Tema 14. Origen y estructura de la Tierra

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1 Tema 14. Origen y estructura de la Tierra
El origen del sistema solar ¿Cómo es el interior terrestre? Algunos datos directos. Masa y densidad de la Tierra Sismos y ondas sísmicas ¿Qué información aportan los terremotos? Otros datos indirectos. Una Tierra estructurada en capas. Unidades dinámicas.

2 1. El origen del sistema solar.
Las capas de la Tierra están ordenadas por densidad. La Tierra gira en el mismo sentido en que lo hace el Sol. La órbita terrestre se sitúa en el plano ecuatorial del Sol. Todos los planetas también ocupan el mismo plano. Las respuestas a estas afirmaciones nos llevan a considerar el origen de la Tierra en relación con el sistema solar

3 Teoría Planetesimal Es la teoría más aceptada sobre el origen del sistema solar. Hace 4600 millones de años una nebulosa giratoria comienza a contraerse. Se produce el colapso gravitatorio, originando una gran masa central y un disco giratorio. Formación del protosol a consecuencia de la fusión nuclear del hidrógeno por lo que nace una estrella. Formación de planetesimales, por acrección de las partículas que forman el disco giratorio. Formación de protoplanetas, por colisión de planetesimales.

4 Formación de la Tierra. De acuerdo con la teoría planetesimal la formación de la Tierra habría seguido el siguiente proceso: Formación del protoplaneta terrestre, por acrección de los planetesimales, aumentando la temperatura como consecuencia de los impactos. Diferenciación por densidades, la Tierra llega a fundir parcialmente lo que origina la catástrofe del hierro, a la vez que se produce la desgasificación del planeta. Enfriamiento de la superficie y formación de los océanos.

5 Origen de la Luna La teoría más aceptada sobre el origen de la Luna propone que en los primeros momentos de formación de la Tierra un planeta de tipo terrestre, posiblemente con un tamaño como el de Marte, colisionó con la Tierra. Parte del astro que impactó más la nube de residuos formada por los materiales de la zona de impacto quedó orbitando alrededor de la Tierra, su acrección originó la Luna.

6 2. ¿Cómo es el interior terrestre? Algunos datos directos.
Para conocer el interior terrestre utilizamos dos tipos de métodos: Métodos directos, observando los materiales que proceden del interior terrestre o a los que se tiene acceso. Métodos indirectos, se deducen a partir de características y propiedades del interior terrestre, como la densidad, magnetismo, sismicidad, etc.

7 2. ¿Cómo es el interior terrestre? Algunos datos directos.
Minas y sondeos. Las minas son excavaciones que se realizan para la extracción de minerales. La más profunda se encuentra en Sudáfrica. Los sondeos son perforaciones que se realizan para alcanzar niveles profundos del subsuelo. La más profunda se realizó en Siberia y tiene 12,5 km, aunque es muy poco si se compara con el radio terrestre. La información más importante que nos proporcionan las minas y sondeos, es el aumento de la temperatura con profundidad que llamamos gradiente geotérmico.

8 2. ¿Cómo es el interior terrestre? Algunos datos directos.
Volcanes. Los volcanes nos permiten conocer los materiales del interior terrestre y observarlos directamente, aunque por desgracia los magmas se producen por fusión parcial de las rocas y no conocemos todos sus componentes. Sin embargo, el magma arrastra fragmentos de las rocas que no ha logrado fundir y que quedan como inclusiones.

9 3. Masa y densidad de la Tierra
La densidad de un cuerpo es su masa dividida por su volumen (d=m/v). Su volumen lo podemos considerar como el de una esfera cuyo radio lo tomamos como radio medio, así: v=4/3 πR3. Para calcular la masa partimos de la ecuación de la gravitación universal F=G.M.m/d2, pero F=m.g, si sustituimos en la ecuación anterior m.g=G.M.m/d2, de donde nos queda M=d2.g/G

10 3. Masa y densidad de la Tierra
El interior es más denso. El estudio de la densidad terrestre es un buen ejemplo de lo que son los métodos indirectos. Si tenemos en cuenta que la densidad media de la Tierra es de 5,52 g/cm3 y la de las rocas superficiales no superan los 2,7 g/cm3, por lo que se deduce que los materiales del interior deben de ser más densos para que la media resulte la expresada.

11 4. Sismos y ondas sísmicas
El método sísmico es el procedimiento que más información ha aportado sobre la estructura del interior terrestre. Se basa en el estudio de los terremotos y de las ondas que producen. Los terremotos o sismos, son vibraciones del terreno generadas por la liberación brusca de energía acumulada en las rocas sometidas a tensiones. Se originan al fracturarse grandes masas de rocas o al desplazarse rocas ya fracturadas que denominamos fallas.

12 4. Sismos y ondas sísmicas
El lugar donde se origina el terremoto es el foco sísmico o hipocentro. El lugar en la superficie más próximo al foco sísmico es el epicentro.. La vibración generada en el foco sísmico se propaga en forma de ondas que son las ondas sísmicas. Tipos de ondas sísmicas. Se clasifican en internas y externas, según en que parte de la Tierra se propaguen. Dentro de las internas diferenciamos las P y las S y en las externas las Rayleigh y las Love.

13 4. Sismos y ondas sísmicas
Las ondas P o primarias, reciben este nombre porque son las primeras que se reciben en los sismógrafos después de un terremoto, ya que son las más rápidas. Las partículas del terreno vibran en la dirección de propagación de la onda. Se propaga por todos los medios físicos. Las ondas S o secundarias se propagan a menor velocidad que las P. Son ondas transversales, es decir hacen vibrar las partículas del terreno en dirección perpendicular a la dirección de propagación. Sólo se propagan por medios rígidos.

14 4. Sismos y ondas sísmicas
Las ondas superficiales, se generan cuando las ondas internas llegan a la superficie. Son las responsables de los daños que producen los terremotos. Existen dos tipos las ondas Love y las Rayleigh. Las ondas love, producen un desplazamiento de las partículas perpendicular a la dirección de propagación, pero contenida en el plano horizontal. Las ondas Rayleigh, producen un movimiento elíptico retrógrado del suelo.

15 4. Sismos y ondas sísmicas
Para registrar y medir la magnitud de un terremoto, se utilizan unos instrumentos muy sensibles, los sismógrafos, que dibujan una gráficas los sismogramas. Consisten en una gran masa suspendida que permanece inmóvil durante el terremoto y que dibuja una línea sobre un papel continuo que se desplaza sobre un tambor dotado de un mecanismo de relojería. La velocidad a la que se propagan las ondas sísmicas depende de la naturaleza del material, de la temperatura, presión etc, lo que provoca un cambio en la dirección de avance de la onda

16 5. Qué información aportan los terremotos.
Los cambios bruscos en la velocidad de las ondas sísmicas se llaman discontinuidades. Las discontinuidades sísmicas se utilizan para diferenciar las capas en que se divide el planeta. La velocidad de las ondas sísmicas depende de la composición de los materiales que atraviesan y del estado físico en el que se encuentran. Las discontinuidades más importantes son la de Mohorovicic que separa la corteza del manto y la de Gutemberg que separa el manto del núcleo.

17 5. Qué información aportan los terremotos.
Dentro del manto y del núcleo se pueden diferenciar subcapas, en base a variaciones en la propagación de las ondas sísmicas. Así dentro del núcleo se diferenció un núcleo externo fundido y un núcleo interno sólido, la discontinuidad tomo el nombre de su descubridora Inge Lehmann. Por otra parte entre 100 y 800 km los incrementos de velocidad de las ondas P y S tienen fluctuaciones, el mayor de ellos se produce a 670 km y se utiliza para diferenciar el manto superior del inferior.

18 6. Otros datos indirectos.
Además de los datos que proporcionan las ondas sísmicas, y las observaciones directas, se disponen de otros datos indirectos que nos aportan la temperatura del interior de la Tierra, el campo magnético y los meteoritos. Las minas y los sondeos realizados muestran como aumenta la temperatura a medida que se profundiza. El valor medio de este gradiente geotérmico es de 30º C /1000 m. Si este gradiente se mantuviera hasta el centro de la Tierra, se alcanzarían temperaturas de cientos de miles de grados.

19 6. Otros datos indirectos.
Por tanto las temperaturas propuestas para cada zona del interior terrestre deben de ser compatibles con su composición y estado físico en el que se encuentran. En la base de la corteza se alcanzan los 700ºC, mientras que en límite entre el manto superior e inferior los 2000ºC. La temperatura del núcleo debe de ser suficiente para fundir el hierro a las presiones a las que se encuentra sometido, por lo que debe de alcanzar 3600ºC, mientras que en el núcleo interno no debe de superar los 5000ºC compatible con un núcleo sólido.

20 6. Otros datos indirectos.
La Tierra posee un campo magnético y su existencia apoya la idea de un núcleo metálico fundido en permanente movimiento. La teoría más aceptada para explicar la existencia del campo magnético es la de la dinamo autoinducida, en la que el núcleo externo circula alrededor del interno produciendo una corriente eléctrica que a la vez origina un campo magnético. Siempre que exista un núcleo externo metálico fundido en movimiento existirá un campo magnético.

21 6. Otros datos indirectos.
Los meteoritos son pequeños cuerpos planetarios que cruzan la órbita terrestre y caen sobre la superficie. La mayoría procede del cinturón de asteroides entre Marte y Júpiter. Los meteoritos nos aportan información sobre la composición del interior terrestre. De acuerdo con la composición hay tres tipos básicos de meteoritos: Condritas, representan el 86% del total, su constitución es semejante a las peridotitas. Acondritas, representan el 9% del total son semejantes al basalto. Sideritas representan el 4% y están formados por Ni y Fe.

22 7. Una Tierra estructurada en capas.
Estas capas pueden diferenciarse atendiendo a dos criterios: Los datos abtenidos de la Tierra por los diferentes métodos, nos presentan un planeta estructurado en capas concéntricas. Unidades geoquímicas cuando el criterio utilizado es la composición geoquímica. Unidades dinámicas cuando el criterio utilizado es el comportamiento mecánico.

23 7. Una Tierra estructurada en capas.
Unidades geoquímicas. La corteza es la capa más delgada y externa, se extiende desde la superficie hasta la discontinuidad de Moho. Presenta grandes diferencias laterales de espesor y de composición. Se diferencian dos tipos continental y oceánica. La corteza continental tiene entre 25 y 70 km de espesor, es heterogénea y está formada por rocas poco densas (2,7 g/cm3). De arriba abajo encontramos, rocas sedimentarias, esquistos y gneises y granitos. Su edad está comprendida entre 0 y millones.

24 7. Una Tierra estructurada en capas.
La corteza oceánica es más delgada, entre 5 y 10 km. Está formada por tres niveles que de arriba abajo son: Sedimentos, basaltos y gabros . Las rocas de la corteza oceánica no exceden los 180 millones de años. El manto se encuentra entre la discontinuidad de Mohorovicic y la Gutemberg. Representa el 83% del volumen de la Tierra. Está formada por peridotita donde abunda el Fe y el Mg, coincidiendo con los meteoritos más abundantes , las condritas. Las diferencias de densidad existentes son debidas a la presión que soportan.

25 7. Una Tierra estructurada en capas.
El núcleo ocupa el centro del planeta, se sitúa por debajo de la discontinuidad de Gutemberg, representa el 16% del volumen de la Tierra. Está formado por Fe y Ni, coincidiendo su composición con las sideritas.

26 8. Unidades dinámicas Se establecen en función de las características físicas y del comportamiento mecánico de los materiales. Se consideran las siguientes capas. Litosfera es la capa más externa y rígida , incluye la corteza y parte del manto superior. Su espesor es variable, la litosfera oceánica tiene de 50 a 100 km, mientras que la continental oscila entre 100 y 200 e incluso puede alcanzar los 300 km. Manto superior sublitosférico, se extiende desde debajo de la litosfera hasta los 670 km. Presenta oscilaciones importantes de la velocidad de las ondas sísmicas. La roca se encuentra en estado sólido.

27 8. Unidades dinámicas Las elevadas presiones y temperaturas a que se encuentran hace que el comportamiento varíen en función de los tiempos que se consideran. Así en tiempos cortos se comportan como materiales rígidos y en tiempos largos como un fluido de viscosidad muy elevada, lo que permite a este tipo de materiales estar sometidos a corrientes de convección permitiendo movimientos lentos de entre 1 y 12 cm por año.

28 8. Unidades dinámicas Incluye el resto del manto situado entre los 670 km y los 2900 km. Las rocas del manto también se encuentran sometidas a convección. En la base de la mesosfera, limitando con el núcleo se encuentra la capa “D”, formada por los materiales mas densos del manto. Núcleo externo, se extiende hasta los 5150 km de profundidad, en estado líquido y sometido a convección. Núcleo interno, en estado sólido y con los elementos más densos. Se agranda progresivamente.