El estudio del interior terrestre

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El hombre apenas ha podido perforar más de 10km de la corteza continental. Los científicos piensan perforar los kilómetros de espesor de la corteza de la Tierra para llegar al profundo y cálido manto de ésta y así poder conseguir muestras por primera vez.  Estas muestras, afirman, estarían a la par de las rocas lunares en lo que respecta a mero interés científico, y serían casi tan difíciles de conseguir como éstas. ¿En la actualidad, cómo es posible entonces conocer interior terrestre, sus capas y su composición? Gran parte de nuestro conocimiento acerca del interior de la Tierra ha sido inferido de otras observaciones. Por ejemplo:

• Gracias al valor de la fuerza de la gravedad se puede calcular la masa terrestre.
• Si conocemos la masa y 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 de la tierra.
• La composición de un núcleo metálico fluido en rotación se deduce por la existencia de un campo magnético.
• La fuente más fiable de la estructura interna de la Tierra la proporciona el estudio de las ondas sísmicas, cuya velocidad está en función de los diferentes parámetros físicos y químicos de los materiales que atraviesan.

El Método Sísmico

Los geólogos utilizan métodos indirectos para el estudio del interior terrestre. Del mismo modo que un médico hace una radiografía de rayos X para buscar la rotura de un hueso, un geólogo hace lo mismo a escala planetaria. En vez de utilizar ondas electromagnéticas, utiliza ondas sísmicas.

El método sísmico consiste en el análisis de ondas sísmicas, provocadas por terremotos o explosiones. El movimiento vibratorio originado por la sacudida sísmica se resuelve en forma de trenes de ondas concéntricas que, partiendo del hipocentro o foco sísmico, se propagan en todas direcciones. ¿Hasta dónde llegan?

Observa como en el siguiente video las ondas atraviesan el manto. ¿Qué pasa cuando llegan al núcleo? ¿Se propagan por su interior?

De lo observado en el video podemos deducir:

• La velocidad de transmisión de estas ondas es constante para un mismo medio, pero varía en función de la rigidez (entre otros factores) del medio atravesado.
• Cuando las ondas se encuentran en su trayectoria un material diferente, cambian su velocidad. Este cambio de velocidad se conoce como discontinuidad y su presencia marca el tránsito de una capa a otra.
• Cuando una onda cambia de medio se refracta, es decir, sufre una desviación en su dirección. Dado que con la profundidad, al aumentar la presión, cambian las propiedades del medio, las ondas sufren desviaciones infinitesimales que se traducen en trayectorias parabólicas (no rectilíneas). De igual forma, el valor de velocidad puede ir aumentando de forma gradual.

Las ondas sísmicas…¿Son todas iguales? ¿Se comportan todas del mismo modo?

El método sísmico se basa en el análisis de las ondas sísmicas internas, éstas son de dos tipos: ondas longitudinales u ondas P (son las primeras en llegar y ser detectadas por el sismógrafo) y ondas transversales u ondas S (son las segundas en llegar o ser detectadas por el sismógrafo).

Se trata de ondas que hacen vibrar las partículas a su paso. El modo en que ocurre es diferente para cada tipo de onda: las P hacen vibrar las partículas de las rocas en la misma dirección de la propagación de la onda, las S de forma perpendicular.

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MODELO GEOQUÍMICO y MODELO GEODINÁMICO

Para entender la parte sólida de nuestro planeta, utilizamos modelos. Los modelos no son la realidad, son una aproximación simplificada de la misma. A pesar de ello son útiles y nos explican muchos fenómenos.

¿Con estos modelos, podemos hacer predicciones? ¿Explican todos los subsistemas terrestres: biosfera, atmósfera, hidrosfera?

MODELO GEOQUÍMICO

A partir del estudio de la velocidad de las ondas P y S en función de la profundidad, los geólogos propusieron tres discontinuidades netas en el interior de la Tierra.

Las discontinuidades señaladas por las ondas sísmicas son:

• Mohorovicic, separa la corteza del manto, y su profundidad varía respecto de la superficie, según las zonas, entre 5 y 60 Km, al pasar por ella la velocidad de las ondas P y S aumentan bruscamente. 
• A medida que las ondas van profundizándose en el manto van aumentando su velocidad. A los 1000 km existe una disminución en el incremento de la velocidad lo que permite diferenciar manto superior de inferior, es la discontinuidad de Repetti.
• La segunda discontinuidad importante es la que separa al manto del núcleo, se denomina Gutenberg y se encuentra a una profundidad de 2900 Km. Se caracteriza por el brusco descenso en la velocidad de propagación de las ondas sísmicas P (pasan de 14 a 8 Km/seg) y por la desaparición de las ondas S (ya que éstas no se propagan por medios fluidos como el núcleo externo).
• Una tercera discontinuidad, menos destacada, aparece a una profundidad de 5000 Km. Es la discontinidad de Lehmann-Wiechert, que separa dos regiones de diferente comportamiento físico: Un núcleo externo, fluido y un núcleo interno, más rígido, en el que aumenta de nuevo la velocidad de las ondas P hasta valores superiores a los 11 Km/seg. 

Otras discontinuidades de menor importancia se localizan:

• A unos 15 Km por debajo de los continentes (discontinuidad de Conrad).
• Otra discontinuidad «menor», pero de sumo interés, es la capa de baja velocidad. Corresponde con una zona comprendida entre 100 y 250 km de profundidad en la que se origina un descenso en la velocidad de las ondas P y S. Se cree que se encuentra parcialmente fundida, hecho que provoca el descenso de velocidad.

Del estudio de la propagación de las ondas sísmicas por el interior terrestre, surge el MODELO GEOQUÍMICO DE LA TIERRA en la que dividimos nuestro planeta en CORTEZA, MANTO (superior e inferior) y NÚCLEO (externo e interno).

Espero que te hayas hecho un ligera idea de la estructura de la Tierra, si todavía tienes dudas o quieres ampliar más tus conocimientos puedes ver el vídeo del enlace: LA TIERRA, CORTEZA, MANTO Y NÚCLEO.

MODELO GEODINÁMICO

El estudio de las ondas sísmicas nos ayudó a crear un modelo del interior terrestre basado en la composición química (modelo geoquímico).  Para entender cómo las placas terrestres se crean, destruyen e interactúan entre ellas necesitamos un nuevo modelo del 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.

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En este nuevo modelo del interior terrestre, existe una capa superficial de comportamiento rígido de un espesor de 100 Km, llamada litosfera, la cual incluye la corteza y una región llamada manto litosférico que forma parte del manto superior.

Entre 100 y 250 Km se halla una zona de comportamiento plástico, que se corresponde con el canal de baja velocidad de las ondas sísmicas. Esta zona se considera que está formada por materiales parcialmente fundidos. Recibe el nombre de astenosfera, y en ella se originan corrientes de convección que determinan la dinámica de la litosfera.

A partir de 250 Km y hasta 2.700 Km se sitúa la mesosfera, con una dinámica de corrientes de convección, penachos o plumas térmicas.

Por último, la endosfera coincidiendo con el núcleo del modelo geoquímico.