Download Tema 2 Métodos de estudio de la estructura interna de la Tierra

Tema 2
Origen y estructura de la
Tierra
ORIGEN DEL SISTEMA SOLAR Y LA TIERRA
El origen del sistema solar
•
La Tierra se originó a la vez que el Sistema Solar
• Teoría de los planetesimales:
1. Existencia de una nebulosa que se sufre un colapso gravitatorio.
2. La mayor parte de la masa se concentra en el centro de la nebulosa que originará el
protosol, el resto queda girando alrededor.
3. En el protosol se consiguen Tº y Presiones suficientes para generar la fusión del hidrógeno
(ESTRELLA ( SOL) )
4. Las altas temperaturas en las proximidades del SOL provocan la inestabilidad de las
partículas más ligeras que migran a las zonas externas del disco (más frías)----- originarán
los planetas gaseosos. Las partículas menos ligeras, los planetas terrestres más densos y
próximos al SOL.
5. Los planetas en formación se encuentran en estado incandescente ( impactos de
planetesimales y planetoides + desintegración de isótopos radiactivos aumentan la Tº)
los materiales se disponen en capas según su densidad ( corteza – manto – núcleo )
6. Los cuerpos que se concentran en la periferia del Sistema Solar dan lugar a los cometas.
TEORIA DE LOS
PLANETESIMALES
Introducción: Problema de partida
“Dificultad enorme para estudiar la
estructura interna de la Tierra”
Esto ha generado un gran desconocimiento
de la estructura y dinámica interna provocando grandes
interrogantes durante muchísimo tiempo
Impulso métodos
geofísicos
1. LOS MÉTODOS
• Directos: con materiales extraídos del interior de la Tierra.
– Mapas Geológicos ( afloramientos rocosos )
– Minas
– Sondeos
• Indirectos: a través de otro tipo de datos obtenidos en superficie
(datos geofísicos).
– Método Sísmico
– Método Gravimétrico
– Método Magnético
– Método Eléctrico
– Meteoritos
* METODOS DIRECTOS
1.1 Los Mapas Geológicos
• Definición: “es un mapa topográfico en el que las estructuras geológicas se
simbolizan mediante signos y los afloramientos rocosos se señalan
mediante colores y signos convencionales que indican edad, tipo o
composición”.
1.2 El estudio geológico de las minas
•Existen dos tipos: explotaciones subterráneas de pozos y
galerías y minas a cielo abierto.
•Su uso es eminentemente industrial no científico.
•Las más profundas se encuentran en Sudáfrica, llegan hasta
los 3 km (minas de oro).
•En las minas ya se detecta el gradiente geotérmico de
30ºC/km.
1.3 Sondeos geológicos
• Se realizan orificios muy pequeños (hasta 600 mm de
diámetro).
• La finalidad es conocer el subsuelo para la extracción
de materiales o la ubicación de obras civiles.
• Se utiliza una sonda o barrena y se obtienen los
testigos.
• Record: península de Kola, Rusia, 12.5 km.
MÉTODOS INDIRECTOS
Estudio de meteoritos
•
Cuerpos sólidos que entran en la órbita de la
Tierra (impactan o se desintegran en la
atmósfera, estrellas fugaces).
•
Proceden del cinturón de asteroides
(Marte-Júpiter).
•
Informan de la composición terrestre.
•
9% acondritas= silicatos de Fe/Ca/Mg
similares a los de la corteza.
•
86% condritas= silicatos de magnesio muy
parecidos a las peridotitas ( manto )
•
5% sideritos/siderolitos: Fe/Ni/silicatos,
muy parecido a la composición del núcleo.
LA DENSIDAD DE LA TIERRA
• d = m/v = 5,52 g/cm^3(densidad media terrestre)
• V. para calcular el volumen consideramos la
Tierra una esfera
• M. para calcular la masa
• La densidad de las rocas superficiales es de 2,7
g/cm^3
en el interior terrestre deben
existir materiales más densos.
Variación de la densidad terrestre con
la profundidad
* MÉTODOS INDIRECTOS
• Método Sísmico
•Importante por la cantidad de información suministrada.
•Importante la cooperación entre países.
•Años 60: inicio de la red internacional de sismógrafos.
•Aparato: sismógrafo que elabora un sismograma.
ONDAS SUPERFICIALES
ONDAS INTERNAS
Ondas P y S
1. La velocidad de las ondas S (3-8 km/s) es menor que la de las ondas P (6-13
km/s).
2. Las ondas S no se transmiten por líquidos ya que la rigidez
es = 0.
3. La velocidad de las ondas P es mayor en rígido que en fluido.
4. Cambios en la velocidad de propagación de las ondas suponen cambios en el
estado físico y/o composición de las capas.
5. Las zonas de cambios bruscos delimitarán las discontinuidades.
D. Lehman
D. Mohorovicic
D. Gutenberg
Método eléctrico
- Consiste en crear un campo eléctrico de modo artificial, de intensidad eléctrica
conocida y ver como se comportan las rocas (medida de la resistividad).
- Con los datos obtenidos se dibujan gráficas que permiten saber tipos de rocas
y profundidades.
- Pierde precisión al llegar a 1 Km ( sólo válido para rocas de la corteza )
- Útil en prospección de aguas subterráneas y yacimientos metálicos
Aclaraciones sobre el MÉTODO
ELÉCTRICO
•
Se basa en los cambios de conductividad eléctrica de las rocas (debido a que la
conductividad de las rocas es muy pequeña, se utiliza la magnitud inversa:
resistividad eléctrica).
• Resistividad eléctrica: oposición de las sustancias al paso de corriente eléctrica.
Específica de cada material. (Ohmio)
ρ= K(V/I)
Siendo:
K= constante
V= diferencia de potencial (voltios)
I= intensidad de corriente (amperio)
• El método eléctrico consiste en crear un campo eléctrico de intensidad eléctrica
conocida (I) y calcular la diferencia de potencial (V). Este método no es preciso
a profundidades superiores a 1000 metros:
–Cuanto mayor es la diferencia de potencial (V) mayor es la
resistividad eléctrica, y por lo tanto, menor es la conductividad
eléctrica (ej. Rocas porosas).
–Cuanto menor es la diferencia de potencial (V) menor es la
resistividad eléctrica, y por lo tanto, mayor es la conductividad
eléctrica (ej. Rocas metálicas).
19
ESTUDIO DE LA TEMPERATURA
• El calor interno de la Tierra debido a calor residual tras
la formación de la Tierra + calor de desintegración de los
isótopos radiactivos.
• Gradiente geotérmico: aumento de la temperatura con la
profundidad(3ºC/100m)
• Se mantiene en los primeros 30-50 km. A mayor
profundidad desciende. A partir de esa profundidad el
gradiente geotérmico disminuye (si no lo hiciera la
temperatura del interior de la Tierra sería de unos
200.000 ºC, cuando realmente es de 6.000 ºC).
Tomografía sísmica
-
Método novedoso: Un conjunto de ordenadores conectados con una red de
sismógrafos digitales generan imágenes en 3D.
-
Muestra que el gradiente geotérmico no es igual en toda la Tierra, presencia de
anomalías geotérmicas ( dorsales anomalías positivas, fosas negativas )
- El fundamento es el análisis de pequeñas variaciones de la velocidad de las
ondas sísmicas en el interior terrestre, con aparatos de gran sensibilidad.
-A mayor velocidad, mayor rigidez (+frías)
Corrientes descendentes
-A menor velocidad, menor rigidez (+calientes)
Corrientes ascendentes
MÉTODO GRAVIMÉTRICO
•
•
Se basa en el estudio de las anomalías de gravedad que se producen en distintos
puntos de la superficie terrestre debido a la presencia de materiales más o menos
densos en el interior de la Tierra.
La aceleración de la gravedad en la Tierra viene dada por:
g= 4/3πRGδ
•
•
•
•
Siendo:
R= radio terrestre (6400 Km).
G= cte. de gravitación universal (6,67x10-11 m3/kg s2)
δ= densidad
•
La aceleración de la gravedad media de la Tierra es: 9,8 m/s2.
•
El
•
Anomalías gravimétricas: diferencia entre el valor de la gravedad real y la
gravedad teórica en un mismo punto de la superficie terrestre.
– Positiva: Indica zonas con abundancia de materiales densos ( yacimientos
minerales )
– Negativa: Indica zonas con abundancia de materiales poco densos ( domos
salinos )
valor de la gravedad varía con la latitud, altitud, aceleración centrífuga y el
relieve próximo al punto de la medida ( hay que aplicar las correcciones para
calcular el valor teórico de la gravedad en cada lugar)
MÉTODO MAGNÉTICO
• Se basa en el estudio de las anomalías magnéticas debido a la presencia de rocas
con propiedades magnéticas (ricas en hierro) en el interior de la Tierra
• La Tierra presenta un campo magnético debido a la existencia de un núcleo
externo metálico y fluido en constante movimiento alrededor de un núcleo interno
metálico sólido.
• Localización de los polos magnéticos:
–
–
Positivo: cerca del Polo Sur geográfico.
Negativo: cerca del Polo Norte geográfico.
• Anomalías magnéticas: son variaciones locales del campo magnético terrestre
debido a la presencia de materiales ricos en hierro.
–
–
Positiva: se da en zonas con materiales ricos en hierro.
Negativa: se da en zonas con materiales pobres en hierro.
• Los polos magnéticos no coinciden con los polos geográficos (existe una pequeña
desviación= declinación magnética).
• Declinación magnética: ángulo que forma el meridiano magnético con el meridiano
geográfico.
• Isógonas: líneas que unen puntos de la superficie terrestre que presentan la misma
declinación magnética (cuando las isógonas están muy juntas indican zonas con
materiales ricos en hierro).
• Inversión de la polaridad: variación de 180º del campo magnético (estos cambios
son impredecibles; la última inversión de polaridad tuvo lugar hace unos 800.000 años)
Mapa de declinación magnética
Medición de la variación del campo magnético terrestre.
-Relacionado con la rotación terrestre.
-Origen: el núcleo terrestre.
-Tiene variaciones diurnas (insolación), variaciones locales (diferencias en la
corteza) y variaciones por tormentas magnéticas.
Anomalías magnéticas: en rojo por encima de lo normal, en azul por debajo.
Interesante mapa global, el primero de su clase, en donde se puede ver al detalle las anomalias magneticas en la corteza terrestre que,
lejos de ser homogénea, presenta múltiples variaciones y peculiaridades. El mapa oficialmente se denomina Mapa Digital de Anomalias
Magneticas del Mundo (WDMAM, por sus siglas en ingles) y ha sido realizado por la empresa GETECH creada en la Universidad de
Leeds y la International Association of Geomagnetism and Aeronomy (IAGA). Este mapa ayudara a conocer la composición de la corteza
o a encontrar yacimientos de hierro.
Variación de la declinación de 180º. INVERSIÓN DE LA POLARIDAD.
Desde el Jurásico 300 veces. En los últimos 4 Ma 12 veces. ¿Origen)
La expansión del fondo oceánico y las inversiones de polaridad: claves para la
tectónica de placas.
MODELOS DEL INTERIOR
TERRESTRE
MODELO GEOQUÍMICO
MODELO DINÁMICO
MODELO GEOQUÍMICO
LA CORTEZA OCEÁNICA
•
•
•
a)
b)
c)
Espesor entre 8-10 km
Mayor edad de los fondos oceánicos ( rocas) 180
millones de años.
Composición ( estructura vertical )
Nivel superior: capa de sedimentos
( mayor cerca
de los continentes y más delgada en la dorsal)
Nivel intermedio: capa de basaltos (diques y lavas
almohadilladas). Rocas básicas
Nivel inferior: capa de gabro ( roca plutónica). Rocas
básicas
Nota: Basaltos y gabros son rocas básicas ( más densas )
•
1.
2.
3.
Zonas del fondo oceánico ( estructura horizontal )
Llanura abisal: son los fondos oceánicos (profundidad
media 4000m). Islas volcánicas y guyots.
Fosa submarina: depresiones largas y profundas
asociadas a las zonas de subducción tectónica ( fosa
más profunda 11.034 m “Fosa de las Marianas)
Dorsales oceánicas: son cordilleras submarinas(1-4
km de altitud, 1500 km de anchura y 65.000 km de
longitud). Presentan una fractura central estrecha (Rift )
por donde sale el magma y permite la expansión de los
fondos marinos. Asociadas a fallas transformantes.
Mapa fondo oceánico
La corteza continental
Aparece en continentes. Grosor 35-70 km
–Estructura vertical
Muy heterogénea en composición ( rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias)
a)Niveles superiores: rocas sedimentarias, magmáticas ( ácidas) y metamórficas bajo grado.
b)Niveles intermedios: rocas con metamorfismo más intenso y magmáticas de carácter
ácido- intermedio
c)Niveles más profundos: rocas muy metamorfizadas y magmáticas. Se trata de rocas
básicas.
–Estructura horizontal
 Corteza continental emergida:
• Escudos o cratones (estables, sin apenas actv. sísmica ni volcánica. Rocas ígneas y
metamórficas de unos 2500 M.a y relieves suaves por la erosión. Ej. Escudo de El
Congo, Siberiano, Báltico o canadiense.
• Áreas orogénicas: relieves visibles de los continentes, todo tipo de rocas. Ej.
Pirineos, Himalaya...
 Corteza continental sumergida:
• Plataforma continental: sumergida en el océano, desde los 20 hasta los 600 m,
sedimentos variados.
• Talud continental: conecta la plataforma continental con el fondo oceánico.
Pendiente acusada. Atravesado por cañones submarinos.
El manto
• Hasta los 2900 km. Entre la discontinuidad de
Mohorovicic y la discontinuidad de Gutenberg.
• 70% de la masa del planeta.
• Manto Superior: desde la disc. De Moho a los
400 km ------- 3,3 gr/cc
• Manto de transición: desde 400 a 700 km
• Manto Inferior: desde 700 a 2900 km ----5,5gr/cc.
• Se cree que los materiales son principalmente
silicatos de hierro y magnesio.
• La roca predominante es la peridotita, rocas
plutónicas ultrabásicas, color verdoso y
mineral dominante el olivino .
• A medida que profundizamos en el manto
aumenta la presión con lo que es posible un
cambio en la composición mineralógica con
estructuras cristalinas más compactas.
El núcleo
•Es la capa mas interna de la Tierra
• Compuesto principalmente por hierro
(mayoritariamente ) y níquel. Además
otros elementos que rebajen su densidad
como el O y el S.
•Núcleo externo: estado líquido, se
extiende desde los 2900-4900 km.
•Zona de transición desde los 4900 –
5150 km.
•Núcleo interno: estado sólido, se
extiende desde los 5150-6370 km.
•Composición: a partir del estudio de los
siderolitos y sideritos.
MODELO DINÁMICO
LITOSFERA
•Capa rígida, de espesor variable dividida en bloques o PLACAS LITOSFÉRICAS.
•Abarca la corteza + la parte superficial del manto.
•Litosfera continental (100-300 km) de espesor/Litosfera oceánica (50 km) de espesor.
•El límite entre Litosfera y Astenosfera es variable y queda señalado como una zona en la
que las ondas P y S reducen mucho su velocidad, delimitando el llamado canal de baja
velocidad o “Astenosfera “.
ASTENOSFERA
•Hasta los 400 km.
•Irregular ( en zonas del manto superior)
•Las ondas se propagan a 7.6 km/s cuando deberían
propagarse a una vel. superior a 8 km/s.
•Rocas en estado próximo a la fusión.
•Se cuestiona su existencia en la actualidad.
MESOSFERA
Bajo la “ Astenosfera “. Hasta 2900 km de
profundidad.
•Poco conocida.
•Presenta corrientes de convección en estado sólido.
•En contacto con el núcleo y en estado de semifusión
aparece la denominada capa D’’.
ENDOSFERA
•Núcleo externo:
•Densidad: 10 g/cm3
•Origen del campo magnético terrestre
al desplazarse el hierro fundido.
•Origen de las auroras boreales.
•Núcleo interno:
•Densidad: 13 g/cm3
•Es sólido. Motivo: las altas
presiones, que aumentan el punto
de fusión.
•
•
•
La aurora boreal es un fenómeno que se da en latitudes muy septentrionales, como Laponia, donde
ocurre durante más de 200 días al año.
En Finlandia se refieren a la aurora boreal como "Revontuli" que viene a significar algo así como
Fuego del Zorro, ya que según las creencias laponas, este maravilloso espectáculo se producía por las
chispas que saltaban al chocar las colas de los zorros con la nieve. Los asiáticos creen que después de
ver la aurora boreal vivirán más felices. Para los "Inuit", los rayos que inundan el cielo serían las almas
juguetonas de los niños que mueren al nacer. Otra de las creencias más extendidas es la de signo de
fertilidad.
Para los científicos "el Revontuli" se produce al chocar los protones y electrones cargados, y emitidos
por el sol en forma de viento solar, contra átomos y moléculas de nuestra atmósfera, debido a la
atracción del campo magnético de la Tierra.
•
Esta explosión y liberación de energía da como resultado los rayos de colores que vemos, y que se
producen a una altura de entre 90 km y 150 km de altura.
•
Pueden ser de color verde amarillento, rojo o azul, en función de si son átomos de oxígeno o iones
de hidrógeno.
•
Las auroras boreales se producen tanto en invierno como en verano, siempre que no haya Sol de
Medianoche, ya que entonces la luz continua del día nos impediría verlas. La mejor época es
septiembre - octubre y febrero - marzo y la mejor hora del día entre las 21:00 h y las 23:30 h.
En el Polo Norte se llama aurora boreal y en el Polo Sur se la conoce como aurora austral.
•