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Modelo de la estructura interna de la tierra

La estructura interna de la tierra se conoce y se infiere basado en diversos estudios, los cuales proporcionan datos indirectos o directos, éstos últimos mediante las excavaciones terrestres. Las excavaciones proporcionan datos muy limitados, ya que las más profundas sólo alcanzan unos cuantos kilómetros. Los lugares en los cuales se han realizado las excavaciones más profundas de la tierra se encuentran en África del Sur, donde las compañías mineras han excavado 3.5 Km. de profundidad para extraer oro. (Explora la imagen)

Mayores profundidades parecen ser imposibles de realizar ya que el calor y la presión en las mismas, impide que los humanos desciendan más. Debido a que el radio terrestre se estima en 6.370 Km., se puede deducir que la información obtenida directamente de la estructura interna a través de las excavaciones es muy escasa.

Isaac Newton fue el primero de los científicos en proponer una teoría sobre la estructura de la tierra. Basado en sus estudios sobre la fuerza de la gravedad, Newton calculó el promedio de la densidad de la tierra y encontró que tenía más del doble de la densidad de las rocas cercanas a la superficie. Con estos resultados, concluyó que el interior de la tierra tenía que ser mucho más denso que las rocas de la superficie. Sus descubrimientos excluían la posibilidad de un submundo cavernoso, pero no explicaba dónde comenzaba el material más denso y cómo variaba la composición de las rocas de la superficie.
Actividad sísmica según la profundidad y localización del foco o hipocentro. Amarillo: profundidad del foco 25 Km.,
Verde: profundidad del foco 26 a 74 Km.,
negro: profundidad del foco 76 a 660 Km.
(Explora la imagen)
Posteriormente el estudio de fenómenos como los terremotos, eventos potencialmente destructivos para el ser humano, son los que más datos han aportado sobre el interior de la tierra. La razón de esto, es que cada terremoto manda una formación de ondas sísmicas en todas las direcciones. Esto es similar a lo que ocurre cuando se tira una piedra en el agua y se crean ondas. La observación de estas ondas sísmicas cuando viajan a través de la tierra, ha ayudado a comprender los materiales en los cuales se mueven las ondas. El conocimiento de la estructura interna de la tierra se ha inferido mediante datos indirectos proporcionados por la geofísica.

La geofísica provee la información a través del estudio de las ondas sísmicas. Estas ondas se desplazan con distinta velocidad según la densidad del medio que atraviesan. La génesis de estas manifestaciones energéticas tiene que ver con un terremoto o con algún sismo provocado. Estos últimos pueden originarse debido a explosiones nucleares o, en menor escala, a las detonaciones que se practican para estudiar mantos rocosos, yacimientos de hidrocarburos, y otros, que generar ondas sísmicas.

Ondas Sísmicas

Un terremoto ocurre cuando repentinamente las rocas en la zona de la falla se deslizan una contra otra, descargando la presión que se ha acumulado con el tiempo. El deslizamiento descarga energía sísmica, que se dispersa a través de dos tipos de ondas: ondas P y ondas S. Estas hondas tienen diferentes características, las ondas P son ondas de compresión y las ondas S son ondulantes, ambas presentan comportamientos distintos dependiendo de la composición del material que cruzan.

Las ondas P vibran en sentido paralelo a la dirección de propagación, son más rápidas y se transmiten tanto en medios sólidos como líquidos.

Las ondas S vibran en sentido transversal a la dirección de propagación, son más lentas y sólo se transmiten a través de medios sólidos.



Actualmente existe una sofisticada red de estaciones sismográficas, lo cual ha permitido estudiar en detalle las ondas que atraviesan el interior del planeta y se ha podido definir su velocidad, amplitud, reflexiones, retracciones y otras características. Al integrar todos los resultados obtenidos por las estaciones sísmicas se ha deducido una estructura interna de capas concéntricas.

Una de las más importantes observaciones de la estructura de la tierra fue hecha por el sismólogo croata Andrija Mohorovicic. El, notó que las ondas P medidas a más de 200 Km. del epicentro de un terremoto llegaban con más velocidad que aquellas dentro de un radio de 200 km.
Esto se explica debido a que las ondas que llegan con más velocidad viajan a través de un medio que les permite acelerarse. En 1909 Mohorovicic definió el principal y el primer borde dentro del interior de la tierra, ubicado entre la corteza, que forma la superficie de la tierra, y una más densa debajo, llamado el manto. Las ondas sísmicas viajan más rápido en el manto que en la corteza porque están compuestas de un material más denso. Por consiguiente, las estaciones más lejanas del origen de un terremoto reciben ondas que han viajado a través de las rocas más densas del manto. Las ondas que llegan a estaciones más cercanas se quedan dentro de la corteza todo el tiempo. El nombre oficial del borde de la corteza y manto es la Discontinuidad Mohorovicic , en honor a su descubridor, sin embargo, usualmente se le llama Moho.

En la estructura terrestre no sólo se encuentra la discontinuidad Mohorovicic, como puede observarse existen otras discontinuidades que constituyen los límites de las capas concéntricas, y son zonas donde la velocidad de las ondas aumenta o disminuye abruptamente, al pasar de un medio a otro.

Otra observación hecha por los sismólogos fue que las ondas P mueren aproximadamente a 105º del terremoto, y reaparecen aproximadamente a 140°, llegando mucho más tarde de lo esperado. Esta región que no tiene ondas P se llama la zona sombras de la onda P.
Las ondas S, al contrario, mueren completamente aproximadamente a 105° del terremoto. Hay que recordar que las ondas S no pueden viajar a través de líquidos. La zona sombría de las ondas S indican que hay una profunda capa líquida dentro de la tierra que detiene todas las ondas S pero no las ondas P.

En 1914, Beno Gutenberg, un sismólogo Alemán, usó estas zonas sombrías para calcular el tamaño de otra capa dentro de la tierra llamada núcleo. El definió un borde agudo del núcleo y el manto a 2.900 Km. de profundidad, donde las ondas P se refraccionan y disminuyen velocidad. Es así que en el modelo de la estructura interna de la tierra, la primera gran división está dada por las discontinuidades de Mohorovicic ( 30 a 60 Km.) y Gutemberg ( 2.900 Km.) que dividen al globo terrestre en corteza, manto y núcleo. En el primer límite (Mohorovicic) que no es una superficie regular, se produce un brusco aumento de la velocidad de las ondas P. A los 2.900 Km. (Gutenberg) la propagación de las P sufren un descenso notable y las ondas S no se propagan.

Las diferencias entre las velocidades de propagación marcan distintos tipos de materiales y medios físicos. En la actualidad existen estudios más detallados que muestran otras divisiones, como el área de baja velocidad ubicada entre los 60 y 250 Km. de profundidad, que se interpreta como una zona de alta plasticidad de los materiales del manto y la discontinuidad de Wiechert que se manifiesta a los 5.150 Km. y parece diferenciar al núcleo en dos partes concéntricas. El esquema mencionado aquí no explica algunas de las interrogantes que se hacen los geólogos, entre ellas: no indica la temperatura y el estado físico de los materiales del interior de la tierra.

(Explora la imagen)

Las mediciones directas indican que la temperatura aumenta un grado por cada 30 metros promedio de profundidad. A este concepto se lo denomina gradiente geotérmico. Si realmente esto se cumple, a una profundidad de 60 Km. los materiales estarían en estado de fluidez. Pero 60 Km. es relativamente poco si se considera que el radio terrestre tiene 6.370 Km. Entonces surgen otras interrogantes acerca de la incidencia de la presión y la temperatura sobre el núcleo.

Las cortezas

La parte más superficial de la Tierra se denomina corteza, y es de dos tipos: corteza continental y corteza oceánica. La corteza continental es, como su nombre lo indica, la que forma los continentes, está conformada principalmente por material de granito, tiene en promedio entre 30 y 40 Km. de espesor y, a profundidad, presenta velocidades para ondas P de alrededor de los 6.0 a 6.5 Km./s.

La corteza oceánica es predominantemente basáltica y tiene velocidades de las ondas P de unos 6.7 a 6.9 Km./s, su espesor medio es de unos 7 km. La capa que se encuentra inmediatamente bajo la corteza recibe el nombre de manto entre ellas se halla la discontinuidad llamada de Mohorovicic, ya mencionada anteriormente. Debajo de ella la velocidad de las ondas P en el manto es de unos 7.9 a 8.2 km/s, y su densidad es de unos 3.3 g/cm3.

El manto llega hasta los 2 .950 Km. de profundidad donde tiene una densidad de unos 5.5 g/cm3 y una velocidad de las ondas P de unos 10.5 Km. /s. Las propiedades del manto varían bastante; desde cerca de los 100 Km. hasta los 150 Km. de profundidad se encuentra una capa de baja velocidad llamada astenósfera donde hay material que posiblemente se encuentra en estado de semifusión. Alrededor de los 700 Km. de profundidad se encuentra una zona donde cambia rápidamente la velocidad, la cual separa al manto superior, situado encima de esta profundidad, del manto inferior, situado debajo.

La corteza es la parte más superficial del manto, hasta una profundidad de unos 100 Km., se denomina litosfera. A los 2 950 Km. de profundidad se describe la discontinuidad llamada de Gutenberg o fundamental la cual, separa el manto inferior del núcleo externo. Al pasar del manto al núcleo externo, aumenta la densidad (de 5.5 a 10 g/cm3) pero disminuye drásticamente la velocidad de las ondas P (de 10.5 a 8.0 Km./s), y las ondas S no son transmitidas, lo que indica que el material del núcleo externo es líquido. Tanto la densidad como la velocidad de las ondas P aumentan con la profundidad hasta llegar a los 5 150 Km. de profundidad, donde se encuentra la discontinuidad denominada Lehmann entre el núcleo externo y el núcleo interno, el cual es sólido y llega hasta el centro de la Tierra situado a 6 371 Km. de profundidad.

Estos datos acerca del interior de la Tierra han sido obtenidos mediante el estudio de ondas sísmicas con trayectorias como las mostradas en la siguiente figura.

En esta figura, un foco sísmico se sitúa en F; las letras mayúsculas que identifican cada rayo, indican si éste atravesó el manto como P (línea sólida) o como S (línea punteada); la c minúscula indica reflexión en la frontera manto-núcleo y K indica transmisión a través del núcleo externo, lo cual, es sólo posible para ondas de tipo P, pues los líquidos no transmiten las ondas S. Finalmente, la i minúscula indica reflexión en la frontera núcleo externo-núcleo interno, mientras que I mayúscula indica transmisión a través del núcleo interno.


Distribución de las ondas P y S en el globo terrestre

La teoría de la Isostasia
(del griego isoz [mismo] + stasiz [detención])
Esta teoría indica que debido a que los continentes son menos densos (más ligeros) que el manto, flotan sobre éste. Si bien el manto es sólido, ante fuerzas aplicadas durante tiempos prolongados, actúa como un líquido en extremo viscoso, y un material más ligero que él, colocado encima se hundirá lentamente hasta desplazar la cantidad de material del manto equivalente a su peso (principio de Arquímedes).
Como el manto es más denso, el volumen desplazado es menor que el del continente y parte de éste sobresaldrá del nivel del manto; exactamente igual a lo que sucede cuando se tira un trozo de madera sobre agua.

Durante la última gran glaciación (edad de hielo) la región conocida como Fenoscandia, que incluye los países escandinavos y Finlandia, estuvo cubierta por una enorme capa de hielo que la hizo hundirse en el manto. Ahora que la capa de hielo ha desaparecido, Fenoscandia pesa menos y se está elevando con velocidades que alcanzan 1 cm. /año. Éste es un ejemplo que corrobora el principio de isostasia.
Debido a este principio, cada montaña que observamos, tiene una extensión continental que se proyecta hacia abajo en el manto y que es más profunda cuanto más alta es la montaña. De esta manera, el efecto de la masa extra que representa la montaña se contrarresta porque abajo de ella, material ligero de la corteza ha tomado el lugar del material denso del manto.

Uno de los argumentos que se daban en contra de la teoría de la deriva continental, era que sería imposible el movimiento de los continentes abriendo paso a sus raíces a través del manto. No obstante, c on la tecnología actual la estructura del interior de la tierra se hace más clara a medida que la técnica de las imágenes avanza. La tomografía sísmica es una técnica relativamente nueva que usa ondas sísmicas para medir variaciones muy pequeñas en la temperatura dentro del manto. Ya que las ondas se mueven más rápido a través del material frío y más despacio a través del material caliente, las imágenes que los científicos reciben les ayudan a 'ver' el proceso de convección en el manto.


Esta y otras imágenes ofrecen un viaje virtual al centro de la tierra. El método reconstruye la estructura interna de la tierra en la pantalla de un ordenador, corte a corte. Esto se logra mediante la organización del ruido sísmico ambiental que normalmente es desechado como basura sísmica. Gracias a este sistema, los científicos logran realizar un trabajo más eficiente.

 
 

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