Estructura interna de la Tierra

Corte en sección transversal de las capas que constituyen el planeta Tierra.

El interior del planeta, como el de otros planetas terrestres (planetas cuyo volumen está ocupado principalmente de material rocoso), está dividido en capas. La Tierra tiene una corteza externa de silicatos solidificados, un manto viscoso, y un núcleo con otras dos capas, una externa semisólida, mucho más fluida que el manto y una interna sólida. Muchas de las rocas que hoy forman parte de la corteza se formaron hace menos de 100 millones (1×108) de años. Sin embargo, las formaciones minerales más antiguas conocidas tienen 4.400 millones (44×108) de años, lo que nos indica que, al menos, el planeta ha tenido una corteza sólida desde entonces.[1]

Gran parte de nuestro conocimiento acerca del interior de la Tierra ha sido inferido de otras observaciones. Por ejemplo, la fuerza de la gravedad es una medida de la masa terrestre. Después de conocer el volumen del planeta, se puede calcular su densidad. El cálculo de la masa y volumen de las rocas de la superficie, y de las masas de agua, nos permiten estimar la densidad de la capa externa. La masa que no está en la atmósfera o en la corteza debe encontrarse en las capas internas.

Contenido

Estructura

La estructura de la tierra puede establecerse según dos criterios diferentes. Según su composición química, el planeta puede dividirse en corteza, manto y núcleo (externo e interno); según sus propiedades físicas se definen la litosfera, la astenosfera, la mesosfera y el núcleo (externo e interno).[2]

Las capas se encuentran a las siguientes profundidades:[3]

Capa Profundidad (km)
Litosfera (varía localmente entre 5 y 200 km) 0 – 60
... Corteza (varía localmente entre 5 y 70 km) 0 – 35
... Parte superior del manto 35 – 60
Manto 35 – 2 890
Manto superior 35 – 660
... Astenosfera 100 – 200
Manto inferior (Mesosfera) 660 – 2 890
Núcleo externo 2 890 – 5 100
Núcleo interno 5 100 – 6 378

La división de la tierra en capas ha sido determinada indirectamente utilizando el tiempo que tardan en viajar las ondas sísmicas reflejadas y refractadas, creadas por terremotos. Las ondas transversales (S, o secundarias) no pueden atravesar el núcleo, ya que necesitan un material viscoso o elástico para propagarse, mientras que la velocidad de propagación es diferente en las demás capas. Los cambios en dicha velocidad producen una refracción debido a la Ley de Snell. Las reflexiones están causadas por un gran incremento en la velocidad sísmica (velocidad de propagación) y son parecidos a la luz reflejada en un espejo.

Capas definidas por su composición

Vista esquemática del interior de la Tierra. 1: Corteza continental - 2: Corteza oceánica - 3: Manto superior - 4: Manto inferior - 5: Núcleo externo - 6: Núcleo interno - A: Discontinuidad de Mohorovičić - D:Discontinuidad de Repetti - B: Discontinuidad de Gutenberg - C: Discontinuidad de Lehmann.

Corteza

Artículo principal: Corteza terrestre

La corteza terrestre es una capa comparativamente fina; su grosor oscila entre 3 km en las dorsales oceánicas y 70 km en las grandes cordilleras terrestres como los Andes y el Himalaya.[2]

Los fondos de las grandes cuencas oceánicas están formados por la corteza oceánica, con un espesor medio de 7 km; está compuesta rocas máficas (silicatos de hierro y magnesio) con una densidad media de 3,0 g/cm3.

Los continentes están formados por la corteza continental, que está compuesta por rocas félsicas (silicatos de sodio, potasio y aluminio), más ligeras, con una densidad media de 2,7 g/cm3.

La frontera entre corteza y manto se manifiesta en dos fenómenos físicos. En primer lugar, hay una discontinuidad en la velocidad sísmica, que se conoce como la Discontinuidad de Mohorovicic, o "Moho". Se cree que este fenómeno es debido a un cambio en la composición de las rocas, de unas que contienen feldespatos plagioclásicos (situadas en la parte superior) a otras que no poseen feldespatos (en la parte inferior). En segundo lugar, existe una discontinuidad química entre cúmulos ultramáficos y harzburgitas tectonizadas, que se ha observado en partes profundas de la corteza oceánica que han sido obducidas dentro de la corteza continental y conservadas como secuencias ofiolíticas.

Manto

Artículo principal: Manto terrestre

El manto terrestre se extiende hasta una profundidad de 2.890 km, lo que le convierte en la capa más grande del planeta. La presión, en la parte inferior del manto, es de unos 140 GPa (1,4 M atm). El manto está compuesto por rocas silíceas, más ricas en hierro y magnesio que la corteza. Las grandes temperaturas hacen que los materiales silíceos sean lo suficientemente dúctiles como para fluir, aunque en escalas temporales muy grandes. La convección del manto es responsable, en la superficie, del movimiento de las placas tectónicas. Como el punto de fusión y la viscosidad de una sustancia dependen de la presión a la que esté sometida, la parte inferior del manto se mueve con mayor dificultad que el manto superior, aunque también los cambios químicos pueden tener importancia en este fenómeno. La viscosidad del manto varía entre 1021 y 1024 Pa·s.[4] Como comparación, la viscosidad del agua es aproximadamente 10-3 Pa.s, lo que ilustra la lentitud con la que se mueve el manto.

¿Por qué es sólido el núcleo interno, líquido el externo, y semisólido el manto? La respuesta depende tanto de los puntos de fusión de las diferentes capas (núcleo de hierro-níquel, manto, y corteza de silicatos) como del incremento de la temperatura y presión conforme nos movemos hacia el centro de la Tierra. En la superficie, tanto las aleaciones de hierro-níquel como los silicatos están suficientemente fríos como para ser sólidos. En el manto superior, los silicatos son normalmente sólidos (aunque hay puntos locales donde están derretidos), pero como están bajo condiciones de alta temperatura y relativamente poca presión, las rocas en el manto superior tienen una viscosidad relativamente baja. En contraste, el manto inferior está sometido a una presión mucho mayor, lo que hace que tenga una mayor viscosidad en comparación con el manto superior. El núcleo externo, formado por hierro y níquel, es líquido a pesar de la presión porque tiene un punto de fusión menor que los silicatos del manto. El núcleo interno, por su parte, es sólido debido a la enorme presión que hay en el centro del planeta.

Núcleo

Artículo principal: Núcleo terrestre

La densidad media de la Tierra es 5.515 kg/m3. Esta cifra lo convierte en el planeta más denso del sistema solar. Si consideramos que la densidad media de la corteza es aproximadamente 3.000 kg/m3, debemos asumir que el núcleo terrestre debe estar compuesto de materiales más densos. Los estudios sismológicos han aportado más evidencias sobre la densidad del núcleo. En sus primeras fases, hace unos 4.500 millones de años, los materiales más densos, derretidos, se habrían hundido hacia el núcleo en un proceso llamado diferenciación planetaria, mientras que otros menos densos habrían migrado hacia la corteza. Como resultado de este proceso, el núcleo está compuesto ampliamente de hierro (Fe)(80%), junto con níquel (Ni) y varios elementos más ligeros. Otros elementos más densos, como el plomo (Pb) o el uranio (U) son muy raros, o permanecieron en la superficie unidos a otros elementos más ligeros.

Diversas mediciones sísmicas muestran que el núcleo está compuesto de dos partes, una interna sólida de 1.220 km de radio y una capa externa, semisólida que llega hasta los 3.400 km. El núcleo interno sólido fue descubierto en 1936 por Inge Lehmann y se cree de forma más o menos unánime que está compuesto de hierro con algo de níquel. Algunos científicos creen que el núcleo interno podría estar en forma de un cristal de hierro.[5] [6]

El núcleo externo rodea al interno y se cree que está compuesto por una mezcla de hierro, níquel y otros elementos más ligeros. Recientes propuestas sugieren que la parte más interna del núcleo podría estar enriquecida con elementos muy pesados, con mayor número atómico que el cesio (Cs)(trans-Cesio, elementos con número atómico mayor de 55). Esto incluiría oro (Au), mercurio (Hg) y uranio (U).[7]

Se aceptaba, de manera general, que los movimientos de convección en el núcleo externo, combinados con el movimiento provocado por la rotación terrestre (efecto Coriolis), son responsables del campo magnético terrestre, mediante un proceso descrito por la hipótesis de la dínamo. El núcleo interno está demasiado caliente para mantener un campo magnético permanente (ver temperatura de Curie) pero probablemente estabilice el creado por el núcleo externo. Pruebas recientes sugieren que el núcleo interno podría rotar ligeramente más rápido que el resto del planeta.[8] En agosto de 2005 un grupo de geofísicos publicaron, en la revista Science que, de acuerdo con sus cálculos, el núcleo interno rota aproximadamente entre 0,3 y 0,5 grados más al año que la corteza.[9] [10] Las últimas teorías científicas explican el gradiente de temperatura de la Tierra como una combinación del calor remanente de la formación del planeta, calor producido por la desintegración de elementos radiactivos y el enfriamiento del núcleo interno.

Capas definidas por sus propiedades físicas

El aumento gradual de la temperatura y de la presión con la profundidad afecta las propiedades físicas y, a su vez, al comportamiento mecánico de los materiales terrestres. A más temperatura menor resistencia a la deformación, pero a mayor presión mayor resistencia. Según su comportamiento, pueden diferenciarse cinco capas concéntricas:[2]

Litosfera

Artículo principal: Litosfera

La litosfera comprende la corteza terrestre y la parte superior del manto. A pesar de su diferente composición química, forman una capa rígida y fría que actúa como una unidad. Tiene un grosor medio de 100 km y alcanza los 250 km bajo las porciones más antiguas de los continentes.

Astenósfera

Artículo principal: Astenósfera

La astenósfera se halla debajo de la litosfera, en el manto superior y alcanza los 660 km de profundidad. Su parte superior tiene unas condiciones de temperatura y presión que permiten la existencia de una pequeña porción de roca fundida, originando una capa muy dúctil que permite a la litosfera moverse con independencia de la astenosfera.

Mesosfera o manto inferior

Artículo principal: Manto terrestre

Por debajo de la astenosfera se halla la mesosfera o manto inferior, donde el aumento de la presión contrarresta los efectos de la elevada temperatura y la resistencia de las rocas crece gradualmente con la profundidad hasta los 2.900 km de profundidad. La mesosfera es, pues, una capa más rígida y muy caliente.

Núcleo

Artículo principal: Núcleo terrestre

El núcleo externo es una capa líquida cuyas corrientes de convección generan el campo magnético de la Tierra. El núcleo interno es una esfera de radio 1.216 km que, a pesar de su temperatura más elevada se comporta como un sólido debido a la enorme presión que soporta.

Desarrollo histórico y concepciones alternativas

Teoría de Edmund Halley.

En 1692 Edmund Halley (en un artículo publicado en Philosophical Transactions of Royal Society of London) propuso la idea de una Tierra formada por una cubierta hueca de unas 500 millas de espesor, con dos capas interiores, concéntricas, alrededor de un núcleo interno. El diámetro de las capas correspondería a los diámetros de los planetas Venus, Marte y Mercurio, respectivamente.[11] La propuesta de Halley estaba basada en los valores de densidad relativa entre la Tierra y la Luna dados por Sir Isaac Newton, en Principia (1687): «Sir Isaac Newton ha demostrado que la Luna es más sólida que nuestro planeta, 9 a 5, señaló Halley; ¿por qué no podemos suponer entonces que 4/9 de nuestro planeta son huecos?».[11]

En 1818, John Cleves Symmes, Jr. sugirió que la Tierra estaba formada por una corteza externa hueca, de 1 300 km de espesor, con aberturas de 2 300 km en ambos polos. En el interior habría otras cuatro capas, cada una de ellas abierta también a los polos. Julio Verne, en Viaje al centro de la Tierra, imaginó enormes cavernas interiores, y William Reed en Fantasmas de los polos imaginó una Tierra hueca.

Algunos escritores religiosos se resistieron a la idea de una Tierra esférica, aunque no obtuvieron mucha aceptación. La Flat Earth Society (Sociedad de la Tierra Plana), anteriormente dirigida por Charles K. Johnson, trabaja duro en Estados Unidos para mantener la teoría viva, y han asegurado tener varios miles de seguidores[12] Algunos cristianos en Inglaterra y los Estados Unidos también intentaron revivir estas ideas.

Referencias

  1. Spaceflight Now | Breaking News | Oldest rock shows Earth was a hospitable young planet
  2. a b c Tarbuck, E. J. & Lutgens, F. K. 2005. Ciencias de la Tierra, 8ª edición. Pearson Educación S. A., Madrid. ISBN 84-205-4400-0
  3. T. H. Jordan, "Structural Geology of the Earth's Interior", Proceedings of the National Academy of Science, 1979, Sept., 76(9): 4192–4200.
  4. http://www2.uni-jena.de/chemie/geowiss/geodyn/poster2.html
  5. Cohen, Ronald; Stixrude, Lars. «Crystal at the Center of the Earth». Consultado el 05-02-2007.
  6. Lars Stixrude and R. E. Cohen, "High-Pressure Elasticity of Iron and Anisotropy of Earth's Inner Core", Science 31 March 1995: Vol. 267. no. 5206, pp. 1972 - 1975 DOI: 10.1126/science.267.5206.1972
  7. Wootton, Anne (2006). "Earth's Inner Fort Knox". Discover, 27(9): 18;
  8. Earth's Core Spins Faster Than the Rest of the Planet - New York Times
  9. Kerr, Richard A. (26 August 2005) "Earth's Inner Core Is Running a Tad Faster Than the Rest of the Planet" Science 309(5739): p.1313;
  10. Chang, Kenneth (26 August 2005) "Scientists Say Earth's Center Rotates Faster Than Surface" The New York Times Sec. A, Col. 1, p.13;
  11. a b N. Kollerstrom, 1992. "The hollow world of Edmond Halley" from Journal for History of Astronomy 23, 185-192
  12. Documenting the Existence of "The International Flat Earth Society"

Wikimedia foundation. 2010.

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