Origen y Estructura de la Tierra: Una Perspectiva Geológica

Origen de la Tierra y Formación del Sistema Solar

El Sistema Solar se originó a partir de una nebulosa fría compuesta por gas, polvo de hielo y silicatos. Hace miles de millones de años, esta nebulosa comenzó a contraerse y a girar sobre sí misma. La mayor parte de la masa se concentró en el centro, mientras que el resto giraba alrededor en forma de disco. La formación de un protosol en el centro generó una enorme presión y temperatura, dando lugar a reacciones de fusión nuclear. En estas reacciones, se formó hielo y las partículas comenzaron a colisionar entre sí, creando cuerpos de tamaño cada vez mayor, como planetesimales, planetoides y, finalmente, planetas.

En las cercanías del Sol, las partículas más ligeras adquirieron la velocidad necesaria para migrar a las zonas externas del disco, donde permanecieron estables. Esto explica la formación de planetas enanos y densos en el interior del Sistema Solar (Mercurio, Marte, Venus y la Tierra) y planetas grandes y ligeros (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno) en el exterior. La energía gravitatoria que comprimía los planetas nacientes y los impactos de otros cuerpos hicieron que su temperatura aumentara. Al girar sobre sí mismos, adquirieron forma esférica y sus materiales se dispusieron en capas: núcleo, manto, corteza y atmósfera. El viento solar arrastró los pequeños cuerpos restantes, que se concentraron en el exterior del Sistema Solar y dieron lugar a los cometas. Los que no fueron expulsados, impactaron sobre los planetas y satélites, provocando un intenso bombardeo de meteoritos.

Métodos de Estudio del Interior de la Tierra

Métodos Directos

Los métodos directos se basan en la observación directa de los materiales que componen nuestro planeta o de algunas de sus propiedades físicas. Entre ellos, podemos destacar:

• Minas: Las minas más profundas han conseguido llegar hasta los 3000 metros de profundidad.
• Sondeos geológicos: Se llevan a cabo mediante sondas que perforan el terreno y disponen de un tubo extractor que permite sacar a la superficie una columna de materiales. Esto permite conocer la estructura geológica de un terreno con fines mineros.
• Volcanes: Podemos obtener información a partir de los materiales que expulsan los volcanes. En el magma se pueden encontrar muestras de rocas inalteradas del manto terrestre, arrastradas durante su ascenso.
• Orógenos o cadenas montañosas: En estas formaciones, afloran materiales originados a cierta profundidad, que han quedado al descubierto al desaparecer las rocas que los recubrían a causa de la erosión.

Métodos Indirectos

Los métodos directos son limitados en su alcance, por lo que deben ser complementados por los métodos indirectos. Con la información que obtenemos de ellos, podemos construir un modelo del interior de nuestro planeta. La Tierra es una esfera heterogénea, con materiales más densos en el interior y más ligeros en la superficie.

• Gravedad y Anomalías Gravimétricas

  La aceleración centrífuga debida a la rotación terrestre se opone a la aceleración de la gravedad. La gravedad también varía con la altitud, ya que a mayor altitud, mayor es la distancia al centro de la Tierra. La gravedad en la superficie de un océano será menor que en un punto de la superficie terrestre al nivel del mar, debido al defecto de masa del agua con respecto a la tierra. También hay que tener en cuenta la variación que produce la presencia o ausencia de masa debido al relieve próximo.

  Las anomalías gravimétricas se producen cuando la diferencia entre el valor real de la gravedad y el teórico es mayor que cero (anomalía positiva) o menor que cero (anomalía negativa). Estas anomalías sirven para localizar yacimientos minerales cuya densidad sea diferente a la de las rocas circundantes. Las anomalías gravimétricas positivas indican zonas con abundancia de minerales metálicos, mientras que las negativas pueden señalar la presencia de rocas menos densas, como los domos salinos.

• Estudio de la Temperatura

  La temperatura del interior de la Tierra aumenta con la profundidad. Este aumento se denomina gradiente geotérmico, y disminuye a mayor profundidad. La tomografía sísmica se basa en el estudio de la velocidad de las ondas sísmicas dentro de una misma capa. Un incremento de la temperatura implica una pérdida de rigidez y, por lo tanto, una disminución de la velocidad de las ondas.

• Estudio del Magnetismo Terrestre

  La Tierra actúa como un gran imán que genera a su alrededor un campo magnético. Esto se debe a que su núcleo externo, fluido y metálico, está en continuo movimiento y presenta una rotación diferencial con respecto al núcleo interno, sólido pero también metálico. Las variaciones locales del campo magnético, producidas por las diferencias en los materiales que constituyen la corteza terrestre, se denominan anomalías magnéticas. Las anomalías positivas indican la existencia en profundidad de rocas más ricas en hierro, mientras que las negativas sugieren la presencia de rocas amagnéticas.

  El magnetómetro mide los valores del campo magnético. Con estos datos, se confeccionan los mapas de isógonas, que unen puntos de la superficie terrestre con la misma declinación magnética. En ocasiones, la polaridad del campo magnético se invierte.

• Método Eléctrico

  Este método se basa en los cambios de conductividad eléctrica de las rocas. Se fundamenta en las medidas de resistividad, creando un campo magnético de corriente continua o alterna con una fuerte diferencia de potencial.

• Estudio de los Meteoritos

  Los meteoritos son cuerpos sólidos que entran en la órbita de la Tierra. Proceden del cinturón de asteroides situado entre Marte y Júpiter. Su origen podrían ser planetesimales y planetoides que no llegaron a aglomerarse para formar un planeta de tipo terrestre. La composición de los meteoritos sería similar a la de los planetesimales que originaron la Tierra. Se clasifican en: acondritas, condritas, sideritos y siderolitos.

• Método Sísmico

  Este método se basa en el estudio de las ondas sísmicas que se originan al producirse un terremoto. Un terremoto es una liberación de la energía mecánica acumulada en puntos muy concretos del interior de la Tierra. La velocidad de propagación de las ondas sísmicas depende de propiedades físicas como la densidad, la rigidez y la compresibilidad de los materiales que atraviesan.

  • Ondas Primarias (P): Son las más rápidas. Las partículas vibran en la misma dirección en que se transmiten, por lo que son ondas longitudinales.
  • Ondas Secundarias (S): Son más lentas, no se transmiten por fluidos y las partículas vibran transversalmente a la dirección de propagación, siendo ondas transversales.

  Las discontinuidades sísmicas son cambios bruscos en la velocidad de las ondas sísmicas. Se clasifican en:

  • Discontinuidades de primer orden:
    • Discontinuidad de Mohorovičić: Separa la corteza del manto. Tanto las ondas P como las S aumentan su velocidad.
    • Discontinuidad de Gutenberg: Separa el manto terrestre 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:
    • Zona de transición del manto: Separa el manto superior del inferior. Aquí, las ondas sísmicas sufren un fuerte aumento en su velocidad.
    • Zona de transición del núcleo: Separa el núcleo externo del interno. Las ondas P sufren un importante aumento de velocidad, lo que se interpreta como que el núcleo interno se encuentra en estado sólido.

Estructura Interna de la Tierra

Se han propuesto dos modelos para describir la estructura interna de la Tierra: el modelo geoquímico y el modelo dinámico. El modelo dinámico se propuso durante el desarrollo de la teoría de la tectónica de placas para explicar la dinámica de las placas litosféricas, teniendo en cuenta su rigidez o fluidez.

Modelo Geoquímico

• Corteza:
  • Corteza continental: Presenta un espesor muy variable y una composición heterogénea, con gran variedad de rocas. Se observa un aumento del grado de metamorfismo según aumenta la profundidad y cierta variación en el tipo de rocas ígneas.
  • Corteza oceánica: Es una capa fina pero continua, con una composición más uniforme. Desde la superficie hacia el interior, encontramos:
    • Capa de sedimentos, con un grosor mayor cerca de los continentes y menor cerca de las dorsales.
    • Capa de basaltos, que se han solidificado al salir por las dorsales oceánicas.
    • Gabros, de composición química igual a la de los basaltos, pero con minerales mejor cristalizados debido a una solidificación más lenta.
• Estructura horizontal de la corteza:
  • Escudos: Son áreas tectónicamente estables que forman extensas penillanuras debido a la intensa erosión. Están compuestos por rocas metamórficas muy antiguas.
  • Cordilleras: Son las zonas más activas de la corteza, con una importante actividad tectónica y magmática. Constituyen los relieves más elevados y plegados, originados en tiempos más recientes, por lo que no han sido arrasados por la erosión. Están formadas por rocas sedimentarias.
  • Plataformas interiores: Entre los cratones y los orógenos suelen aparecer depresiones en las que se depositan los sedimentos provenientes de la erosión de las cordilleras.
  • Márgenes continentales: Aunque se encuentran sumergidos bajo el agua de los océanos, forman parte de la corteza continental. Incluyen:
    • Plataformas continentales: Zonas sumergidas que forman parte del continente. Tienen una pendiente muy suave y en ellas se acumulan sedimentos procedentes de la erosión de los continentes. Su espesor disminuye mar adentro.
    • Talud continental: Se extiende desde el extremo de la plataforma continental hasta el océano profundo. Presenta una pendiente acusada y en él se pone en contacto la corteza continental con la oceánica. Se acumula una gran cantidad de sedimentos.
  • Fondos oceánicos:
    • Llanura abisal: En ella se deposita una escasa cantidad de sedimentos. Emergen edificios volcánicos que dan lugar a islas y otros con su cima terminada en meseta, denominados guyots.
    • Fosa submarina: Son depresiones largas y profundas asociadas a zonas de subducción.
    • Dorsal oceánica: Se sitúan en el centro de los fondos oceánicos. Poseen una depresión central estrecha que corresponde con una fractura profunda por donde salen basaltos del manto superior. Esto provoca la separación de los bloques situados a ambos lados, generando la expansión de los fondos oceánicos.
• Manto: Compuesto por rocas de carácter básico, con minerales como silicatos de magnesio y hierro. Presenta una cierta uniformidad en sus propiedades, aunque el manto superior e inferior poseen distintas densidades y estructuras.
• Núcleo: Compuesto principalmente de hierro, níquel, oxígeno y azufre. El núcleo externo se encuentra en estado líquido, mientras que el núcleo interno está en estado sólido.

Modelo Dinámico

Este modelo diferencia las capas del interior terrestre atendiendo a su rigidez y a su capacidad para deformarse.

• Litosfera: Es la capa más superficial de nuestro planeta, que corresponde a la corteza y parte del manto superior. Es de naturaleza rígida y se encuentra fracturada en placas litosféricas.
• Astenosfera: Se encuentra bajo la litosfera. En ella, el manto se encuentra parcialmente fundido. Se forma a partir de penachos calientes de naturaleza más plástica que ascienden a través del manto. No es una capa continua que se extienda por toda la Tierra, sino que se encuentra en zonas del manto superior donde hay fusión incipiente de rocas.
• Mesosfera: Es la parte del manto que se extiende por debajo de la astenosfera. Los minerales se encuentran en estado sólido. Existe convección en estado sólido en todo el manto, formándose 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. El límite entre el manto profundo y el núcleo se denomina límite D''.
• Endosfera: Es equivalente al núcleo. El material conductor que constituye el núcleo externo está fundido y se comporta como un fluido, girando a distinta velocidad que el núcleo interno, de naturaleza sólida y metálica.