ESTRUCTURA INTERNA DE LA TIERRA; MODELO DINÁMICO

Es una división del interior de la Tierra en capas no diferenciadas por su composición sino por su dinámica, manifestada por el comportamiento térmico.

Las capas dinámicas y su relación con las capas químicas son:

Litosfera: es la capa más superficial, correspondiendo a la totalidad de la Corteza y la parte más superficial del manto (hasta unos 200 km de profundidad). Es totalmente rígida y en ella el calor interno se propaga por conducción.

Mesosfera: formada por el resto del Manto. Actualmente se piensa que el transporte de calor por esta zona es convectivo, solo que se trataría de una convección más lenta y "a larga distancia". Entre la Mesosfera y la Endosfera se encuentra la capa D´´, zona muy dinámica que almacena mucho calor. Columnas de materiales precedentes de esta zona dan lugar a las plumas o penachos mantélicos.

Endosfera: es la fuente del calor interno. Corresponde al Núcleo terrestre. El núcleo externo sólido disiparía la energía térmica mediante corrientes de convección, reponsables también de la formación del campo magnético terrestre.

TRANSFERENCIA DE ENERGÍA TÉRMICA

Existen tres formas diferentes de transmisión de energía térmica de un lugar a otro: conducción, convección y radiación.

CONDUCCIÓN
En la conducción, la energía térmica se transmite como consecuencia de las interacciones entre átomos o moléculas, aunque no exista un transporte de las mismas. Si se sostiene el extremo de una barra de acero sobre una llama, al cabo de unos instantes la barra está demasiado caliente para sostenerla. La energía térmica se ha transmitido a través del metal por conducción.




La transferencia de energía térmica por conducción implica que la energía se transfiere de una molécula a otra. La energía se desplaza, pero las moléculas no.


CONVECCIÓN
Otra forma de transferir energía es que la sustancia se desplace. El aire que está en contacto con una estufa caliente asciende y calienta las regiones superiores. El agua que se caliente en una caldera situada en el sótano se eleva hasta los radiadores de los pisos superiores. Éste es el fenómeno de la convección,en el que el calentamiento se lleva a cabo por corrientes en un fluido.




RADIACIÓN
La energía del Sol puede atravesar la atmósfera y calentar la superficie de la Tierra. Esta energía no se transfiere a través de la atmósfera por conducción, pues el aire es uno de los peores conductores. Tampoco se transfiere por convección, pues esto es imposible en el espacio vacío, si la conducción y la convección son imposibles, la energía térmica debe estar transmitiéndose por otro proceso. Este proceso se llama radiación.
Toda energía que se transmite por radiación, incluyendo la energía térmica se llama energía radiante. La energía radiante se presenta en forma de ondas electromagnéticas. La energía radiante comprende las ondas de radio, las microondas, la radiación infrarroja, la luz visible, la radiación ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma.

EL ORIGEN DE LA TIERRA

Fragmento de una película documental (algo antigua "Planeta Tierra" 1986 NHK) que muestra la formación de la Tierra a partir fragmentos de roca de diferente tamaño.





La teoría aceptada hoy en día recibe el nombre de Teoría de los Planetesimales. Concuerda razonablemente con la teoría del propio origen del Universo y de las galaxias a partir del Big - Bang.
Estos son sus presupuestos: una nube de gas y polvo cuyas partículas, por efecto de la gravedad, habrían comenzado a juntarse unas con otras, formando una gran masa que habría alcanzado la temperatura suficiente para iniciar las reacciones de fusión, apareciendo una estrella que sería el Sol. El resto de la nebulosa, dispuesta alrededor del Sol, comenzaría a enfriarse y sus componentes moleculares se habrían colocado de acuerdo a su densidad y masa por la atracción gravitatoria solar de la manera siguiente:
a.- Los elementos y moléculas más densos serían atraídos con mayor fuerza y quedarían más cerca del Sol, originando los planetas terrestres.
b.- Los componentes gaseosos, más ligeros serían atraídos con menos fuerza y quedarían más lejos, originando los planetas gaseosos.
c.- Habrían aparecido pequeños cuerpos sólidos de distintos tamaños que se atraerían unos contra otros, uniéndose y formando cuerpos cada vez mayores. Estos cuerpos sólidos reciben el nombre de planetesimales.
d.- Finalmente estos planetesimales irían formando los ocho grandes cuerpos que terminarían dando los planetas. Los asteroides son planetesimales que sobraron y no llegaron a formar parte de ningún planeta de tipo terrestre. Más allá de Neptuno quedaron restos gaseosos congelados formando los cometas; Plutón sería un objeto cometario atraído posteriormente por la gravedad del Sistema Solar, como tal vez haya sucedido con Qoaoar o Sedna. Los satélites más grandes se formarían igual que los planetas y otros serían asteroides y cometas capturados.

EL GRADIENTE GEOTÉRMICO DEL PLANETA TIERRA

Es fácil comprobar en minas y sondeos que la temperatura de los materiales del interior de la Tierra aumenta con la profundidad. En numerosos pozos petrolíferos se llega a los 100 °C a unos 4.000 m de profundidad. Por otra parte, las erupciones volcánicas llevan a la superficie terrestre materiales a elevadas temperaturas provenientes de zonas profundas.
Una sutil capa de la corteza terrestre, que raramente supera unas docenas de centímetros de espesor, se caracteriza por el hecho de que sus temperaturas dependen de la temperatura existente en superficie, mostrando, por tanto, variaciones diurnas y estacionales. La influencia de la temperatura externa es menor a medida que se profundiza, hasta llegar a cierto nivel, denominado nivel neutro o zona de temperaturas constantes, en el cual la temperatura es constante e igual a la media superficial del lugar. La profundidad a que se encuentra el nivel neutro en una zona determinada varía entre 2 m y 40 m, y es tanto mayor cuanto más extremo sea el clima en superficie. Por debajo del nivel neutro la temperatura aumenta con la profundidad, aunque dicho aumento no es uniforme.
Para el estudio del régimen térmico de las zonas del interior de la Tierra se ha establecido el gradiente geotérmico, número de grados que aumenta la temperatura al profundizar 100 m. El gradiente geotérmico expresa el valor del aumento de la temperatura con la profundidad.
En los niveles más superficiales de la corteza terrestre el valor medio del grado geotérmico es de unos 33 m, es decir, hay que profundizar dicha distancia para que la temperatura aumente 1°C. A este valor del grado le corresponde un valor del gradiente geotérmico de 3°C cada 100 m. Como hemos dicho, estos valores medios sólo son aplicables a las zonas más externas de la corteza, pues de mantenerse a todo lo largo del radio terrestre las temperaturas serían tan elevadas que los materiales fundirían a profundidades de solo unos centenares de kilómetros (teniendo en cuenta que el radio terrestre es de unos 6.367 km, si el gradiente geotérmico se mantuviera uniforme con el valor antes mencionado, en el centro de la Tierra se alcanzarían temperaturas de cerca de 200.000 °C, a la cual la Tierra sería una bola incandescente).
En la actualidad, la mayor parte de los geofísicos admiten que las temperaturas de las zonas internas de la Tierra no superan unos pocos miles de grados, a lo sumo 4.000 a 5.000°C. El gradiente geotérmico, por tanto, disminuye con la profundidad.




Dos son las hipótesis que intentan explicar el origen del calor interno de la Tierra.

1. Una considera que se trata de un calor remanente del primitivo estado de alta temperatura por el que pasó el planeta en sus primeras etapas de formación.
2. La otra teoría acerca del origen del calor interno de la Tierra sostiene que éste se debe sobre todo a la energía liberada en la desintegración natural de los elementos radiactivos, que es especialmente abundante en las capas bajas de la corteza terrestre y en las superficiales del manto, es decir, allí donde el gradiente geotérmico parece ser mayor.

Numerosos geofísicos consideran que el calor interno de nuestro planeta es producto de una combinación de las dos causas descritas, o sea el resultado de un calor remanente y del calor desprendido en reacciones radiactivas.

Fuente http://www.librosmaravillosos.com/laformaciondelatierra/capitulo03.html

SISMÓGRAFOS Y SISMOGRAMAS

El instrumento esencial para estudiar los sismos es el sismógrafo . Este es un aparato que registra el movimiento del suelo causado por el paso de una onda sísmica.

Fig. 18. Sismógrafo de Péndulo

El mecanismo consiste usualmente en una masa suspendida de un resorte atado a un soporte acoplado al suelo, cuando el soporte se sacude al paso de las ondas sísmicas, la inercia de la masa hace que ésta permanezca un instante en el mismo sitio de reposo. Posteriormente cuando la masa sale del reposo, tiende a oscilar. Sin embargo, ya que esta oscilación posterior del péndulo no refleja el verdadero movimiento del suelo, es necesario amortiguarla. Actualmente se logra por medio de muelles o imanes que ejercen las fuerzas amortiguadoras de la oscilación libre de la masa.
Si se sujeta un lápiz a la masa suspendida, para que pueda inscribir en un papel pegado sobre un cilindro que gira a velocidad constante, se podrá registrar una componente del movimiento del suelo. El papel donde traza el movimiento se conoce como sismograma.

ESTRUCTURA INTERNA DE LA TIERRA

Como hemos visto, gracias al estudio de las ondas sísmicas podemos cocer el interior terrestre y la primera conclusión a la que llegamos es que no es homogéneo, podemos dividirla en una serie de capas concéntricas, que difieren unas de otras en su composición química y en sus propiedades mecánicas. Gracias a los datos obtenidos a través de otros métodos de estudio (como los gravimétricos, magnéticos, etc...) llegamos a establecer un modelo de estructura interna de la Tierra basado en su composición:

• Corteza. Es la capa más superficial y tiene un espesor que varía entre los 12 km, en los océanos, hasta los 80 km en los continentes bajo las cordilleras . La corteza está compuesta por basalto en las cuencas oceánicas y por granito en los continentes.
  
• Manto. Es una capa intermedia entre la corteza y el núcleo que llega hasta una profundidad de 2900 km. El manto está compuesto por peridotita. El cambio de la corteza al manto está determinado por la discontinuidad de Mohorovicic. El manto se divide a su vez en manto superior y manto inferior. Entre ellos existe una separación determinada por las ondas sísmicas, llamada discontinuidad de Repetti (700 km).
  
• Núcleo: Es la capa más profunda del planeta y tiene un espesor de 3475 km. El cambio del manto al núcleo está determinado por la discontinuidad de Gutenberg (2900 km).
  El núcleo está compuesto de una aleación de hierro y níquel, y de otros elementos minoritarios, y es en esta parte donde se genera el campo magnético terrestre. Éste se subdivide a su vez en el núcleo interno, el cual es sólido, y el núcleo externo, que es líquido. El núcleo interno está a su vez dividido en dos, externo (líquido) e interno (sólido, debido a las condiciones de presión). Esta división se produce en la discontinuidad de Wiechert-Lehman-Jeffreys (5150 km). Tiene una temperatura de entre 4000 y 5000 °C.

Para Más información ver:

http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/4ESO/MedioNatural1I/contenido1.htm

Página web del Ministerio de Educación con los contenidos adaptados a nivel de 4º de ESO, donde además podéis encontrar actividades interactivas.

ONDAS SÍSMICAS

"Al romperse la roca se generan ondas que se propagan a través de la Tierra, tanto en su interior como por su superficie. Básicamente hay tres tipos de ondas. El primero de ellos, llamado ondas P, consiste en ........"

Ondas Sísmicas

Vídeo

JAMES HUTTON; EL COMIENZO DE LA GEOLOGÍA

En el siglo XVII un arzobispo anglicano de la Iglesia de Irlanda, James Ussher, decidió determinar la edad de la Tierra. Para conseguirlo se puso a la tarea de estudiar la genealogía de las personas nombradas en la Biblia, pues estaba convencido de que así sabría cuanto tiempo había transcurrido desde la creación del mundo. En su libro Annales veteris testamenti (Anales del viejo testamento, 1650) dio a conocer el resultado de su investigación: la Tierra había sido creada por Dios el 23 de octubre del año 4004 antes de Cristo... al mediodía. La metodología empleada y, sobre todo, la principal fuente utilizada, no ayudaban a la hora de considerar fiable su afirmación, a pesar de lo cual muchas personas siguen pensando hoy que esa es realmente la edad de nuestro planeta.
No obstante, el intento de Ussher ha pasado a la historia por tratar de contestar, aunque partiendo de supuestos muy endebles, a una vieja pregunta de la humanidad que sólo sería respondida con ciertas garantías en el siglo XX. Para alcanzar el conocimiento actual acerca de la edad de la Tierra fue necesario que tuviera lugar el desarrollo de la ciencia de la Geología, especialmente entre finales del siglo XVIII y principios del XIX, tiempo que se conoce como la edad heroica de esta disciplina científica. En estos años cruciales jugaron un papel clave tres grandes personajes o, mejor dicho, un gran personaje y dos destacados intérpretes de su obra.
El gran personaje fue un médico y geólogo aficionado escocés llamado James Hutton. Los dos destacados intérpretes de su obra fueron un profesor de Matemáticas de la Universidad de Edimburgo, John Playfair (1748-1819), y el geólogo más influyente del siglo XIX, Charles Lyell (1797-1875).
James Hutton vino al mundo en Edimburgo en 1726, en el seno de una familia relativamente acomodada. Aunque sus pasos parecían en un principio dirigidos hacia la abogacía, pronto decidió estudiar la carrera de Medicina, pero sólo como medio para acercarse al estudio de la Química, por la que sentía un enorme interés en aquellos años de juventud. Hutton, el médico que nunca
ejerció, gracias a sus conocimientos químicos consiguió desarrollar un procedimiento muy eficaz para producir industrialmente cloruro de amonio, una sal necesaria en la industria del algodón.
Obtuvo así considerables beneficios económicos que le permitieron, a partir de 1768, cuando contaba cuarenta y dos años, dedicar casi todo su tiempo a lo que se había convertido en
los años anteriores en su gran afición: el estudio de la Geología. Aunque también se dedicó, en menor medida y como correspondía a su época, a indagar sobre todo aquello que llamara su atención en el mundo de la ciencia. Contribuyó sobremanera a fomentar este interés enciclopédico el círculo de hombres de ciencia en que se movía, pues Edimburgo era entonces un importantísimo foco intelectual, donde Hutton se encontraba como pez en el agua en contacto con otros grandes personajes como Benjamin Franklin, James Watt, Joseph Black o el filósofo David Hume.
En el campo de la ciencia al que se dedicó Hutton, la Geología, se enfrentaban en la segunda mitad del siglo XVIII dos corrientes de pensamiento. Por un lado estaban los denominados
neptunistas, convencidos de que el modelado de la Tierra se debía casi exclusivamente a la acción del agua; en el otro lado se encontraban los plutonistas, defensores de que era fundamentalmente la acción volcánica la que daba forma al planeta. Las terribles disputas entre los valedores de una y otra tendencia hacían imposible el acercamiento de posturas.
Por esos años, Hutton había observado que la acción de las aguas provocaba una considerable erosión en las rocas, y que los materiales resultantes eran arrastrados para ser transportados
a otros lugares, por lo que se formaría así, en un plazo de tiempo muy largo, un planeta sin relieve alguno. Pero la Tierra no sólo no era plana, sino que era bien conocido que se generaban nuevas montañas y cordilleras por la acción de volcanes y terremotos. Por lo tanto parecía razonable atribuir a una combinación de ambas acciones las formas que veía en la superficie de la Tierra. Además, Hutton defendió que eran estas causas las mismas que habían actuado a lo largo de la historia del planeta para conformar su superficie.
Esta teoría se conoce con el nombre de actualismo o uniformitarianismo, y se convirtió en la gran aportación de Hutton, al afirmar que son los mismos procesos que podemos observar en nuestros días los que han estado actuando lenta y uniformemente desde el principio de los tiempos para dar forma a denuestro planeta, frente a quienes luego defendieron la acción, repetida a lo largo del tiempo, de catástrofes súbitas del tipo del Diluvio Universal.
El principio del actualismo implicaba que la edad de la Tierra debía ser notablemente mayor que la que se tenía por buena hasta ese momento. Los seis mil años establecidos algo más de un siglo atrás por Ussher no se sostenían. Si en la Tierra Hutton podía observar profundos cañones tallados por la acción del agua y el viento, supuestamente a lo largo de esos seis mil años, ¿cómo era posible que muchos de los edificios de la época del Imperio Romano, con dos mil años de antigüedad, una tercera parte de la hipotética edad de la Tierra, mostraran un aspecto magnífico?
James Hutton expuso las conclusiones de su investigación en dos comunicaciones defendidas en la Sociedad Real de Edimburgo en 1785. Posteriormente, alentado por sus amigos y por las críticas de algunos neptunistas, en 1795 publicó su gran obra, Theory of the Earth (Teoría de la Tierra), donde pretendía exponer claramente sus ideas Pero Hutton tenía un problema: Dios no le había llamado por el camino de la escritura. Su prosa es farragosa, confusa, ininteligible, impenetrable, insoportable... como para aburrir a las ovejas, de manera que sus teorías sólo pudieron llegar a los circuitos científicos una vez que el jeroglífico de su obra fue descifrado por su amigo John Playfair que, en 1802, cinco años después de la muerte de Hutton, publicó Illustrations of the huttonian theory of the Earth (Ilustraciones de la teoría huttoniana de la Tierra). Así se popularizó el trabajo del verdadero fundador de la Geología moderna, mérito que pretendió atribuirse el otro gran divulgador de la obra de Hutton, Charles Lyell, que con su obra Principles of Geology (Principios de Geología, 1830-33) ejerció una notable influencia sobre numerosos científicos y, especialmente, sobre Charles Darwin, que tendría la obra de Lyell como libro de cabecera durante su viaje de cinco años alrededor del mundo en el Beagle.

JOSÉ MARÍA RIOL CIMAS
Profesor titular de Bioquímica y Biología molecular
de la Universidad de La Laguna