LA GEOSFERA: MÉTODOS DE ESTUDIO, ORIGEN, ESTRUCTURA Y DINÁMICA.

Se sabe que la Tierra es una esfera de 6.374 kilómetros de radio. Pero el estudio de su interior es muy complejo. Más si se tiene en cuenta que, hasta principios del siglo XX, no se tuvo idea de la configuración de las tierras emergidas y hubo que esperar hasta finales de ese mismo siglo para completar la exploración de los fondos marinos. Siendo esto es así con la parte de la Tierra observable, mucho más arduo será el trabajo para descifrar su interior. No sirven sondas ni observaciones directas. Se hace necesario medir ruidos, temperaturas, analizar lo expulsado por los volcanes, etc.. Sólo de esta forma y con estos métodos se puede avanzar en el estudio del interior de la Tierra.

Además de explorar su interior, en este tema, se analizarán las consecuencias en la dinámica de las capas más externas, se profundizará en el conocimiento de la tectónica de placas y en el movimiento de las placas en el pasado. De este modo intentaremos reconstruir la historia de la Tierra.

MÉTODOS DE ESTUDIO E INTERPRETACIÓN DE LOS DATOS.

En el estudio de nuestro planeta se utilizan métodos directos o indirectos:

MÉTODOS DIRECTOS:

Sondeos, minas y estudio de afloramientos rocosos nos informan de las características y composición de los materiales formados a diferentes profundidades que han llegado a la superficie.

Por otra parte la observación directa de la naturaleza y del comportamiento de los materiales terrestres formulamos hipótesis sobre la formación y estructura de las zonas más superficiales del planeta.

MÉTODOS INDIRECTOS:

Son los que , a partir de la observación y el estudio de las manifestaciones de la energía de la Tierra nos permiten hacer hipótesis sobre las características del planeta. Son los llamados métodos de prospección geofísica.

Destacan los métodos gravimétrico, sísmico , magnético, térmico y el estudio de los meteoritos o método astronómico.

Método gravimétrico:

Estudia las variaciones de la fuerza gravitatoria en distintos puntos de la superfiie de la Tierra que pueden suponer cambios bruscos en la densidad de un terreno.

De esta forma, se pueden detectar, mediante el gravímetro, huecos o cavernas, como las existentes en los terrenos cársticos, o en zonas de explotación minera actual o histórica, fallas, domos salinos, profundidad de capas competentes compactas, etc.

De acuerdo con la ley de la gravitación universal de Newton el centro de un objeto situado en la superficie de la Tierra o cerca de ella, es atraído por una fuerza dirigida hacia el centro el planeta según:

Donde m1 y m2 son las masas de los dos objetos, d es la distancia que separa sus centros de gravedad y G es la constante de gravitación universal.

Si la Tierra fuese homogénea y de radio constante, el valor de la gravedad sería igual en todos los puntos de la Tierra. Sin embargo, dicho valor varía debido a la latitud, la altitud, los distintos relieves y la distribución de masas en el interior de la Tierra.

Aportaciones del método gravimétrico:

A finales del siglo XIX, tras los estudios de la gravedad terrestre se enuncia el principio de isostasia. Es la condición de equilibro que presenta la superficie terrestre debido a la diferencia de densidad de sus diferentes partes. Se resuelve en movimientos verticales (epirogénicos) y está fundamentada en el principio de Arquímedes.

El material que flota se hunde en un porcentaje variable, pero siempre tiene parte de él emergido Así, la condición de flotabilidad no depende del tamaño sino de la masa y del volumen, o sea, de la densidad. Cuando la parte emergida pierde volumen y peso la parte sumergida asciende para compensarlo. Cada bloque individual, ya sea este una placa o un bloque delimitado por fallas, tiende a alcanzar este equilibrio.

El equilibrio isostático puede romperse por un movimiento tectónico o el deshielo de un inlandsis. El estudio de la isostasia es fundamental entender el relieve de la Tierra.

Modelo isostático de Pratt

Método sísmico:

Se basa en el estudio de la velocidad de propagación de las ondas sísmicas que se generan en los sismos o terremotos.

Los terremotos son una vibración de la superficie terrestre producida por la liberación brusca de energía de diverso orígen.

La mayor parte se producen por la ruptura y el desplazamiento de los materiales en los límites de las placas litosféricas y en otras zonas de fallas. La deformación y desplazamiento de los materiales por encima de las fuerzas de rozamiento provoca la acumulación de energía que se libera bruscamente propagándose en forma de ondas o vibraciones sísmicas.

Se llama foco o hipocentro el lugar preciso donde se produce la liberación de energía y epicentro al punto en la vertical del hipocentro en superficie que genera las ondas que se transmiten horizontalmente (al trazar un segmento que parta del núcleo y pase por el hipocentro, el epicentro en la intersección con la superficie).

Las ondas sísmicas según se propaguen, por el interior de la roca o en la superficie, se denominan:

Ondas de volumen. Las vibraciones se transmiten formando frentes esféricos de ondas que dan lugar a ondas  de volumen. Estas pueden ser de dos tipos:

Ondas P (primarias). Son las más rápidas y las que llegan antes. La vibración se produce en el sentido de avance de la onda (longitudinales).

Así, la velocidad de estas ondas es mayor cuanto menor es la densidad de la roca (inversamente proporcional) y, mayor cuanto más rígida (directamente proporcional).

Ondas S (secundarias). Son más lentas, puesto que la vibración se produce en el sentido perpendicular a la propagación de la onda (transversales).

Al igual que en las anteriores la velocidad de estas ondas es mayor cuanto menor es la densidad de la roca (inversamente proporcional) y mayor cuanto más rígida (directamente proporcional), pero en ningún caso pueden atravesar fluidos.

Ondas de superficie: Cuando las ondas P y S llegan a la superficie se originan ondas superficiales R y L (Love y Rayleigh) muy similares a las que se forman en la superficie del agua de un recipiente al que le golpeamos un lateral. Los daños causados por los terremotos y los maremotos son consecuencia de estas ondas de baja frecuencia y gran longitud de onda. Desde el punto de vista de la estructura del interior de la Tierra no aportan información.

Aportaciones del método sísmico:

Al analizar los datos de la velocidad de las ondas P y S que atraviesan el interior de la Tierra se obtuvo la siguiente gráfica:

Hipocéntro

Epicentro

Teniendo en cuenta los cambios bruscos en la velocidad de las ondas se establecen dos discontinuidades, una más superficial, denominada discontinuidad de Mohorovicic, que supone un gran aumento en la velocidad de las ondas y, otra a los 2.900 km, denominada discontinuidad de Gutenberg, no atravesada por las ondas S y que hace disminuir la velocidad de las ondas P.

Así, según estos cambios de velocidad, se establecen una serie de niveles: Corteza Manto y Núcleo, separados los dos primeros por la discontinuidad de Mohorovicic, y los dos últimos por la de Gutenberg. Dentro del Manto se realizan más divisiones atendiendo al incremento en la velocidades de las ondas sísmicas (superior e inferior), y en el Núcleo se diferencian: Núcleo externo (fundido) e interno (sólido).

Corteza:Es la capa más superficial y la menos densa. Se distinguen:

Corteza oceánica: 0-10 kilómetros.Es más densa y más delgada que la corteza continental, y muestra edades que, en ningún caso, superan los 180 millones de años. Se encuentra en su mayor parte bajo los océanos y manifiesta un origen volcánico. Se forma continuamente en las dorsales oceánicas y, más tarde, es recubierta por sedimentos marinos.

Corteza Continental: de 0-70 kilómetros.Menos densa y más gruesa que la Corteza Oceánica. Se encuentra en las tierras emergidas y plataformas continentales. Muestra edades mucho más antiguas que la Corteza Oceánica, pudiendo encontrarse cratones, rocas que se formaron hace 4000 millones de años. En la base de la Corteza Continental aparece un nivel más plástico, causado por la deshidratación de ciertos minerales, lo que unido a su menor densidad, evita su posible subducción.

Manto: De mayor densidad que la corteza.

En el límite del Manto con el Núcleo se establece un nivel de transición (nivel D). Este nivel es el origen de las plumas del Manto y el final de los restos de Litosfera que subducen.

Núcleo: La densidad es muy alta, de tal manera que su composición debe ser parecida a los sideritos (meteoritos de hierro). Está constituido en su mayor parte por una aleación de hierro y níquel. El comportamiento de las ondas S nos muestra dos partes muy diferenciadas, separadas hacia los 5.100 kilómetros (desde 2.900 hasta los 6.370 km).

Núcleo externo:Fundido, puesto que las ondas S no lo atraviesan. La temperatura alcanza los 5.000 grados. Presenta fuertes corrientes de convección.

Núcleo interno:Evidenciado por una mayor velocidad de las ondas P debido a las presiones existentes en el interior, posibilita su estado sólido pese a existir mayores temperaturas (superiores a 6000 º C).

Método magnético:

En el Núcleo está el origen del campo magnético terrestre. Su convección genera una corriente de electrones que crea por inducción ese campo magnético (hipótesis de la dinamo autoinducida). Los cambios de polaridad detectados en el campo magnético terrestre podrían estar causados por cambios drásticos en la distribución de las corrientes de convección del Núcleo.

La magnetosfera es la región del espacio que rodea el planeta donde se detecta el campo magnético generado en su interior.

La tierra tiene un campo magnético bipolar con un polo norte (por estar cerca del polo norte geográfico) magnético (negativo) y un polo sur magnético (positivo) del que salen las líneas de fuerzas magnéticas para rodear la Tierra y entrar por el negativo.

Algunos minerales contienen átomos que se comportan como dipolos magnéticos atómicos.

Una roca fundida cuando se enfría los elementos magnéticos pierden su magnetización u orientación) comienza la cristalización de sus minerales y sus átomos quedan orientados en la dirección del campo magnético terrestre existente en la Tierra en ese momento.

A lo largo del tiempo geológico los polos magnéticos han sufrido inversiones que han quedado reflejadas en rocas que han sobrepasado su punto de Curie y han solidificado.

Aportaciones del método magnético:

El estudio del magnetismo terrestre, el magnetismo remanente de las rocas y el paleomagnetismo ha podido confirmar la hipótesis de la expansión de los fondos oceánicos. Se observan bandas con magnetismo normal (como el actual) en inverso a ambos lados de la dorsal y con la misma edad, uno de los pilares de la tectónica de placas.

Métodos geotérmicos:

Estudia las variaciones de flujo térmico (Q) entendido como la cantidad de calor de origen interno que desprende la Tierra por unidad de superficie.

El flujo térmico presenta anomalías positivas en dorsales y puntos calientes y negativas en zonas continentales antiguas y fosas oceánicas.

El origen de este calor se debe a dos posibles causas:

El Núcleo guarda calor desde el momento de formación de la Tierra. Su composición hace que sea muy conductivo y, además, esté en convección. Este calor lo va liberando de forma progresiva al Manto.

La desintegración de elementos radiactivos en el Manto (U235,U238,Th232 y K40), produce calor que se libera de forma gradual.

Cualquiera de ambos orígenes basta por sí sólo para justificar la cantidad de calor que llega a la superficie. Sin embargo, se cree que intervienen los dos y, en mayor medida, el calor del Núcleo.

Aportaciones del método térmico:

La principal aportación de este método es la explicación del origen del movimiento de las placas litosféricas. Este calor interno trasmitido por el Manto y la Corteza es el responsable de la actividad tectónica, y de los procesos geológicos internos, constituyendo así el autentico motor de la Tectónica de placas.

MOVIMIENTO DE LAS PLACAS LITOSFÉRICAS.

Las corrientes convectivas del Manto hacen que la Litosfera situada sobre él sea arrastrada en diversas direcciones. Esto origina la división de la Litosfera en placas con diferentes movimientos. A las zonas de separación de la placas litosféricas se les denomina límites de placa. Debido a los posibles movimientos relativos entre placas, estos límites se clasifican en:

Límites divergentes:

Cuando el movimiento de las placas es de separación, deja un "hueco" aprovechado por rocas magmáticas para generar nueva corteza oceánica. También se les llama Zonas de Dorsal o límites constructivos.

Los movimientos divergentes producidos por las dorsales, implican una permanente expansión de los fondos oceánicos. Esta expansión se origina en un proceso de ruptura continental.

La edad de la corteza oceánica no sobrepasa los 180 m.a. (millones de años). Al retirar los fondos oceánicos más recientes, y hacer coincidir los bordes de la antigua dorsal se pueden reconstruir las posiciones relativas de las masas continentales en el pasado.

Límites convergentes:

Cuando el movimiento que realizan las placas es de aproximación, obliga a una de las placas (la más densa) a introducirse bajo la otra en un proceso que se denomina subducción. A estas zonas también se les denomina zonas de subducción o límites destructivos.

En el movimiento de aproximación de dos placas litosféricas se verifica el proceso de subducción, esto es, se introduce una bajo la otra. La desaparición de toda la litosfera oceánica implica un proceso de colisión continental.

La subducción: La placa que subduce se curva originándose una zona de fosa donde se alcanzan las mayores profundidades oceánicas. La fricción entre las dos placas da lugar a zonas muy activas desde el punto de vista sísmico.

Corteza oceánica-Corteza oceánica. Se origina la formación de un arco isla volcánico. Esta modalidad se produce, por ejemplo, a lo largo de toda el límite occidental de la placa Pacífica, configurando la aparición de numerosos   arcos islas, que dominan toda esa costa (Aleutianas, Filipinas, Japón, etc.).

Corteza continental - Corteza oceánica. La Corteza oceánica se introduce bajo la litosfera de la otra placa de forma mucho más pronunciada puesto que es más profunda.

La colisión continental: Supone el final del proceso de subducción por la completa desaparición de la litosfera oceánica que existía entre dos masas continentales.

Límites transcurrentes.

Existen zonas donde el movimiento de las placas es paralelo y de sentido contrario, conocidas también por zonas de falla transformante.

Métodos astronómicos: el estudio de los meteoritos

Se basan en el estudio de los meteoritos considerando que éstos tienen un origen común a los demás componentes del sistema solar y, por tanto a la Tierra.Dos grandes tipos:

Lititas (rocosos), de composición similar al manto de la Tierra.

Sideritas (metálicos) de composición similar al manto de la Tierra.

Aportaciones de los métodos astronómicos:

Nos proporciona información acerca de los materiales del interior de la Tierra suponiendo el origen común de éstos con nuestro planeta.