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BLOQUE -II. EL CONOCIMIENTO DE LA GEOSFERA

1. ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN DE LA GEOSFERA.

Datos generales de la geosfera. Métodos de estudio del interior terrestre. Origen del calor interno y flujo térmico. La estructura de la geosfera: modelo geoquímico y modelo dinámico.

Conceptos básicos: ondas P, S y superficiales, discontinuidades sísmicas, meteoritos, gravimetría, geomagnetismo, gradiente geotérmico, flujo térmico, corteza (corteza continental, corteza oceánica), manto, núcleo, litosfera, astenosfera, mesosfera, endosfera.

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1. ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN DE LA GEOSFERA.

1.1. DATOS GENERALES DE LA GEOSFERA

La geosfera es la parte interna y sólida de la Tierra (aunque a las enormes

condiciones de presión y temperatura de su interior, los “sólidos” se comporten más

como plásticos o pueden incluso llegar a fundir), que se encuentra formada por tres

capas concéntricas llamadas corteza, manto y núcleo. Esta capa interactúa con las

otras capas del sistema terrestre, incluida la atmósfera, la hidrosfera y la biosfera, y se

encuentra en un estado de constante movimiento: las rocas sedimentarias, ígneas y

metamórficas dentro de la geosfera terrestre experimentan un continuo reciclaje en el

conocido “ciclo de las rocas”.

ORIGEN DE LA GEOSFERA La Tierra se formó hace unos 4.6 mil millones de

años a partir de la colisión de los escombros

meteóricos que crearon el sistema solar. Debido

a las constantes colisiones durante su formación,

la temperatura inicial del planeta era

extremadamente alta; todo era materia fundida.

Pero durante la siguiente fase de formación de la Tierra se produjo un enfriamiento, y

con él, la diferenciación de las capas de la Tierra. Los materiales densos se hundieron

hacia el centro, formando un núcleo rico en hierro y níquel. El magma más ligero subió

a la superficie, formando la capa más gruesa de la Tierra denominada manto.

Eventualmente, el magma más externo se enfrió hasta formar la fina capa que llamamos corteza terrestre. CARACTERÍSTICAS DE LA GEOSFERA

La geosfera se extiende desde la superficie terrestre hacia el centro de la

Tierra, alcanzando un grosor aproximado de 6.370 km.

Se sabe que la geosfera está compuesta por un 35% de Hierro, un 30% de

Oxígeno, un 15% de Silicio y un 10% de magnesio. En el 10% restante entrarían

todos los demás elementos de la tabla periódica.

A mayor profundidad en la geósfera, mayores son su densidad, temperatura y

presión.

Esta capa se encuentra en constante cambio debido a los procesos geológicos

que se originan tanto externa como internamente.

Existen ocho placas tectónicas principales que componen la geosfera de la

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Tierra. Se mueven constantemente, aunque de forma muy lenta, solo unos

pocos centímetros al año.

1.2. MÉTODOS DE ESTUDIO DEL INTERIOR TERRESTRE

Podemos obtener información sobre el interior de la tierra de un modo directo

(estudiando materiales directamente) o indirecto (mediante interpretación de la

información aportada por otros sistemas). Veámoslos:

A. MÉTODOS DIRECTOS El principal es la excavación en las

minas y los sondeos o pozos.

Consiste en llevar a cabo una

perforación de la corteza para la

extracción y análisis de los

materiales que se van atravesando.

La información que aportan es muy

limitada, ya que no podemos

penetrar demasiado en el interior

terrestre.

La mina de oro de Mponeng es más

profunda del mundo, y solo llega a

los 3,5 km, mientras que el sondeo que más penetró en la superficie terrestre se

realizó en la península de Kola (Rusia) enre 1970 y 1989 y ¡¡solo llegaron a los 12,3

km!!

También nos aporta información directa sobre el interiror terrestre el estudio de

magmas, lavas y rocas ígneas, pues proceden del mismo. Sin embargo estamos de

nuevo simplemente arañando la corteza terrestre, puesto que los magmas y lavas no

suelen provenis de profundidades mayores a 25 km.

B. MÉTODOS INDIRECTOS

Los métodos indirectos permiten, a través del estudio e interpretación de datos,

deducir cómo es el interior de la Tierra, (su estructura y las propiedades de sus

componentes) al cual no podemos acceder directamente. Esto puede hacerse de varias

maneras:

Estructura exterior del pozo superprofundo de

Kola.

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- A partir del estudio de algunas propiedades (densidad, magnetismo, gravedad,

temperatura).

- Los meteoritos nos informan acerca de los materiales primigenios del sistema

solar, semejantes a los que se generaron en la Tierra.

- Uno de los principales métodos de estudio indirecto del interior de la Tierra es

el método sísmico, basado en el análisis de ondas sísmicas producidas en los

terremotos o en explosiones controladas.

Veamos con más detalle el MÉTODO SÍSMICO:

Las ondas sísmicas (vibraciones producidas por un terremoto) se generan en el

hipocentro y viajan a través del interior terrestre. El estudio de la velocidad de las

ondas y de sus trayectorias ha permitido conocer el interior terrestre (composición,

estado físico y estructura), ya que el comportamiento de las ondas cambia en función

de las propiedades y naturaleza de las rocas que atraviesan.

Las ondas sísmicas son similares a las ondas sonoras y, según sus características de

propagación, las clasificamos en:

INTERNAS (Se propagan desde el hipocentro hasta la superficie)

Ondas "P" o primarias: llamadas así por ser las más rápidas (entre 8 y 14 km/s)

y, por tanto, las primeras que se registran en los sismógrafos. Son ondas de tipo

longitudinal, es decir, las partículas rocosas vibran en la dirección de avance de

la onda. Se propagan por medios sólidos y líquidos en las tres direcciones del

espacio.

Ondas "S" o secundarias: algo más lentas (entre 4 y 7 Km/s). Son ondas

de tipo transversal, es decir, la vibración de las partículas es perpendicular al

avance de la onda. Se propagan en forma tridimensional, pero únicamente a

través de medios sólidos.

SUPERFICIALES (Se propagan a partir del epicentro)

Ondas "L" (Love, su descubridor): se propagan sólo por la superficie, por lo que

también se les llama ondas superficiales. Se propagan a partir del epicentro.

Éstas son las verdaderas causantes de los terremotos.

Ondas “R” (Rayleigh, físico inglés que predijo su existencia): son parecidas a las

S, pero en superficie. Son las de menor velocidad de desplazamiento (aún así,

se desplazan unas diez veces más rápido que la velocidad del sonido en el aire.

En los terremotos las ondas que producen los daños son, lógicamente, las que se

desplazan en superficie.

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El estudio de las ondas sísmicas internas ha sido fundamental en el estudio del interior

de la Tierra. Al cambiar de medio de propagación se refractan y cambian su trayectoria

y su velocidad, lo que nos permite observar cambios de material en el interior de la

Tierra. Esa zona de cambio entre materiales se denomina discontinuidad. De este

modo se ha podido deducir que el interior de la Tierra es heterogéneo y está

estructurado en zonas concéntricas de propiedades diferentes.

Estas refracciones generan "zonas de sombra" a las que no llegan estas ondas, que

permiten saber a qué profundidad se produce el cambio de material.

Discontinuidad

de Repetti

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1.3. ESTRUCTURA INTERNA DE LA TIERRA: MODELO GEOQUÍMICO

La Tierra está formada por tres capas concéntricas de características físicoquímicas

diferentes. Los tamaños de las tres capas coincidirían de forma aproximada con los de

un huevo cocido.

CORTEZA

Es la capa más externa de la Tierra. Se compone a su vez de dos capas. La corteza

continental, que es aquella que forma los continentes y las plataformas continentales

sumergidas con un espesor que varía entre 20-60 km; y la corteza oceánica, que se

encuentra sumergida, forman (salvo excepciones como Islandia) do el fondo oceánico,

con un grosor de unos 6 km. Está formada por una gran variedad de rocas, desde

sedimentarias a meta-

mórficas e ígneas, pero

en su interior dominan

los granitos y andesitas.

MANTO

Esta capa está separada

de la corteza terrestre

por la discontinuidad de

Mohorovicic, a profun-

didades variables.

El manto se extiende

desde este punto hasta

los 2900 m (discon-

tinuidad de Gutenberg)

y se divide a su vez en

dos capas por la discontinuidad de Repetti (a 1000 km de pro-fundidad), en manto

superior y manto inferior. Su principal componente es la peridotita. Las altas presiones

y temperaturas que hay en esta capa hacen que los minerales más abundantes (olivino

y piroxenos) aparezcan con estructuras más compactas y densas.

NÚCLEO

Es la capa más interna de la Tierra. Envuelta por el manto, alcanza una profundidad de

6370 Km. Esta compuesta por dos capas, separadas por la discontinuidad de Wiechert-

Lehmann a 5100 Km. de profundidad, divi-diéndolo en núcleo externo y núcleo

interno. El núcleo está con toda seguridad compuesto de hierro (90%), níquel (7%) y

otros (3%).

Modelo

geoquímico de

la Tierra

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1.4. ESTRUCTURA INTERNA DE LA TIERRA: MODELO DINÁMICO

Tiene en cuenta que la presión y la temperatura afectan mucho al comportamiento

mecánico, a la densidad y al estado fisicoquímico de los materiales del interior de la

Tierra. Por eso establece unas capas que no coinciden con las capas composicionales y

que explican más detalladamente otras discontinuidades que aparecen en lo estudios

sísmicos. Son la litosfera, la mesosfera y la endosfera.

LITOSFERA

Capa más externa y rígida. Se corresponde con corteza y algo del manto superior,

variando su grosor según la localización. Se distinguen la Litosfera oceánica, entre 50 y

100 km de espesor, y la Continental, que alcanza entre 100 y 200km.

MESOSFERA

Hasta los 2700 km de la discontinuidad de Gutemberg. En ella, la zona más externa,

hasta unos 670 km, las velocidades de las ondas sísmicas presentan fluctuaciones. Es

sólido, aunque con comportamiento plástico, sobre todo en algunas zonas más

calientes. Lo más característico son las corrientes de convección, debido a que

responde de forma plástica y deformable en tiempos largos, con movimientos del

orden de 1 a 12 cm por año. Muy importantes por considerarse el motor de la

tectónica de placas.

También parece clara la existencia de las plumas mantélicas o plumas del manto (del

inglés mantle plumes), que son columnas estrechas de material ascendente

proveniente del manto que se supone que existen bajo la litosfera, produciendo

puntos calientes y lugares con vulcanismo anómalo.

Antes estos fenómenos de movimiento plástico se creía que sucedían en una capa

denominaba como astenosfera; pero hoy, parece ser que la astenosfera no existe,

puesto que la zona de baja velocidad no es universal. También se da por supuesto que

las corrientes de convección afectan a capas más profundas, hasta el manto inferior, y

no solo a lo que se consideraba astenosfera, con una profundidad máxima de 300 km.

La zona entre 670 y 2700 km se considera la mesosfera rígida.

En la base del manto se encuentra la capa D″ o nivel D″ (se dice D doble prima) que es

una capa discontinua e irregular con un espesor entre 0-300 km donde se depositan

los materiales más densos y donde probablemente se originan las plumas convectivas

(recuerdo que son corrientes ascendentes de materiales del manto originadas por el

calor del núcleo en contacto con esta base del manto).

NOTA: Entre nosostros... No se tiene ni idea de qué es lo que realmente pasa aquí, ni

cómo, ni cuando, ni hasta donde.

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ENDOSFERA EXTERNA

Hasta 5150km de profundidad, constituyendo alrededor de la sexta parte del volumen

de la Tierra y casi una tercera parte de su masa. Se calcula que la presión en su interior

es de 1,3 a 3,5 millones de veces superior a la de la atmósfera, y que su temperatura

puede estar en torno a 6000 °C. En estado líquido, en parte, y posee corrientes de

convección, así como generadora del campo magnético. También hay una importante

acumulación de materiales radiactivos que producen na gran cantidad de energía,

responsable en gran medida de que se encuantre en estado líquido y de que la Tierra

siga estando aún bastante caliente.

ENDOSFERA INTERNA

Según va perdiendo calor el núcleo, hacia el manto, el hierro va cristalizando y

emigrando hacia el núcleo más profundo en forma sólida. Así, éste va aumentando

algunos mm por año. Desde 5100 km a 6370 km de profundidad y es muy denso.

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1.5. ORIGEN DEL CALOR INTERNO DE LA TIERRA Y FLUJO TÉRMICO

La temperatura de la Tierra aumenta con la profundidad, fenómeno conocido

como gradiente geotérmico, y su centro puede superar los 6.700 °C, más caliente que

la superficie visible del Sol. Se supone que los tres factores que han contribuido al calor

interno de la Tierra son los siguientes:1

El calor liberado por la colisión y compactación de partículas durante

la formación de la Tierra.

El calor emitido cuando el hierro cristalizó para formar el núcleo interno

sólido.

El calor emitido por la desintegración radiactiva de los elementos, en especial

los isótopos radiactivos de uranio (U), torio (Th) y potasio (K) del núcleo

externo.

Solo el tercer factor permanece activo, y es mucho menos intenso que en el pasado. La

Tierra irradia al espacio más calor del que se genera en su interior, por lo que se enfría

lenta pero continuamente en el conocido como flujo térmico.

Flujo térmico terrestre

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EJERCICIOS DE SELECTIVIDAD

1. Estructura y composición de la Tierra: modelos geoquímico y dinámico. (TEMA

2018).

2. Enuncie el principio de superposición de estratos e indique las limitaciones y

problemas que pueden surgir a la hora de aplicarlo. (PREGUNTA 2017 y 2019). Si, sé

que no es de este tema, pero se me pasó en el otro… Y viene bien para repasar!!

3. ¿Por qué afirmamos que el núcleo externo de la Tierra está fundido? (PREGUNTA

2018 y 2019).

4. ¿Cuáles son las diferencias entre la litosfera y la corteza terrestre? (PREGUNTA

2028).

5. ¿Qué es la astenosfera? (PREGUNTA 2018 y 2019).

6. Indique cuáles de los siguientes postulados uniformistas son aceptables desde la perspectiva de la teoría de la Tectónica de Placas: (PREGUNTA 2018 y 2019). Si, esta también se me pasó ;-)

a) Los procesos geológicos siempre se han regido por las mismas leyes físicas.

b) El ritmo de cambio es generalmente lento, gradual y continuo en el tiempo.

c) La edad de la Tierra es muy antigua, probablemente date de millones de años.

d) La Tierra siempre ha tenido un aspecto similar. Hay un dinámico estado estacionario.

7. ¿Qué se entiende por corrientes de convección en el manto? (PREGUNTA 2019).

8. Cite los diferentes tipos de ondas sísmicas explicando brevemente las características

de su propagación. (PREGUNTA 2019).

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9. Observe el siguiente corte geológico y responda a las cuestiones:

a) Reconstruya la historia geológica representada en el corte, explicando el tipo de

contacto entre las lutitas, areniscas y conglomerados con huellas de dinosaurios y

los materiales inferiores de la serie.

b) Cite una unidad litológica de la figura que se haya depositado en un medio marino y

otra generada en un ambiente continental. Razone la respuesta.

c) Indique razonadamente el tipo y la edad relativa de la falla representada en el corte.