Los diferentes métodos de estudio del interior de la Tierra han llevado a los geólogos a proponer dos modelos diferentes acerca de sus estructura, según el criterio determinante sea la composición química (modelo geoquímico) o el comportamiento físico de los materiales terrestres (modelo geodinámico). Ambos modelos son correctos, en el sentido de que reflejan realmente las características que se describen en cada uno de ellos, pero tienen diferentes tipos de aplicaciones. Mientras que el modelo geoquímico nos aporta más información acerca de la naturaleza de los materiales terrestres, y de su origen, el modelo geodinámico permite conocer el funcionamiento actual de nuestro planeta.
Composición de la Tierra
En Geología, el estudio de la composición incluye el estudio de tres niveles de organización diferentes: el análisis de los elementos químicos presentes en nuestro planeta, y de su abundancia relativa, el estudio de las sustancias químicas formadas por esos elementos y, lo que es específico de la Geología, el análisis de los minerales presentes en las rocas.
Las rocas y minerales son los elementos básicos que determinan la estructura y la dinámica de las entidades geológicas. La mineralogía es la rama de la Geología que se ocupa específicamente del estudio de los minerales, mientras que la petrología es la que se ocupa del estudio de las rocas. Sin embargo, su estudio desde el punto de vista de la composición plantea algunas dificultades porque tanto unos como otras son mezclas de sustancias químicas de composición variable dentro de ciertos límites.
Los elementos químicos más abundantes en nuestro planeta son el Hierro, el Silicio, el Oxígeno y el Magnesio. Sin embargo, estos elementos están distribuidos de forma muy irregular, de modo que en la corteza son más abundantes los elementos ligeros (Oxígeno, Silicio, Aluminio), mientras que en el núcleo predominan los pesados (Hierro, Níquel). De estos elementos, los que contribuyen en mayor medida a la formación de las rocas son el Silicio y el Aluminio, que también son de los más abundantes en la corteza, mientras que los elementos necesarios para los seres vivos, Carbono, Hidrógeno, Nitrógeno y Oxígeno son, excepto en el caso de este último, bastante poco abundantes.
La frecuencia relativa de sustancias químicas presentes en una zona determinada de la Tierra está relacionada, por una parte, con la abundancia de elementos químicos que pueden reaccionar entre sí para formarlas, pero también con las condiciones físico-químicas que se dieron en el momento y lugar de su formación. Tanto en la corteza como en el manto, las sustancias químicas más abundantes que podemos encontrar son silicatos. Sin embargo, mientras que en la corteza la segunda sustancia más abundante es el óxido de aluminio (Al2O3), en el manto es mucho más abundante el óxido de magnesio (MgO), un elemento más pesado. Se sabe poco acerca de las sustancias químicas que pueden aparecer en el núcleo, aunque se supone que el compuesto mayoritario podría ser el sulfuro de hierro (SFe).
Composición mineralógica y petrológica
Un mineral es una "especie química" natural que suele presentarse en forma sólida (aunque el petróleo y el agua son excepciones bastante importantes) y que suelen ser de naturaleza inorgánica (pero de nuevo los combustibles fósiles representan excepciones a la definición general). No se trata de sustancias químicas puras, sino que en muchos casos son mezclas de sustancias parecidas, o pueden incluir pequeñas proporciones de impurezas que dan lugar a minerales diferentes.
Al caracterizar un mineral no solo es importante su composición química, sino también su estructura, es decir, la disposición en la que se disponen sus átomos formando redes cristalinas. Así, la calcita y el aragonito son minerales diferentes a pesar de tener la misma composición, al igual que son diferentes el grafito y el diamante.
Las rocas, por su parte, son asociaciones de minerales que, estadísticamente, suelen presentarse juntos. No tienen composición química fija, y su composición mineralógica (la proporción de minerales que las forman) varía dentro de ciertos límites difusos.
Los minerales más abundantes del planeta son los silicatos, que constituyen la gran mayoría de las rocas existentes. Desde un punto de vista genético, los minerales y las rocas originales son los de naturaleza magmática, ya que tanto las rocas sedimentarios como las metamórficos se forman a partir de otras rocas.
La siguiente tabla muestra los minerales magmáticos más abundantes y las principales rocas a las que dan lugar.
El término félsico hace referencia a minerales formados por elementos ligeros, como el silicio, el aluminio o el potasio, mientras que máfico se usa para silicatos ricos en magnesio y hierro. Los minerales félsicos se relacionan con lo que tradicionalmente se denominaban minerales ácidos. Son de color claro, y proceden de magmas vicosos. Por su parte los minerales máficos son generalmente oscuros y están relacionados con magmas básicos, poco viscosos.
En la corteza aparecen rocas magmáticas, pero también sedimentarias y metamórficas. Las rocas magmáticas más habituales son el granito y la granodiorita, entre las de carácter ácido, y la sienita, el basalto, el gabro y la peridotita entre las básicas. Las rocas metamórficas más comunes son gneises, esquistos y mármoles, y entre las sedimentarias predominan las arenas, las arcillas y los carbonatos. Aproximadamente la mitad de las rocas corticales son ácidas, y el resto básicas.
Las rocas más comunes en el manto son las peridotitas, formadas sobre todo por olivino.
El modelo geoquímico del interior de la Tierra
El modelo geoquímico se basa en las diferencias de composición química, mineralógica o estructural de los materiales presentes en el interior de nuestro planeta. Este criterio permite diferenciar tres grandes unidades: la corteza, el manto y el núcleo.
Núcleo
El núcleo ha podido ser estudiado mediante análisis sismológicos y a través del estdio de los meteoritos. Sus principales características físicas son su carácter metálico, buen conductor del calor y su capacidad para generar campos magnéticos.
En el núcleo se distinguen dos zonas, el núcleo externo y el interno, con características diferentes:
Las rocas y minerales son los elementos básicos que determinan la estructura y la dinámica de las entidades geológicas. La mineralogía es la rama de la Geología que se ocupa específicamente del estudio de los minerales, mientras que la petrología es la que se ocupa del estudio de las rocas. Sin embargo, su estudio desde el punto de vista de la composición plantea algunas dificultades porque tanto unos como otras son mezclas de sustancias químicas de composición variable dentro de ciertos límites.
Los elementos químicos más abundantes en nuestro planeta son el Hierro, el Silicio, el Oxígeno y el Magnesio. Sin embargo, estos elementos están distribuidos de forma muy irregular, de modo que en la corteza son más abundantes los elementos ligeros (Oxígeno, Silicio, Aluminio), mientras que en el núcleo predominan los pesados (Hierro, Níquel). De estos elementos, los que contribuyen en mayor medida a la formación de las rocas son el Silicio y el Aluminio, que también son de los más abundantes en la corteza, mientras que los elementos necesarios para los seres vivos, Carbono, Hidrógeno, Nitrógeno y Oxígeno son, excepto en el caso de este último, bastante poco abundantes.
Composición mineralógica y petrológica
Un mineral es una "especie química" natural que suele presentarse en forma sólida (aunque el petróleo y el agua son excepciones bastante importantes) y que suelen ser de naturaleza inorgánica (pero de nuevo los combustibles fósiles representan excepciones a la definición general). No se trata de sustancias químicas puras, sino que en muchos casos son mezclas de sustancias parecidas, o pueden incluir pequeñas proporciones de impurezas que dan lugar a minerales diferentes.
Al caracterizar un mineral no solo es importante su composición química, sino también su estructura, es decir, la disposición en la que se disponen sus átomos formando redes cristalinas. Así, la calcita y el aragonito son minerales diferentes a pesar de tener la misma composición, al igual que son diferentes el grafito y el diamante.
Las rocas, por su parte, son asociaciones de minerales que, estadísticamente, suelen presentarse juntos. No tienen composición química fija, y su composición mineralógica (la proporción de minerales que las forman) varía dentro de ciertos límites difusos.
Los minerales más abundantes del planeta son los silicatos, que constituyen la gran mayoría de las rocas existentes. Desde un punto de vista genético, los minerales y las rocas originales son los de naturaleza magmática, ya que tanto las rocas sedimentarios como las metamórficos se forman a partir de otras rocas.
La siguiente tabla muestra los minerales magmáticos más abundantes y las principales rocas a las que dan lugar.
En la corteza aparecen rocas magmáticas, pero también sedimentarias y metamórficas. Las rocas magmáticas más habituales son el granito y la granodiorita, entre las de carácter ácido, y la sienita, el basalto, el gabro y la peridotita entre las básicas. Las rocas metamórficas más comunes son gneises, esquistos y mármoles, y entre las sedimentarias predominan las arenas, las arcillas y los carbonatos. Aproximadamente la mitad de las rocas corticales son ácidas, y el resto básicas.
Las rocas más comunes en el manto son las peridotitas, formadas sobre todo por olivino.
El modelo geoquímico del interior de la Tierra
El modelo geoquímico se basa en las diferencias de composición química, mineralógica o estructural de los materiales presentes en el interior de nuestro planeta. Este criterio permite diferenciar tres grandes unidades: la corteza, el manto y el núcleo.
Núcleo
El núcleo ha podido ser estudiado mediante análisis sismológicos y a través del estdio de los meteoritos. Sus principales características físicas son su carácter metálico, buen conductor del calor y su capacidad para generar campos magnéticos.
En el núcleo se distinguen dos zonas, el núcleo externo y el interno, con características diferentes:
| Núcleo externo | Núcleo interno | |
| Temperatura | 4.000º - 6.000º C | 6.000º - 6.600 ºC |
| Presión | 2·106 atm | 3,6·106 atm |
| Densidad | 9,9 g/cm3 | 13 g/cm3 |
| Profundidad | 2.898 - 5.120 Km | 5.120 - 6.370 Km |
No existen evidencias directas sobre la composición del núcleo, aunque sí algunas pruebas indirectas: los datos sísmicos hacen pensar en un material denso, mientras que los datos magnéticos hacen pensar enn un material ferromagnético. Combinados con el estudio de la composición de los meteoritos se llega a la conclusión de que el principal componente debe ser el hierro. Sin embargo, la densidad del núcleo es inferior a la del hierro puro, por lo que hay que deducir la presencia de otros materiales aleados con él. Los principales candidatos son:
- El níquel está presente en los meteoritos, pero su presencia no es suficiente para rebajar la densidad hasta el valor estimado.
- Podría tratarse del oxígeno, pero los óxidos de hierro solo tienen carácter metálico a presiones muy elevadas. Esto no permite explicar las condiciones en las que se tendría que haber formado el núcleo.
- Un tercer candidato es el azufre, cuya abundancia en el manto es menor a la esperada, por lo que se cree que el resto podría encontrarse en el núcleo.
Probablemente el núcleo externo esté formado por varios tipos de sustancias, entre ellas óxidos y sulfuros de hierro. En cuanto al núcleo interno, existen dos hipótesis distintas sobre su composición: o bien está formado solo por hierro, o bien está formado por hierro y algún elemento más ligero.
El manto
El estudio del manto se lleva a cabo mediante el estudio de meteoritos, pero también mediante estudios sísmicos y gravimétricos. Estos datos han permitido distinguir químicamente dos regiones, el manto superior y el manto inferior, separadas entre sí por una amplia zona de transición, que se extiende aproximadamente desde los 400 hasta los 2.000 kilómetros de profundidad. Las características de las dos zonas del manto se recogen en la siguiente tabla:
| Manto externo | Manto interno | |
| Temperatura | 2.000º - 2.500º C | 2.600º - 3.300 ºC |
| Presión | 0,5·105 - 0,5·106 atm | 1,4·106 atm |
| Densidad | 3,5 g/cm3 | 5,6 g/cm3 |
| Profundidad | 70 - 400 Km | 2.000 - 2.900 Km |
La composición de las condritas, la naturaleza de los magmas que proceden del manto y algunos sondeos realizados en zonas erosionadas de los fondos marinos llevan a pensar que esta región está constituida fundamentalmente por rocas del tipo de las peridotitas. Es probable que exisatan diferencias en la composición mineralógica de las rocas del manto, de modo que en el manto externo aparecería fundamentalmente olivino, en la zona de transición habría fundamentalmente espinelas y el manto inferior estaría formado sobre todo por perovskitas.
Corteza
El estudio de la corteza, al menos en su zona más externa, puede realizarse mediante técnicas directas, pero la investigación de las zonas más profundas requiere también métodos indirectos como el paleomagnético, el análisis de meteoritos o el estudio sismológico.
En esta zona se aprecian también dos unidades diferentes pero, a diferencia de lo que ocurre en el manto y el núcleo las dos zonas no están superpuestas la una a la otra, sino que la diferenciación es lateral.
| Corteza continental | Corteza oceánica | |
| Temperatura | 500º C en la base | 500º C en la base |
| Presión | < 0,5·105 atm | < 0,5·105 atm |
| Densidad | 2,7 - 3 g/cm3 | 3 g/cm3 |
| Profundidad | 0 hasta 10 - 70 Km (según zonas) | 0 hasta 5 - 8 Km |
La corteza oceánica está formada hasta por tres capas superpuestas. La más externa, que puede faltar, está formada por sedimentos. Esta zona está ausente cerca de las dorsales, y es más gruesa en los márgenes de las cuencas oceánicas. Por debajo de esta capa aparece una zona basáltica que se apoya, finalmente, en una capa de gabros. Estos dos tipos de rocas tienen una composición similar, pero se diferencian en su estructura.
El espesor de la corteza oceánica es bastante constante, especialmente si no se tiene en cuenta la capa sedimentaria, y se encuentra en torno a los 7 Km. Su origen parece ser el enfriamiento de magmas de tipo máfico, con un depósito de sedimentos posterior.
La corteza continental, por su parte, se caracteriza por una gran variabilidad en su espesor. Básicamente se diferencian tres zonas: los orógenos alcanzan una profundidad de hasta 70 Km, los cratones llegan a los 40 Km y las zonas de expansión de la corteza son más finas, y solo llegan a unos 30 Km de profundidad. En todas esas zonas, sin embargo, la estructura cortical es similar: existe una zona de sedimentos de espesor variable que descansa sobre una capa granítica parcialmente metamorfizada. El grado de metamorfismo aumenta a medida que lo hace la profundidad.
La corteza terrestre presenta zonas de diferentes edades. Los fragmentos más antiguos son los cratones (que, si están emergidos, se denominan escudos continentales), que tienen unos 3.800 millones de años de antigüedad, de acuerdo con las rocas de mayor edad que han podido ser datadas en ellos. Los orógenos, en cambio, son zonas formadas por colisión entre placas tectónicas que se formaron en épocas muy concretas de la historia de la Tierra. Los más modernos tienen una antigüedad de unos 65 millones de años. Por lo que se refiere a la corteza oceánica, toda ella es relativamente moderna, de modo que su edad oscila entre los 180 millones de años para los fragmentos más antiguos y los cero millones de años, ya que continúa formándose en la actualidad.
El modelo geodinámico del interior de la Tierra
El modelo dinámico para describir el interior de la Tierra se basa fundamentalmente, a diferencia del geoquímico, en datos obtenidos mediante el estudio de propagación de las ondas sísmicas. Los cambios en la velocidad de dichas ondas (discontinuidades) permiten distinguir tres regiones en el interior de la Tierra, litosfera, mesosfera y endosfera, que se diferencian entre sí por su comportamiento mecánico ante los esfuerzos y por el modo en que transmiten la energía. Existen también otras discontinuidades menos significativas, que permiten distinguir unidades de segundo orden, tales como el núcleo interno o la astenosfera, aunque la existencia de esta última zona como capa continua es un asunto sujeto a debate.
La litosfera es la capa más superficial de la Tierra, e incluye toda la corteza y la zona superior del manto externo, hasta un nivel en el que la velocidad de propagación de las ondas sísmicas desciende bruscamente. Sus características físicas más destacadas son su elevada rigidez y su alta viscosidad. Presenta un espesor variable, mayor bajo los continentes que bajo los océanos, que oscila entre los 80 y los 150 kilómetros, de modo que en la parte inferior de la zona continental los minerales deben estar próximos a su punto de fusión. Otra característica importante de la litosfera es que se encuentra dividida en fragmentos que reciben el nombre de placas.
La astenosfera es una zona que se define por un descenso brusco de la velocidad de propagación de las ondas sísmicas. Esta característica se correspondería con una zona de comportamiento plástico, con una viscosidad unas mil veces menor que la de la litosfera, sobre la cual podrían desplazarse las placas tectónicas. Sin embargo, este cambio brusco de velocidad se ha encontrado bajo los océanos y las partes jóvenes de los continentes, pero no bajo las regiones continentales más profundas, por lo que su existencia como capa continua y su papel en la dinámica de las placas está bastante discutido.
La mesosfera está formada por el conjunto de los materiales del manto situados por debajo de la astenosfera, es decir, se extiende aproximadamente hasta los 2.900 kilómetros de profundidad, representando más de la mitad del volumen de la Tierra. Es la zona que, gracias a su comportamiento plástico, transmite la energía del interior del planeta hasta la superficie mediante las corrientes de convección que provocan el movimiento de las placas litosféricas. En su parte más profunda se distingue una zona llamada capa D'', de unos 100 Km de espesor, en la que las ondas sísmicas viajan a una velocidad extremadamente baja, y que podría representar cambios de composición mineralógica, debidos a fenómenos térmicos de extremada complejidad.
Los datos de propagación de las ondas sísmicas indican que el núcleo interno se encuentra en estado sólido, a pesar de lo cual parecen existir en él corrientes de convección, cuya existencia se deduce de cambios en la velocidad de las ondas sísmicas en función de la dirección (se dice que el núcleo interno es anisótropo porque algunas de sus propiedades son distintas según la dirección en la que se midan). La existencia de corrientes de convección en el núcleo externo está bien establecida, y se deducen tanto de las irregularidades topográficas en el límite del núcleo, en el que se presentan elevaciones de hasta 10 Km, como de la existencia del campo magnético terrestre.
Relación entre los modelos geoquímico y dinámico
La utilización conjunta de ambos modelos puede resultar algo confusa, pero es necesario tener en cuenta que los dos se ajustan a la realidad, y que utilizar uno u otro dependerá, fundamentalmente, del objeto del estudio que se esté realizando. El modelo geoquímico es bastante sencillo, aunque la capa de transición entre el manto externo y el interno refleja más un cambio de comportamiento físico que de naturaleza química de las rocas. Por su parte, las divisiones del modelo geodinámico responden sobre todo al comportamiento de los materiales, pero dicho comportamiento está muy influenciado, evidentemente, por su naturaleza química.
Ambos modelos coinciden en la parte interna de la Tierra: los dos distinguen el núcleo de las otras dos capas, y los dos diferencian entre núcleo interno y núcleo externo gracias a que la distinción entre ambos corresponde tanto a su estado físico como, probablemente, a una composición distinta.
La relación se hace más compleja en el exterior. Desde el punto de vista geoquímico hay otras dos grandes unidades: la corteza y el manto, pero éste acaba teniendo un comportamiento complejo, derivado de las distintas condiciones físico-químicas a las que está sometido. De las unidades geoquímicas, tanto la zona de transición como el manto inferior forman parte de la mesosfera, como también se incluye en la mesosfera la región más profunda del manto externo.
En cuanto a la zona más superficial del manto externo, una parte de la misma presenta un comportamiento rígido, por lo que se incluye dentro de la litosfera junto con la corteza, mientras que otra presenta un comportamiento más plástico, recibiendo el nombre de astenosfera, si bien no se trata de una capa continua, al menos por lo que se sabe en la actualidad.
2 comentarios:
HOLA:V +NO ENTENDI
la astenosfera es falsa o no?
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