Explorando las Capas Terrestres

Estructura y Dinámica de la Tierra

La Interacción entre Atmósfera, Superficie y Océanos

La Tierra es un planeta en constante cambio debido a la interacción entre su atmósfera y la superficie terrestre. Los océanos intervienen en el ciclo del agua, al mismo tiempo que interfieren en la dinámica de la propia atmósfera y del planeta en general. La parte sólida del planeta, la geosfera, también es dinámica, cambiando continuamente gracias a los procesos geológicos internos y externos.

Los Océanos

La presencia de agua líquida es lo que permite que nuestro planeta tenga vida. Los factores que lo hacen posible son:

• Distancia adecuada del sol.
• Existencia de una atmósfera cuya presión limita la evaporación excesiva del agua.
• Efecto invernadero que impide la congelación.

El agua, junto con la atmósfera, forma un sistema dinámico que permite el ciclo del agua.

La Geosfera

La superficie sólida del planeta interactúa con la atmósfera y el agua en los llamados procesos geológicos externos: meteorización, erosión, transporte y sedimentación.

Métodos de Estudio de la Tierra

• Directos: Sondajes, emisiones volcánicas.
• Indirectos: Método gravimétrico, gradiente geotérmico, estudio de meteoritos, densidad, método sísmico.

Estructura Geoquímica de la Tierra

Tipos de Ondas Sísmicas

• Ondas P (primarias): Ondas longitudinales. El material es alternadamente comprimido y dilatado en la dirección de propagación. Atraviesan líquidos y sólidos.
• Ondas S (secundarias): Ondas con desplazamiento transversal a la dirección de propagación. Velocidad menor que las P. Atraviesan sólidos.
• Ondas Superficiales: Cuando las otras ondas llegan a la superficie, se generan las ondas R y L, que se propagan por la superficie terrestre. Son las causantes de los daños producidos por los sismos en las construcciones.

Modelo Geoquímico

La Tierra tiene un radio de 6.370 km. En su interior, durante la evolución y enfriamiento, se formaron tres capas de composición distinta: corteza, manto y núcleo.

Corteza

Capa más externa de la Tierra, desde la superficie hasta la discontinuidad de Mohorovicic. Se diferencian dos tipos de corteza:

• Corteza continental: Con materiales menos densos de composición variada y edad variada.
• Corteza oceánica: Más densa y mucho más joven y homogénea en cuanto a estructura y composición (predominando gabros y basaltos).

Manto

Entre la corteza y el núcleo. Capa uniforme, formada por silicatos, consta de manto inferior y superior. El manto termina en la discontinuidad de Gutenberg, a 2.900 km de profundidad.

Núcleo

De elevada densidad. Consta de:

• Un núcleo interno que está en estado sólido por elevada temperatura y presión.
• Un núcleo externo que está fundido, dado que la presión es menor.

Los núcleos interno y externo están separados por la discontinuidad de Wiechert-Lehman. La elevada velocidad de giro del núcleo interno hace que actúe como una dínamo, que es la causa del campo magnético de la Tierra.

Modelo Geodinámico

De exterior a interior:

Litosfera

Capa más superficial, comprende toda la corteza y la parte superior del manto. Es una capa fría y rígida, y está fracturada en placas que se mueven unas con respecto a las otras. Hay litosfera oceánica y continental.

Astenosfera

Por debajo de la litosfera, comprende parte del manto superior. Se trata de una capa plástica donde los materiales están en el llamado punto de fusión incipiente. Su grosor y localización son discontinuos, dependiendo de las condiciones de temperatura y presión.

Mesosfera

Debajo de la astenosfera y en estado sólido, los materiales a estas presiones y temperaturas tan altas tienen cierta plasticidad. Los materiales se mueven por corrientes de convección. Comprende el resto del manto y limita con el núcleo en la región "zona D".

Endosfera

Es la capa más interna y comprende los núcleos interno y externo. Al igual que el núcleo, se diferencia en endosfera externa (líquida) y endosfera interna (sólida).

Dinámica de la Tierra: Teoría de la Tectónica de Placas

En las primeras fases de formación del planeta, debido a las altas temperaturas, no había océanos ni masas continentales. A medida que se fue enfriando, se fueron formando los continentes y, más tarde, cuando la temperatura en la superficie bajó lo suficiente como para permitir la existencia de agua líquida, los océanos. Continentes y océanos sufrieron, a lo largo del enfriamiento de la Tierra, continuos cambios que aún continúan y que seguirán hasta que se enfríe por completo. La causa de la dinámica de la litosfera es la calor interna de la Tierra.

Esta energía térmica interna se difunde hacia el exterior del planeta mediante corrientes de convección en las distintas capas de la división dinámica. La pérdida de calor es muy lenta, ya que, al existir diferentes niveles de convección, se recupera parte de la energía. En las zonas de ascenso de las corrientes convectivas del manto, se produce un aumento de volumen que lleva a que se fracture la litosfera que se encuentra encima. Al fracturarse la litosfera, baja la presión y los materiales mesosféricos se funden, formando magma que sale por estas fracturas. Al enfriar, solidifican y forman nueva litosfera en forma de roca ferromagnesiana (gabros y basaltos), que será nueva litosfera oceánica. El vapor de agua de estas emanaciones volcánicas se enfría y forma el agua de los océanos.

Estas zonas de fractura y formación de litosfera forman las dorsales oceánicas (grandes elevaciones con un valle central, el rift) debido a las enormes fuerzas de distensión que empujan la litosfera recién formada hacia los lados. La litosfera oceánica se forma de este modo, por rotura de la litosfera continental y por la salida y consolidación de magma. En los límites entre la litosfera oceánica y la continental, hay un cambio de grosor y de densidad. Debido a esto, el empuje que se ejerce desde las dorsales hace que, precisamente en este límite, sea donde con más frecuencia se rompe la litosfera y la parte oceánica (más delgada, fría y densa) se hunde bajo la continental. A este proceso se le llama subducción.

Límites de Placas

• Límites constructivos/divergentes: En las zonas de las dorsales oceánicas y rifts continentais, las placas se están separando y se forma nueva litosfera oceánica. Son zonas de actividad magmática y sísmica. En ocasiones, los materiales de la dorsal pueden llegar a emerger (isla de Islandia).
• Límites destructivos/convergentes: En las zonas donde la litosfera oceánica subduce bajo las continentales, el empuje hace que los sedimentos acumulados salgan al exterior en forma de rocas metamórficas (debido sobre todo a la presión). Hay vulcanismo (fusión de materiales en la superficie de fricción o "plano de Benioff") y grandes tensiones que originan sismos, y dan lugar a importantes orógenos costeros (Andes). Tras subducir toda la litosfera oceánica que precede a una zona continental, se produce el choque entre dos márgenes continentales, produciéndose la obducción o colisión continental. Las placas, al tener la misma densidad, no subduce ninguna y el resultado es la acumulación y elevación de los materiales, dando lugar a un orógeno (Himalaya, choque entre la placa India y la Euroasiática). Presenta sismicidad importante por la convergencia de las placas, pero no actividad volcánica.
• Límites pasivos/neutros: Las dorsales tienen unas roturas perpendiculares a su recorrido, las fallas transformantes. En estos bordes de placa, la litosfera se desliza lateralmente una con respecto a la otra. Hay gran actividad sísmica (falla de San Andrés).

Tipos de Placas

Hay placas que solo están formadas por litosfera oceánica y otras que tienen litosfera oceánica y continental (mixtas). Los continentes no siempre han estado en el mismo lugar, ni siempre han existido los mismos continentes. En el pasado, estuvieron todos juntos, formando Pangea. Se sabe que existieron varias Pangeas, como consecuencia de juntarse y separarse varias veces las masas continentales. La última ruptura de Pangea ocurrió a comienzos del Mesozoico, hace 230 millones de años, y continúa en la actualidad.

Wegener y la Deriva Continental: Pruebas

• Geográficas: Coincidencia entre las formas de la costa de los continentes, sobre todo si se tienen en cuenta las plataformas continentales (Sudamérica y África).
• Paleontológicas: Existen fósiles de organismos idénticos en lugares que hoy distan miles de kilómetros (los separa un océano, y estos organismos no habrían sido capaces de cruzarlos), lo que hace pensar que antes los continentes estaban unidos.
• Geológicas/tectónicas: Existen rocas del mismo tipo y edad a ambos lados del Atlántico, así como coincidencia de cadenas montañosas.
• Paleoclimáticas: Existen zonas de la Tierra cuyos climas no coinciden con los que tuvieron en el pasado, lo que se refleja en registros geológicos (India y Australia cubiertas por hielo, mientras que Norteamérica y Europa eran bosques cálidos), lo que significa que antes se encontraban en zonas con latitudes diferentes.

Expansión del Fondo Oceánico

Las dorsales son zonas donde se expulsa magma desde el manto, que pasa a formar parte de la corteza oceánica; son zonas donde se construye corteza oceánica. Esa corteza se destruye, introduciéndose de nuevo en el manto, en las zonas de subducción.

Pruebas de la Expansión del Fondo Oceánico

• Cartografía del fondo oceánico.
• Edad del fondo oceánico.
• Paleomagnetismo.

Wegener y la Tectónica de Placas: Pruebas Paleomagnéticas

Minerales que contienen hierro presentan distinto ángulo de orientación en función de la latitud.

Pruebas Oceanográficas

• Descubrimiento de las dorsales oceánicas.
• Elevada actividad volcánica.
• La capa de sedimentos marinos es muy inferior, sobre todo en las zonas próximas a la dorsal.
• La edad del fondo marino disminuye al acercarnos a la dorsal.

Expansión del Fondo Oceánico (Hess)

Hess sugirió que los fondos de los océanos se expanden continuamente mediante material del interior que sale por las dorsales oceánicas, agrandando las cuencas oceánicas y empujando a los continentes a separarse entre sí. Esta teoría se basa en la distribución de edades de la corteza oceánica:

• Actual en el contorno de las dorsales.
• Aumenta de manera progresiva y simétrica, a ambos lados de la dorsal, según nos alejamos de ella.
• La edad máxima, por donde volverían los materiales al interior, se encuentra a los lados de las grandes fosas marinas.

Del mismo modo, los sedimentos marinos aumentan de espesor según nos alejamos de la dorsal. Si aceptamos que a mayor tiempo expuesto a la sedimentación le corresponde mayor cantidad de sedimentos...

Zonas de Subducción

Bordes destructivos de placa litosférica, con fuerzas de compresión. En los bordes de subducción, las tensiones que se generan al empujar la litosfera oceánica contra la continental ocasionan movimientos sísmicos y fracturas por donde sale lava (vulcanismo).

Zonas de Dorsal

Bordes constructivos de placa, con tensiones divergentes. En los bordes de dorsal oceánica, la rotura de la litosfera hace que el magma emerja y forme más litosfera oceánica, que, al empujar a la antigua, ocasiona las tensiones asociadas a terremotos. También hay terremotos en zonas interiores de continentes debidas a tensiones acumuladas del pasado, y volcanes en el interior de placas asociados a los llamados Puntos Calientes, que se originan por penachos térmicos que ascienden desde el interior del planeta.