Explorando dentro de la Tierra CLASE 4: Explorando dentro de la Tierra Prof. Diana Comte S.

EL INTERIOR DE LA TIERRA Hace unos cinco billones de años, la Tierra se formó en una masiva conglomeración y bombardeo de meteoritos y cometas. La gran cantidad de energía liberada por la velocidad de los impactos, derritió el planeta que aún está en enfriamiento. En el proceso de enfriamiento, los materiales más pesados se concentran en el centro, dejando a los más livianos cerca de la superficie, generando una diferenciación química en las distintas capas.

EL INTERIOR DE LA TIERRA Debido a las altas presiones, el núcleo externo se encuentra en estado líquido, pero la presión es aún mayor en el núcleo interno, que permanece sólido. A más de 1000 ºC el manto es sólido, pero puede deformarse, muy lentamente, de manera plástica. La corteza, mucho más fría, se comporta de manera frágil. J.Louie Los materiales más densos como el Fierro (Fe) de los meteoritos, se hundió en lo que hoy es el núcleo terrestre, mientras que los silicatos livianos (Si), otros componentes oxigenados (O) y el agua se fueron hacia la superficie.

La Tierra se encuentra compuesta por tres capas principales: Núcleo, Manto y Corteza, cada una con composiciones químicas y propiedades distintas. Corteza Oceánica Corteza Continental Núcleo Sólido Núcleo Líquido Manto Litosfera Corteza y Manto Superior, donde interactúan las placas tectónicas

Corteza Es delgada, sólida y es la capa más externa de la Tierra. Encontramos Corteza Continental y Oceánica debido a diferencias de composición química. Contiene los continentes y cuencas oceánicas. Tiene un espesor variable, siendo 35 -70 Km en los continentes, engrosándose en los cordones montañosos, alcanzando incluso 100 Km en los Himalayas, y 5 -10 Km en las cuencas oceánicas.

Manto Tiene una composición más rica en Fierro y Magnesio que la corteza, por lo que es más denso y se encuentra bajo ella. Alcanza unos 2900 Km de espesor y es donde la mayor parte del calor interno de la tierra se encuentra. Por reología, el manto se divide en manto superior e inferior. La parte superior es sólida y junto a la corteza forman la LITÓSFERA. En esta zona, las rocas son más frágiles y pueden fracturarse, generando terremotos.

Manto A medida que se aumenta en profundidad, la temperatura al interior de la Tierra aumenta, alcanzándose la parte del manto que está parcialmente fundida: la ASTENÓSFERA, la que tiene características plásticas, por lo que puede fluir muy lentamente sin fracturarse. Este flujo genera grandes celdas convectivas que hacen circular el calor y pueden conducir a procesos tectónicos de placas.

Núcleo Está compuesto principalmente por Fierro y Níquel, por lo que es muy denso (casi cinco veces más que las rocas de superficie), ubicándose en el centro de la Tierra. Tiene un diámetro aproximado de 3486 Km. El núcleo puede separarse en: Núcleo Externo de características líquidas y un espesor aproximado de 2300 Km, al cual se le asocia la existencia y control del campo magnético. Núcleo Interno de características sólidas, espesor aprox. De 1200 Km. Y compuesto enteramente por Fe.

¿Cómo se conoce todo esto? TEORÍA DE RAYOS!!! Si asumimos una Tierra uniforme, homogénea e isótropa (no hay preferencias de dirección), los rayos sísmicos viajarían en línea recta, y podríamos suponer el tiempo de llegada en algún punto en la superficie de la Tierra. Medio isótropo y homogéneo Estimación tiempos de llegada

Pero los tiempos calculados y los reales, no coinciden … Como el principio de mínima energía obliga a la onda a viajar por el camino más rápido, éste no es precisamente una línea recta. Al propagarse las ondas sísmicas, su velocidad depende, entre otras características, de la densidad del medio por el cual viajan, de esta manera se pudo concluir que la Tierra NO ERA HOMOGENEA !!!

Sabemos que, en un sismo, las principales ondas que se propagan son las ondas P y S. La velocidad de estas ondas depende de factores dados por el medio en el cual se desplazan. k es el módulo de incompresibilidad μ es el módulo de rigidez ρ es la densidad del material donde la onda se propaga Entonces, debido a la diferenciación, las capas tienen distintas densidades, y por lo tanto, las velocidades de propagación de las ondas en ellas son distintas. Cuando un rayo se enfrenta a una interfase en la cual se produce un cambio de velocidad de propagación, éste se refracta siguiendo la LEY DE SNELL: n2 > n1

Capa Densidad (g/cm³ ) vel. onda P (km/sec) Corteza Continental 2.6 - 2.8 6 Corteza Oceánica 3.5 7 Mohorovicic discontinuity (Moho) Manto 4.5 - 10 8 - 12 Gutenberg discontinuity Núcleo (promedio) 12 - Núcleo Externo (liquido) - 8 - 10 Núcleo Interno (solido) 13.5 11 - 12 En las rocas, los índices de refracción corresponden a las velocidades del medio, o en equivalencia, a la densidad del mismo.

Entonces, el rayo incide con una cierta velocidad y ángulo la interfaz, si la velocidad del medio siguiente es mayor que la del medio anterior, el ángulo de salida del rayo refractado será menor que el ángulo incidente. Análogamente, si la velocidad del segundo medio es menor, el ángulo será mayor. Angulo incidente Angulo refractado Además de refractarse, las ondas pueden reflejarse, esto ocurre cuando nos movemos de un medio a otro que es menos denso (n1 > n2); en ese caso, la ecuación de la ley de Snell no presenta solución cuando θ1 excede el valor del ANGULO CRÍTICO:

Entonces, cuando el ángulo incidente es mayor que el ángulo crítico, no aparecen rayos refractados, y sólo se refleja éste en la interfaz. Estos principios son los que permitieron reconocer las distintas estructuras al interior de la Tierra. Casi toda la información que se tiene de la estructura interna de la Tierra se deriva de observaciones de los tiempos de viaje, reflexiones, refracciones y transiciones de fase de las ondas de cuerpo. En general la velocidad en la Tierra aumenta con la profundidad (aunque hay importantes excepciones) y la refracción produce los caminos curvados hacia la superficie en las ondas de cuerpo. En sismología, la reflexión es utilizada para la prospección de petróleo, y para investigar la estructura interna. En algunas ocasiones, la reflexión proveniente entre el manto y la corteza (llamada “Moho” en honor a Mohorovic, el científico que la descubrió) puede producir fuertes movimientos del suelo que provocan daños a más de 100Km del epicentro del terremoto.

Explorando el Núcleo Debido a que los dos tipos de ondas se comportan de manera distinta dependiendo del material, sabemos que la onda compresional P viaja y se refracta tanto en materiales sólidos como fluidos. Mientras que la onda de cizalle S no puede viajar en medios líquidos (un fluido no puede tener cizalle en sus partículas). En un sismo, los sismogramas que se encuentran a más de 105º del epicentro cambian radicalmente de aquellos que se encuentran más cerca. Pasados estos 105º, las ondas desaparecen casi por completo (ambas P y S) al menos, hasta que las ondas superficiales más lentas lleguen a la estación. Esta área más allá de los 105º de distancia se denomina Zona de Sombra.

A mayores distancias, las ondas P vuelven a aparecer, aproximadamente a los 140º del epicentro, pero las ondas S no reaparecen en toda la sección opuesta. Podemos distinguir, entonces: Zona de sombra de la onda P (105º-140º) Zona de Sombra de la onda S (105º-180º) Como el núcleo es líquido, esto explicaría la falta de ondas S en la zona de sombra, y el cambio de dirección en las ondas P que tiene como consecuencia la zona de sombra que forman.

Terremoto genera ondas sísmicas que viajan a través de la Tierra sólida Cuando la onda P llega a una capa líquida o parcialmente líquida, ésta se dobla Cuando la onda P alcanza una zona sólida, se vuelve a doblar Al doblarse, crea una ‘sombra’ donde no llegan ondas P a los sismogramas en la superficie Después de muchos terremotos, los sismólogos lograron usar un patrón de onda P que llegaba a la superficie, y con ello ver dentro de la Tierra; así descubrieron una capa formada en su mayor parte por metal líquido que llamaron NÚCLEO EXTERNO

Además, asumiendo que la última onda S antes de la zona de sombra comienza a los 105º, viaja en línea recta. Sabiendo que el radio de la Tierra es 6350 Km (6370), y formando triangulo isósceles...pueden estimar el radio del núcleo!!!. (propuesto) J.Louie

Explorando el Manto Las partes azules muestran el material más frío, por ende más denso, cayendo en el manto. También usando las ondas, podemos conocer cómo las partes más frías del manto se ubican en los cratones continentales. Los slabs de subducción también aparecen, siendo ‘recicladas’ en el manto. Harvard Univ. Seismology Lab Las partes rojas, son plumas más calientes (menos densas) que ascienden, principalmente hacia los ridges en medio de los océanos. Una gran pluma parece emerger directo desde el núcleo, alimentando el East Pacific.

Explorando la Corteza Utilizando el principio de la reflexión de los rayos, se pueden determinar las distintas características del suelo bajo nuestros pies, y a veces sólo con un golpe de martillo es suficiente!!!. Fallas, pliegues, cuencas, sedimentos, cuerpos mineralizados, etc… Soc. of Explor. Geophysicists

FIN