Estudio del Interior de la Tierra y la Atmósfera

Métodos de Estudio del Interior de la Tierra

Métodos Directos (MD)

Estudio de Rocas Superficiales

Permite deducir procesos que afectaron a la Tierra en el pasado, como deformaciones y metamorfismo. Se pueden observar rocas de zonas profundas del interior terrestre que han aflorado a la superficie por volcanes, erosión o en zonas de impacto de grandes meteoritos.

Estudio de Rocas Profundas

Se realiza mediante excavaciones de minas o sondeos, aportando datos directos hasta 13 km de profundidad. Permite tomar muestras de rocas o medir la temperatura de esas zonas profundas.

Análisis de Muestras en Laboratorio

Se realizan pruebas físicas y químicas, o se cortan y observan las muestras por microscopio petrográfico. Aportan datos sobre la composición y el proceso de formación de las rocas.

Métodos Indirectos (MI)

Utilizan técnicas basadas en cálculos sobre las propiedades fisicoquímicas de la Tierra. A partir de estos datos, los geólogos deducen las características de su interior.

Geotérmico

La geotermia estudia el origen del calor interno de la Tierra, que procede principalmente del calor de formación de esta y la desintegración de elementos radiactivos presentes en el manto y la corteza. Investiga la variación de temperatura en el interior terrestre, utilizando dos parámetros: el gradiente y el flujo geotérmicos.

Gradiente Geotérmico

Es el aumento de temperatura con la profundidad, aproximadamente 3 ºC cada 100 m. Es constante durante los primeros 30-35 km de profundidad, a partir de ahí disminuye. La temperatura del centro de la Tierra se estima entre 6000-6500 ºC.

Flujo Geotérmico

Es el calor que pierde el interior del planeta, que puede ser detectado en la superficie. Su valor promedio es de 61 mW/m2, pero no es igual en todas las regiones, existiendo anomalías geotérmicas.

Gravimétrico

Se basa en la aceleración de la gravedad (g = G · M / R2) y la aceleración centrífuga que se opone a la gravedad. La gravedad varía con la altitud, siendo mayor cuanto mayor sea la distancia al centro de la Tierra. El valor de g en la superficie del océano es menor que en un punto en la superficie terrestre al nivel del mar. También varía por la presencia o ausencia de masa del relieve próximo al punto de observación.

Teoría del Elipsoide

El movimiento de rotación genera una fuerza centrífuga que ensancha el planeta por el ecuador y lo achata por los polos, haciendo que el radio ecuatorial sea mayor que el radio polar.

Teoría del Geoide

Es una figura distorsionada por las irregularidades de la topografía y la composición de la Tierra, con zonas rocosas más densas y menos densas.

Sísmico

Proporciona la mayor cantidad de datos sobre el interior de la Tierra. Estudia las ondas sísmicas que se originan cuando se produce un seísmo o terremoto y atraviesan toda la Tierra. Estas ondas se pueden estudiar en sismogramas registrados con sismógrafos.

Terremoto

Es la liberación de energía mecánica acumulada en puntos del interior de la Tierra, ligados a grandes fallas que separan bloques con diferentes movimientos. Se origina en el hipocentro, desde el que se expanden frentes de ondas sísmicas en todas las direcciones.

Ondas P

Empujan y tiran los materiales que atraviesan en la misma dirección de propagación de la onda. Su movimiento es análogo al de un muelle. Son las ondas que registran mayor velocidad, entre 6 y 13 km/s, y las primeras en llegar. Se transmiten en materiales sólidos y líquidos, aunque en líquidos su velocidad disminuye.

Ondas S

Son más lentas, con una velocidad de 3 a 8 km/s. No se transmiten en fluidos y las partículas vibran transversalmente a la dirección de propagación de las ondas.

Ondas Superficiales

Se propagan solo en la superficie del terreno, perdiendo amplitud con la profundidad. Son las ondas R o Rayleigh y L o Love.

Discontinuidad

Es un cambio brusco en la velocidad y dirección de las ondas sísmicas, que separa dos medios de diferente composición o estado.

Discontinuidad Sísmica

Son zonas internas de la Tierra donde las ondas sísmicas se reflejan y refractan.

Discontinuidades de Primer Orden

Las ondas sufren cambios de velocidad muy bruscos y fácilmente observables en todos los lugares de la Tierra.

• Discontinuidad de Mohorovicic: separa la corteza del manto. Se encuentra a 35 km y 70 km de profundidad bajo los continentes, y a 8 km y 10 km bajo los océanos. Tanto las ondas P como las S aumentan su velocidad.
• Discontinuidad de Gutenberg: es muy nítida y se encuentra a 2.900 km de profundidad. Separa el manto del núcleo. Las ondas P disminuyen su velocidad y las ondas S dejan de transmitirse, lo que indica que el núcleo externo se encuentra en estado líquido.

Discontinuidades de Segundo Orden

Los cambios de velocidad son menos evidentes, siendo cambios en el gradiente de propagación.

• Discontinuidad de Conrad: separa la corteza continental de la oceánica, pero no es continua.
• Discontinuidad de Repetti: se encuentra entre 670 km y 1.000 km de profundidad. Separa el manto superior del manto inferior. Las ondas experimentan un fuerte aumento en su velocidad.
• Discontinuidad de Lehman: se encuentra entre 4.900 km y 5.150 km de profundidad. Separa el núcleo externo del interno. Las ondas P aumentan su velocidad, lo que indica que el núcleo interno está en estado sólido.

El Ciclo de Wilson

Describe el proceso de formación y destrucción de la corteza oceánica y la deriva de los continentes.

Fragmentación Continental

Un continente se fragmenta por la acción de un punto caliente. El magma asciende, provocando un abombamiento de la litosfera.

Formación de un Valle de Rift

La litosfera se rompe, formando fallas paralelas. Los bloques centrales se hunden y queda un valle de rift, que puede inundarse por agua, formando lagos y ríos.

Formación de un Mar Joven y Estrecho

El magma asciende y se solidifica, formando nueva corteza oceánica.

Extensión del Fondo Oceánico

Los mares crecen y se abren amplios océanos.

Rotura de Placa Mixta y Subducción

Se generan límites destructivos al detenerse (o iniciarse un movimiento en sentido contrario) uno o dos bloques continentales que se alejan de la dorsal. Se produce la rotura de la placa mixta y la formación de dos placas, una oceánica que se hunde bajo la primera (subducción) y se destruirá al penetrar en el manto.

Colisión Continental (Obducción)

La corteza oceánica que subduce forma parte de una placa mixta. La convergencia culminará con la colisión entre dos bloques con corteza continental.

Modelos del Interior de la Tierra

Modelo Geoquímico

Corteza

Es la capa más externa de la Tierra y la mejor conocida. Es heterogénea y está limitada inferiormente por la discontinuidad de Moho. Se distinguen diferentes estructuras y una variada composición química de rocas. Se divide en corteza continental y oceánica. Los materiales de la primera son menos densos que los de la segunda.

Corteza Continental

Tiene un espesor de 35-70 km y es muy heterogénea, compuesta por rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias. La variabilidad del espesor se debe a que la corteza continental se engrosa normalmente debajo de cadenas montañosas, mientras que en zonas de poco relieve es más delgada.

Corteza Oceánica

Es una capa fina pero continua, con un espesor constante de 8-10 km aproximadamente. Es muy homogénea y está compuesta por:

• Capa de sedimentos
• Capa de basaltos

Manto

Se extiende desde la discontinuidad de Moho hasta la de Gutenberg. Está compuesto por rocas de carácter básico. La velocidad de propagación de las ondas sísmicas es análoga a las de las peridotitas.

Núcleo

Se extiende desde los 2.885 km hasta el centro de la Tierra. Está compuesto principalmente por hierro (Fe), y también por níquel (Ni), oxígeno (O) y azufre (S).

Núcleo Externo

Se encuentra en estado líquido, por lo que no transmite ondas S. Se extiende desde los 2.900 km hasta los 5.120 km de profundidad.

Núcleo Interno

Se encuentra en estado sólido y las ondas P aumentan su velocidad al atravesarlo. Las evidencias sobre su composición son todas de carácter indirecto.

Modelo Dinámico

Litosfera

Es la capa más superficial, que comprende la corteza y parte del manto superior. Tiene una naturaleza rígida y está fracturada en placas litosféricas. Su límite inferior se encuentra a 50 km de profundidad en los océanos y entre 100 a 300 km bajo los continentes.

Mesosfera

Está situada bajo la litosfera y se extiende hasta los 2.900 km de profundidad aproximadamente. Se forman células convectivas causadas por el ascenso de penachos calientes desde el límite con el núcleo y por el descenso de fragmentos de litosfera fría que se introducen en las zonas de subducción profunda.

Endosfera

Es el material conductor que constituye el núcleo externo fundido. Se comporta como un fluido y gira a distinta velocidad que el núcleo interno, que tiene una naturaleza sólida y metálica. El giro diferencial genera el campo magnético terrestre.

Teoría de la Tectónica de Placas

Explica el movimiento de la litosfera terrestre sobre la astenosfera. Se produce por el intercambio de energía térmica entre el núcleo externo y las capas más superficiales de la Tierra.

Teoría de la Deriva Continental

Propone que los continentes estuvieron unidos formando Pangea, rodeado por el océano Panthalasa. Se basa en pruebas geológicas, geográficas (los continentes encajan), paleontológicas (fósiles) y paleoclimáticas (sedimentos de origen glaciar).

Placas Tectónicas

Son fragmentos de litosfera de extensión muy variable y de forma irregular.

Límites Divergentes o Constructivos

Son zonas con tensión que separan las placas. La disminución de presión en profundidad provoca la formación de magma basáltico, que asciende entre las dos placas y, al solidificarse, forma nueva litosfera oceánica. Las zonas de bordes constructivos están representadas por las dorsales oceánicas.

Límites Convergentes, Destructivos o Compresivos

Se producen entre placas enfrentadas por esfuerzos de compresión. La placa más delgada y densa se sumerge bajo la otra (subducción) y se destruye. Este proceso compensa la formación de litosfera en las dorsales. Las zonas de subducción y de colisión son los bordes destructivos.

Límites Deslizantes, Transformantes o Conservadores

Son zonas en las que la relación entre dos placas tiene lugar por esfuerzos de cizalla. No se crea ni se destruye litosfera, el movimiento se produce por rozamiento entre las placas, generando fallas transformantes.

Tipos de Bordes de Placas

• Bordes constructivos: dorsales oceánicas.
• Bordes destructivos: zonas de subducción y de colisión.

Subducción de Litosfera Oceánica bajo Litosfera Continental

La litosfera oceánica se hunde bajo la continental, formando un orógeno (pericontinental).

Características de las Fosas Oceánicas

• Son profundas depresiones alargadas y estrechas, con anchura variable.
• Se encuentran cerca del continente, por lo que reciben sedimentos de origen continental y oceánico.
• Presentan gran actividad sísmica, con un plano de Benioff que marca la zona de subducción.
• A partir de 700 km de profundidad no hay seísmos.
• Tienen gran actividad volcánica.

Formación de Orógenos

1. Formación de un geosinclinal.
2. Formación de un prisma de acreción.
3. Formación de un magma.
4. Formación del orógeno.

Subducción de Litosfera Oceánica bajo Litosfera Oceánica

Dos placas oceánicas colisionan, una de ellas subduce bajo la otra y generan una fosa oceánica y un arco insular.

Colisión entre Litosfera Continental y Continental

Dos placas continentales colisionan una vez subducida la litosfera oceánica que existía entre ellas. Como tienen la misma densidad, ninguna subduce, produciéndose una obducción.

Formación de Orógenos

1. Formación de volcanes costeros.
2. Formación del orógeno.
3. Colisión continental.

Causas del Movimiento de las Placas

• Corrientes de convección en el manto.
• Plumas calientes: zonas de ascenso de material caliente desde el manto inferior.

Composición de la Atmósfera

• Nitrógeno (N2): gas inerte. Las bacterias lo transforman en nitratos y nitritos.
• Oxígeno (O2): gas reactivo que forma óxidos. Es necesario para la respiración celular y es producto de la fotosíntesis.
• Argón (Ar): gas noble, elemento muy estable que no forma compuestos ni es reactivo.
• Dióxido de carbono (CO2): se forma en la respiración celular y en la combustión de materia orgánica.
• Metano (CH4): gas de efecto invernadero que procede del metabolismo de animales herbívoros.
• Helio (He), hidrógeno (H2), neón (Ne) y criptón (Kr): gases inertes que no intervienen en las reacciones químicas.

Funciones de la Atmósfera

Reguladora

• Distribución del calor: el movimiento del aire produce el viento. El viento está asociado a variaciones de presión que ocurren al desplazarse las masas de aire. La circulación del aire es consecuencia de la convección, la transferencia de calor, debido al calentamiento de las masas de aire por parte de los rayos solares y de la emisión terrestre. La insolación varía con la latitud terrestre.
• Efecto invernadero: responsable de que la temperatura media de la Tierra sea de 15ºC en lugar de -18 ºC.

Protectora

Filtra las radiaciones solares, impidiendo la entrada de los rayos γ, X y ultravioleta. Solo alcanzan la troposfera las radiaciones de onda larga, menos energéticas y necesarias para la vida.

Dinámica de la Atmósfera

Humedad Atmosférica

Es la cantidad de vapor de agua (H2O) que contiene una masa de aire. Es mayor en las zonas inferiores de la troposfera por la evaporación de las masas de agua y la evapotranspiración en las zonas continentales.

Humedad Absoluta (HA)

Es la cantidad de vapor de agua que contiene un volumen de aire en un momento determinado. Se expresa en g/m3. La temperatura de saturación es el punto de rocío, a partir del cual se produce la condensación del vapor de agua contenido en una masa de aire.

Humedad Relativa (HR)

Es la relación entre la cantidad de vapor de agua que una masa de aire contiene y la cantidad que podría llegar a contener a la temperatura en la que se encuentra. Se expresa en %. Cuando el aire está saturado de vapor de agua, la humedad absoluta coincide con la relativa, que es del 100 %. Las nubes son el producto resultante de la condensación del vapor de agua en la atmósfera.

Presión Atmosférica

Es el peso de la columna de aire sobre 1 m2 de superficie terrestre. A nivel del mar, a 0 metros de altitud, la presión es de una atmósfera. Se mide con un barómetro. El valor de la presión a nivel del mar es 1 atm = 760 mm Hg = 1013,3 mb. Varía dependiendo de la humedad y la temperatura del aire.

Movimientos Verticales del Aire

Gradiente Vertical de Temperatura (GVT)

Es la disminución de la temperatura según la altitud. Puede variar en función de la latitud, los cambios estacionales y los ciclos entre el día y la noche.

Gradiente Adiabático Saturado o Húmedo (GAH)

Es el gradiente dinámico en el momento en el que una masa de aire alcanza el punto de rocío. El vapor de agua se condensa y forma una nube.

Gradiente Adiabático Seco (GAS)

Es el gradiente dinámico que afecta a las masas de aire en movimiento que suben o bajan por la temperatura y/o humedad de la masa de aire que les rodea. El agua se encuentra en forma de vapor.

Estabilidad Atmosférica

Las condiciones de estabilidad atmosférica generan anticiclones, zonas de altas presiones.

Isobara

Son líneas que unen puntos geográficos con la misma presión en un momento determinado. Dan lugar a zonas de bajas presiones (borrascas o ciclones) y zonas de altas presiones (anticiclones).

Borrascas

Son zonas de baja presión rodeadas de isobaras, cuyos valores aumentan desde el centro hasta el exterior. Se producen cuando una masa de aire poco denso en contacto con la superficie terrestre es empujada por corrientes térmicas ascendentes. Se crea un vacío por su elevación en el que el aire tiene menos presión.

Anticiclones

Son zonas de alta presión rodeadas por isobaras cuya presión disminuye desde el centro hacia el exterior. Se originan cuando una masa de aire frío situada a cierta altura desciende hasta llegar al suelo. Se produce un viento divergente desde el centro hacia el exterior, en sentido horario en el hemisferio norte y antihorario en el sur. Las subsidencias anticiclónicas más intensas se producen en invierno, cuando las noches son largas y la atmósfera está muy fría.

Tipos de Precipitaciones

Nubes de Convección Térmica

Se forman en zonas de inestabilidad atmosférica, por el ascenso de una masa de aire cálido y húmedo que, al alcanzar el punto de rocío, forma un cúmulo. Durante el ascenso, las gotas chocan entre sí originando gotas de mayor tamaño, que precipitan por su propio peso.

Nubes por Ascenso Orográfico, Efecto Foehn

Una masa de aire húmeda choca con una montaña y asciende por la ladera hasta el punto de rocío, donde el agua se condensa y forma nubes (estratos) que precipitan en contacto con la ladera. La ladera opuesta queda seca y es una zona de sombras de lluvia.

Nubes de Convección de un Frente

Se forman en la zona de contacto entre dos masas de aire de distinta temperatura y humedad. Ambas se comportan como sistemas aislados, chocan y la más fría se mete en cuña por debajo de la más cálida, obligándola a ascender por el frente. Durante el ascenso, el aire cálido y húmedo se condensa y forma una nube. Los frentes dan lugar a las borrascas frontales que generan lluvias.