por magma enfriado lentamente).
  • Corteza continental: Más gruesa (hasta 70 km), más antigua y compleja.
• Manto: Capa intermedia que representa el 82% del volumen terrestre. Sólido y de composición homogénea basada en peridotitas (ricos en hierro, magnesio, olivino y piroxeno). El manto superior tiene una densidad de 3,3 g/cm³ y el inferior de 5,5 g/cm³ (con olivino transformado en espinela).
• Núcleo: Centro de la Tierra, representa el 17% del volumen. Elevada densidad (11 g/cm³), compuesto por hierro, níquel y azufre, alcanzando temperaturas superiores a los 6700 ºC. Se divide en el núcleo externo (fundido, entre 5000 y 5200 km) y el núcleo interno (sólido).

Modelo Geodinámico (Basado en el Comportamiento Mecánico)

• Litosfera: Capa externa rígida y fría que comprende la corteza y el manto superior.
• Mesosfera: Manto sublitosférico, sujeto a grandes presiones y temperaturas.
• Nivel D' (D doble prima): Capa discontinua a unos 200 km de profundidad en la base del manto, influenciada por el calor del núcleo.
• Endosfera: Comprende el núcleo externo fluido (con corrientes de convección que generan el campo magnético a modo de enorme dinamo) y el núcleo interno sólido.

Origen y Estructura Actual del Sistema Solar

1. Teoría Nebular: Las órbitas planetarias son elípticas alrededor del Sol. Los planetas interiores son más pequeños y densos, mientras que los exteriores son grandes y ligeros. Según Kant, una gran nebulosa de gas y polvo se condensó debido a la gravedad y a la fuerza centrípeta.
2. Acreción Planetesimal: La energía gravitatoria de la nebulosa se transformó en energía térmica elevando la temperatura, lo que permitió el nacimiento del Sol. Con la formación de hierro, níquel y silicio se crearon los planetesimales, los cuales formaron protoplanetas. Los cuerpos mayores barrieron su órbita y se consolidaron como planetas (formando también la Luna).

Mineralogía

Un mineral es una sustancia natural, inorgánica, sólida, cristalina, con una composición química definida aunque variable. Son sustancias puras.

Conceptos Relacionados

• Isomorfismo: Misma estructura cristalina pero diferente composición química (ej. SiO₂ - cuarzo; SiO₄ + Mg/Fe - olivino).
• Mineraloides: Sustancias naturales sin ordenamiento interno de partículas (materia amorfa, ej. ópalo, obsidiana, limonita).
• Polimorfismo: Misma composición química pero diferente estructura interna (ej. diamante y grafito).

Propiedades de los Minerales

1. Hábito: Forma externa del cristal (euédricos con caras bien formadas, subédricos con caras imperfectas, anédricos sin caras apreciables).
2. Color: Puede ser idiocromático (color característico) o alocromático (variable). La raya (color del polvo fino) es invariable y muy útil para la identificación.
3. Brillo: Aspecto y calidad de la luz reflejada (metálico o no metálico).
4. Exfoliación: Capacidad de romperse a lo largo de planos preferentes (ej. calcita).
5. Fractura: Rotura del mineral sin seguir planos de exfoliación (ej. fractura concoidea del sílex).
6. Dureza: Resistencia a ser rayado (medida mediante la escala de Mohs: talco, yeso, calcita, fluorita, apatito, ortosa, cuarzo, topacio, corindón, diamante).
7. Densidad: Relación entre el peso del mineral y el de un volumen igual de agua.
8. Otras propiedades: Magnetismo, birrefringencia, solubilidad, elasticidad, tacto y reacción a ácidos.

Clasificación de los Minerales

• Elementos Nativos: En estado puro en la naturaleza (metálicos y no metálicos, ej. azufre, cobre, oro).
• Sulfuros: Compuestos con azufre; actúan como menas importantes (ej. galena, pirita, cinabrio).
• Haluros: Compuestos por halógenos (F, Cl, Br, I; ej. halita, fluorita).
• Óxidos e Hidróxidos: Con oxígeno o grupos hidroxilo (ej. pirolusita, limonita, hematites, magnetita, corindón).
• Carbonatos y Nitratos: Con aniones carbonato o nitrato (ej. aragonito, malaquita, calcita, dolomita).
• Sulfatos: Con el anión sulfato (SO₄²⁻), generalmente de baja dureza (ej. yeso, anhidrita).
• Fosfatos: Con el grupo aniónico (ZO₄³⁻), (ej. apatito, wolframita).
• Silicatos: Constituyen el 90% de la corteza terrestre; se basan en el tetraedro de silicio y oxígeno:
  • Neosilicatos: Tetraedros aislados (olivino, granates).
  • Ciclosilicatos: Tetraedros en anillos o ciclos (turmalina, berilo).
  • Inosilicatos: En cadenas simples o dobles (augita).
  • Filosilicatos: En láminas (moscovita, biotita).
  • Tectosilicatos: Armazón tridimensional en todas direcciones (cuarzo, feldespatos).

Aplicaciones y Yacimientos Minerales

Un yacimiento mineral es una concentración de una sustancia útil rodeada de material estéril.

• Mena: Mineral de interés económico del que se extrae el elemento útil.
• Ganga: Minerales acompañantes sin interés económico.
• Reserva: Minerales listos y rentables para su explotación inmediata.
• Recurso: Cantidad total estimada de un mineral existente en la corteza.

Ejemplos de Minerales y Fórmulas Clave

• Carbonatos: Calcita (CaCO₃), Dolomita (CaMg(CO₃)₂).
• Haluros: Halita (NaCl), Fluorita (CaF₂), Silvina (KCl).
• Óxidos: Hematites (Fe₂O₃), Magnetita (Fe₃O₄), Corindón (Al₂O₃).
• Sulfuros: Galena (PbS), Esfalerita (ZnS), Pirita (FeS₂), Calcopirita (CuFeS₂), Cinabrio (HgS).
• Sulfatos: Yeso (CaSO₄·2H₂O), Anhidrita (CaSO₄).