BLOQUE 3: ANALIZA LA DINÁMICA DE LA LITOSFERA Secuencia Didáctica 1: Estructura de la Tierra T ierra • La capas que conforman c onforman a la Tierra La Geosfera es la parte del planeta Tierra formada por material rocoso (sólido o fluido), sin tener en cuenta la hidrósfera ni la atmósfera. atmósfera . Nuestro planeta, planeta , como otros planetas terrestres (planetas cuyo volumen está ocupado principalmente de material rocoso), está dividido en capas de densidad creciente. 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. 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.
ESTRUCTURA La estructura de la Tierra puede establecerse según dos criterios diferentes: capas que reflejen diferencias químicas, y capas que reflejen diferencias en la densidad y consistencia de los materiales. Químicamente, el planeta puede dividirse en corteza, manto, núcleo externo y núcleo interno. Según la consistencia de los materiales, las capas resultantes son la litosfera, astenósfera, manto externo, manto interno, núcleo externo y núcleo interno. Las capas se encuentran a las siguientes profundidades:
Profundidad Kilómetros Millas
Capa
0–60
0–37
Litosfera (varía localmente entre 5 y 200 km)
0–35
0–22
... Corteza (varía localmente entre 5 y 70 km)
35–60
22–37
... Parte superior del manto
35–2890 35–660 100–200
22–1790
Manto Manto superior 62–125 ... Astenosfera Manto inferior 660–2890 –1790 (Mesosfera) Mesosfera) 2890–5100 1790–3160 Núcleo externo 5100–6378 3160–3954 Núcleo interno
Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/ ( http://www.novapdf.com/))
1
MODELOS DE LA ESTRUCTURA DE GEOSFERA
2
Al interior de la tierra también se la conoce con el nombre de geosfera, y si se intenta hacer un estudio directo, solo se puede profundizar unos pocos kilómetros, por lo que son necesarios métodos indirectos. Acá se presentan los dos modelos que intentan explicar cómo es la estructura interior de nuestro planeta. Está claro que el interior terrestre está formado por varias capas, y en esto coinciden todos los modelos. Pero las investigaciones sobre el interior de la Tierra se han centrado en dos aspectos. en la composición de los materiales que forman las distintas capas del planeta y en el comportamiento mecánico de dichos materiales (su elasticidad, plasticidad, el estado físico...) Por eso, se distinguen dos tipos de modelos que presentan diferentes capas, aunque coinciden en muchos puntos: el modelo estático y el modelo dinámico.
Capas en el modelo estático La corteza es la capa externa de la Tierra. Se diferencian dos partes: la corteza continental, con materiales de composición y edad variada (pueden superar los 3.800 millones de años) y la corteza oceánica, más homogénea y formada por rocas relativamente jóvenes desde un punto de vista geológico. Por debajo de la corteza se encuentra el manto, mucho más uniforme, pero con dos sectores de composición ligeramente distinta: el manto superior, en el que destaca la presencia de olivino, y el superior, con materiales más densos, como los silicatos. Por último, la capa más interna es el núcleo, que se caracteriza por su elevada densidad debido a la presencia de aleaciones de hierro y níquel en sus materiales. El núcleo interno podría estar formado por hierro puro.
1) LA CORTEZA Con el nombre de corteza se designa la zona de la Tierra sólida situada en posición más superficial, en contacto directo con la atmósfera, la hidrosfera y la biosfera. La corteza terrestre presenta dos variedades: corteza oceánica y corteza continental.
Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/)
LA CORTEZA OCEÁNICA La corteza oceánica tiene un grosor aproximado de 10 km; no obstante, esta cifra decrece notablemente en determinados puntos del planeta, como en el rift valley , en el área central de las dorsales oceánicas, donde alcanza un valor prácticamente equivalente a O. En dicha zona, el magma procedente del manto aflora directamente. En la corteza oceánica se pueden distinguir diversas capas. Los sedimentos que forman la primera tienen un espesor situado entre 0 y 4 km; la velocidad media de propagación de las ondas sísmicas alcanza los 2 km/s. A continuación se localiza una franja de basaltos metamorfizados que presentan entre 1,5 y 2 km de grosor; la velocidad de las ondas es en este punto de 5 km/s. La tercera capa de la corteza oceánica, formada por gabros metamorfizados, mide aproximadamente 5 km; en ella, la velocidad media queda comprendida entre 6,7 y 7 km/s. Cabe mencionar una última parte, donde se registra la máxima velocidad (8 km/s); está constituida por rocas ultra básicas cuyo espesor ronda el medio kilómetro.
LA CORTEZA CONTINENTAL Con un espesor medio de 35 km, la corteza continental incrementa notablemente este valor por debajo de grandes formaciones montañosas, pudiendo alcanzar hasta 60-70 km. Aparece dividida en dos zonas principales: superior e inferior, diferenciadas por la superficie de discontinuidad de Conrad. En este plano existe un brusco aumento de la velocidad de las ondas sísmicas, que, no obstante, no se registra en todos sus puntos. Consecuentemente, puede afirmarse que no hay una separación nítida entre ambas capas. La corteza superior presenta una densidad media de 2,7 kg/dm3 y, en el continente europeo, su espesor medio se sitúa en algo más de 810 km. Los materiales que la constituyen son rocas sedimentarias dispuestas sobre rocas volcánicas e intrusivas graníticas. La corteza inferior contiene rocas metamorfizadas cuya composición es intermedia (entre granito y. diorita o gabro); su densidad equivale a 3 kg/dm3.
2) EL MANTO En un nivel inmediatamente inferior se sitúa el manto terrestre, que alcanza una profundidad de 1900 km. La discontinuidad de Mohorovicic, además de marcar la separación entre la corteza y el manto terrestres, define una alteración en la composición de las rocas; si en la corteza —especialmente en la franja inferior— eran principalmente basálticas, ahora encontramos rocas mucho más rígidas y densas, las peridotitas. Hay que hacer notar que la discontinuidad de Mohorovicic se encuentra a diferente profundidad, dependiendo de que se sitúe bajo corteza oceánica o continental. El manto se puede subdividir en manto superior e inferior.
El manto superior se prolonga hasta los 650 o los 700 km de profundidad. En este punto, la velocidad de las ondas sísmicas se incrementa, al aumentar la densidad. A su vez, en el manto superior pueden diferenciarse dos regiones; en la superficial, el incremento de velocidad es constante con relación a la profundidad, mientras que en la inferior la velocidad decrece súbitamente. Como resultado de la fusión que experimentan las peridotitas en esta última capa, su rigidez disminuye con relación a la capa superior. El grosor del manto inferior varía entre 650-700 km —bajo la astenosfera— y 2.900 km —en la discontinuidad de Gutenberg, que marca la separación entre el manto y el núcleo—. En la parte interna de esta capa, tanto la densidad —que pasa de .4 kg/dm3 a 6 kg/dm3, aproximadamente— como la velocidad aumentan de manera constante. El manto está compuesto por rocas silícias, más ricas en hierro y magnesio que la corteza. Las grandes temperaturas hacen que los materiales silícios 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.
3) EL NÚCLEO Los principales elementos constitutivos del núcleo terrestre son dos metales: hierro y níquel. A partir del límite marcado por la discontinuidad de Gutenberg, la densidad experimenta un súbito aumento, desde 6 a 10 kg/dm3, aproximadamente. Por otra parte, la velocidad de las ondas sísmicas primarias experimenta un rápido descenso —se pasa de 13 km/s a 8 km/s—, al tiempo que no se registra propagación de ondas secundarias hasta profundidades de 5.080 km. En este último punto, conocido como discontinuidad de Lehmann, la velocidad de las ondas primarias vuelve a incrementarse, situándose en torno a los 14 km/s en el centro del globo terrestre. Existe un núcleo superior y un núcleo inferior; el primero, con ausencia de ondas secundarias, aparece fundido, mientras que el segundo se encuentra en estado sólido.
Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/)
3
Diversas mediciones sísmicas muestran que el núcleo está compuesto de dos partes, una interna sólida de 1220 km de radio y una capa externa, semisólida que llega hasta los 3400 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 (Fe) con algo de Níquel (Ni). Algunos científicos creen que el núcleo interno podría estar en forma de un cristal de hierro. El núcleo externo rodea al interno y se cree que está compuesto por una mezcla de Hierro (Fe), Níquel (Ni) 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).
HIDRÓSFERA. Es la capa externa que descansa sobre la corteza y comprende el conjunto de toda el agua que existe en la corteza terrestre, en todas sus formas tales como mares y océanos, ríos, lagos, aguas subterráneas y glaciares. ATMÓSFERA. Es la última capa externa que rodea a la Tierra; está compuesta por gases, algunos fundamentales para la vida, como el oxígeno, necesario para los seres vivos; otros filtran radiaciones solares que podrían ser letales para los organismos terrestres. Además en el seno de la atmósfera se producen los fenómenos climáticos que resultan tan importantes para la supervivencia de animales y plantas.
LA INVESTIGACIÓN DE LOS FONDOS OCEÁNICOS La aplicación de grandes avances tecnológicos al estudio de los océanos ha permitido, en las últimas décadas, conocer a fondo aspectos enormemente relevantes de su geología y su morfología. Como resultado, existen en la actualidad mapas precisos de los fondos oceánicos. Elementos característicos de la geografía submarina son los márgenes continentales, las cuencas oceánicas y las dorsales.
A.-Los márgenes continentales La prolongación de los continentes por debajo del nivel del mar constituye los márgenes continentales, formados por corteza continental. Se distinguen tres zonas principales: la plataforma, el talud y la elevación. La plataforma continental, una zona que se inclina paulatinamente hasta llegar al talud, puede no presentarse o, por el contrario, alcanzar una extensión de cientos de kilómetros. Aparece recubierta por materiales resultantes de la erosión de la tierra emergida, que han sido transportados por los cursos fluviales. En torno a —200 m aparece el talud, una pendiente horadada por los denominados cañones submarinos, por los que «viajan» sedimentos procedentes de la plataforma o bien consecuencia de grandes desprendimientos submarinos provocados por los terremotos. La acumulación de sedimentos determina el surgimiento de abanicos, por la forma que adquiere el depósito, que conforman la elevación continental, a veces muy extensa pero generalmente con poca pendiente.
B.- Las cuencas Las cuencas, cuya profundidad puede superar los 4.000 m, están formadas por corteza oceánica. En ellas pueden individualizarse diversas formas, desde antiguos volcanes, que hoy son montañas submarinas, hasta áreas deprimidas de perfil estrecho y alargado, las denominadas fosas oceánicas, que marcan el punto de contacto entre las placas litosféricas.
C.- Las dorsales oceánicas Por su parte, las dorsales oceánicas son cadenas montañosas de considerable longitud —de hecho, las más largas del planeta—, que se extienden de forma ininterrumpida por los océanos, a través de unos 80.000 km; su anchura es de 2 .000 km aproximadamente. Están formadas por crestas de origen volcánico, con una altitud media aproximada de 2.000 m sobre el fondo. No obstante, en algunos puntos de la Tierra, por ejemplo en Islandia, pueden llegar a emerger. Las dorsales, centro de actividad sísmica de notable intensidad, aparecen cortadas por numerosas fallas de gran tamaño, denominadas fallas transformantes.
D.-Fosas abisales
Son fisuras estrechas y profundas donde se acumula gran cantidad de sedimentos. Se localizan en los bordes de placa, cerca de un continente o de una zona insular. Están asociadas a la presencia de terremotos.
Capas en el modelo dinámico La capa más externa es la litosfera, que comprende la corteza y parte del manto superior. Es una capa rígida. La litosfera descansa sobre la astenósfera, que equivale a la parte menos profunda del manto. Es una capa plástica, en la que la temperatura y la presión alcanzan valores que permiten que se fundan las rocas en algunos puntos.
Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/)
4
A continuación se encuentra la mesosfera, que equivale al resto del manto. En la zona de contacto con el núcleo se encuentra la región denominada zona D”, en la que se cree que podría haber materiales fundidos. La capa más interna es la endosfera, que comprende el núcleo interno y el núcleo externo. Los estudios de propagación de las ondas sísmicas han puesto de manifiesto que la parte externa de la endosfera (el núcleo externo) está compuesta por materiales fundidos, ya que en esa zona se interrumpe la transmisión de algunas de las ondas. El estudio de los terremotos ha permitido definir el interior de la Tierra y distinguir tres capas principales. También la información que nos proporcionan los meteoritos puede ser de gran utilidad para conocer la composición de los materiales del interior de la Tierra. Los métodos de datación sitúan la edad de algunos meteoritos en unos 4500 millones de años coincidente con la edad de la tierra. Se cree que la composición de muchos meteoritos es idéntica a la de algunas capas del interior terrestre.
1) LITOSFERA
La litosfera (de la palabra del griego que significa literalmente "esfera de piedra") es la capa más superficial de la Tierra sólida, caracterizada por su rigidez. Está formada por la corteza terrestre y por una zona externa del manto y "flota" sobre la astenósfera, una capa “blanda” que forma parte del manto superior. Tiene un espesor que varía entre aproximadamente 100 km para los océanos y 150 km para los continentes y es la zona donde se produce, en interacción con la astenósfera, la tectónica de placas. La litosfera está fragmentada en una serie de placas tectónicas o litosféricas, en cuyos bordes se concentran los fenómenos geológicos endógenos, como el magmatismo (incluido el vulcanismo), la sismicidad o la orogénesis. Las placas pueden ser oceánicas o mixtas, cubiertas en parte por corteza de tipo continental.
2) ASTENOSFERA
La astenosfera o astenósfera es la zona del manto terrestre que está inmediatamente debajo de la litosfera, aproximadamente entre 100 y 240 kilómetros por debajo de la superficie de la Tierra. La litosfera, que constituye una extensión de la noción de corteza terrestre, mide unos 100 km de espesor bajo los océanos y alrededor de 150 bajo los continentes. Descansan los fondos oceánicos y los bloques continentales sobre la astenosfera, que por hallarse dotada de cierta fluidez (a pesar de tratarse de roca sólida), absorbe los movimientos a que da lugar la isostasia. En la astenosfera existen lentos movimientos de convección que explican la deriva continental. Además, el basalto de la astenosfera fluye por extrusión a lo largo de las dorsales oceánicas, lo cual hace que se renueve constantemente el fondo del océano. El borde opuesto, cuando se enfrenta con el obstáculo representado por un continente, se hunde bajo éste, volviendo así la materia del fondo a asumirse en la astenosfera, fenómeno conocido como subducción. Por su parte inferior, la astenosfera va perdiendo sus propiedades más abajo de los 350 Km. y, progresivamente adquiere la rigidez del manto inferior hacia la profundidad de 850 km.
3) MESOSFERA
En geología se denomina mesosfera a la parte del manto situada entre la astenosfera y la discontinuidad de Gutenberg. Su estado físico es sólido, y es una capa muy rígida.
Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/)
5
6
Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/)
