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Universidad de Chile
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Curso: La tierra fuerzas de la naturaleza y el hombre
ESTRUCTURA INTERNA DE LA TIERRA
Poco después de que se formara la Tierra, el calor liberado por las colisiones entre
partículas, junto con el calor emitido por la desintegración de los elementos
radiactivos, hizo que parte, o todo, del interior de la Tierra se fundiera. La fusión, a
su vez, permitió que los elementos mas densos, principalmente el hierro y el
níquel, se hundieran, mientras que los componentes mas ligeros flotaron hacia
arriba.
Una consecuencia importante de este período de diferenciación química es que
permitió que grandes cantidades de compuestos gaseosos se escaparan del
interior de la Tierra, como ocurre en la actualidad durante las erupciones
volcánicas. Gracias a este proceso fue evolucionando de manera gradual la
atmosfera primitiva. Fue en este planeta, con esa atmósfera, donde apareció la
vida como la conocemos.
En general, el interior de la Tierra se caracteriza por un aumento gradual de la
temperatura, la presión y la densidad con la profundidad. Cálculos basados en la
experimentación y en modelos indican que, a 100 kilometres, la temperatura oscila
entre 1.200 °C y 1.400 °C, mientras que en el limite núcleo-manto, se calcula una
temperatura de unos 4.500 °C, que puede superar los 6.700 °C en el centro de la
Tierra. Por supuesto el interior de la Tierra permanece "caliente"; sin embargo, la
energía fluye lenta, pero continuamente, hacia la superficie, donde se pierde hacia
el espacio exterior.
Si la temperatura fuera el único factor que determinara si un material se va a
fundir, nuestro planeta seria una bola fundida cubierta por un caparazón externo
delgado y sólido. Sin embargo, la presión también aumenta con la profundidad. La
fusión, que va acompañada de un aumento de volumen, se produce a
temperaturas mayores en profundidad debido al efecto de la presión confinante.
Este aumento de la presión con la profundidad produce también el
correspondiente aumento de la densidad. Además, la temperatura y la presión
afectan en gran medida al comportamiento mecánico o resistencia de los
materiales terrestres. En particular, cuando un mineral se aproxima a su
temperatura de fusión, sus enlaces químicos se debilitan y su resistencia
mecánica (resistencia a la deformación) se reduce de manera gradual.
Capas que componen la Tierra
La segregación del material, que empezó muy pronto en la historia de la Tierra,
sigue ocurriendo todavía, pero a una escala mucho menor. Debido a esta
diferenciación química, el interior de la Tierra no es homogéneo. Antes bien,
consta de tres regiones principales que tienen composiciones químicas
notablemente diferentes (Figura 1.9).
Las divisiones principales de la Tierra son: (1) la corteza, capa externa y
comparativamente fina de la Tierra cuyo grosor oscila entre 3 kilometres, bajo las
dorsales oceánicas, y mas de 70 kilómetros, debajo de algunos cinturones
montañosos, como los Andes y el Himalaya; (2) el manto, capa rocosa y sólida
que se extiende hasta una profundidad de unos 2.885 kilómetros; (3) el núcleo,
que puede dividirse a su vez en el núcleo externo, capa metálica fundida de unos
2.270 kilómetros de grosor y el núcleo interno, esfera sólida rica en hierro que
tiene un radio de 1.216 kilómetros.
Corteza. La corteza (la capa rígida más externa de la Tierra), se divide en corteza
oceánica y corteza continental (Figura 1.9). Normalmente las cadenas montañosas
de la corteza oceánica tienen un grosor que oscila entre 3 y 15 kilómetros y están
compuestas por rocas ígneas oscuras denominadas basaltos. Por el contrario, el
nivel superior de la corteza continental consta de una gran variedad de tipos de
rocas, que tienen una composición media equivalente a una roca granítica
denominada granodiorita. Las rocas de la corteza oceánica son mas jóvenes (180
millones de años o menos) y mas densas (aproximadamente 3,0 g/cm 3)* que las
rocas continentales. Las rocas continentales tienen una densidad media de
alrededor de 2,7 g/cm3 y se han descubierto algunas cuya edad supera los 3.800
millones de años.
*(El agua líquida tiene una densidad de 1 g/cm3; por consiguiente, la densidad del basalto
es el triple que la del agua).
Manto. Mas del 82% del volumen de la Tierra esta contenido en el manto, una
envoltura de unos 2.900 kilómetros de grosor. El limite entre la corteza y el manto
refleja un cambio de composición. Aunque el manto se comporta como un sólido
cuando transmite las ondas sísmicas, las rocas del manto son capaces de fluir a
una velocidad increíblemente lenta. El manto se divide en manto inferior o
mesosfera, que se extiende desde el limite núcleo-manto, hasta una profundidad
de 660 kilómetros; y el manto superior que continua hasta la base de la corteza.
Núcleo. El núcleo esta compuesto fundamentalmente de hierro, con cantidades
menores de níquel y otros elementos. A la presión extrema del núcleo, este
material rico en hierro tiene una densidad media de alrededor de 11 g/cm3 y se
aproxima a 14 veces la densidad del agua en el centro de la Tierra. El núcleo
interno y el externo son muy similares desde el punto de vista de su composición;
su división se basa sus diferentes estados. El núcleo externo es liquido capaz de
fluir. La circulación dentro del núcleo externo de nuestro planeta en rotación
genera el campo magnético de la Tierra. El núcleo interno, a pesar de su
temperatura mas elevada, se comporta como un sólido.
Capas mecánicas
Sabemos ahora que la capa externa de la Tierra, que comprende la corteza y el
manto superior, forma un nivel relativamente rígido y frío. Este nivel consta de
materiales cuyas composiciones químicas son notablemente diferentes, pero que
actúan como una unidad y se comportan de manera frágil frente a la deformación.
A esta unidad rígida y externa se la denomina litosfera (“ esfera de roca”). Con un
grosor medio de unos 100 km , la litosfera puede alcanzar 250 km, o mas, debajo
de las porciones mas antiguas (escudos) de los continentes (Figura 1.9). Dentro
de las cuencas oceánicas, la litosfera tiene un grosor de tan solo unos pocos
kilómetros debajo de las dorsales oceánicas y aumenta hasta quizá 100 km en
regiones dónde hay corteza mas antigua y fría.
Debajo de la litosfera (a una profundidad de unos 660 km) se encuentra una capa
blanda, relativamente plástica, localizada en el manto superior, y que se conoce
como astenosfera ("esfera débil7'). La región que abarca los 150 primeros
kilómetros, mas o menos, de la astenosfera tiene "unas condiciones de
temperatura y presión que permiten la existencia de una pequeña porción de roca
fundida {quizá de un 1 a un 5%). Dentro de esta zona muy dúctil, la litosfera está
efectivamente separada de la astenosfera situada debajo La consecuencia es que
la litosfera es capaz de moverse con independencia de la astenosfera, una
cuestión que se considerará en la sección siguiente.
Es importante destacar que la resistencia a la deformación de los diversos
materiales de la Tierra es función, a la vez, de su composición y de la temperatura
y la presión a que estén sometidos. No debería sacarse la idea de que toda la
litósfera es quebradiza, como las rocas encontradas en la superficie. Antes bién,
las rocas de la litósfera se vuelven progresivamente mas dúctiles (mas fáciles de
deformar) conforme aumenta la profundidad. A la profundidad de la astenósfera
superior, las rocas están lo suficientemente cerca de su temperatura de fusión
(puede producirse algo de fusión) que son fáciles de deformar. Por tanto, la.
astenosfera es blanda porque está caliente, exactamente igual a como la cera
caliente es mas blanda que la cera fría. Sin embargo, en el material situado
debajo de esta roca blanda, la mayor presión compensa los efectos de la mayor
temperatura. Por consiguiente, estos materiales se van endureciendo de manera
gradual con la profundidad, de forma que el manto inferior es más rígido que el
superior. Pese a ello, los materiales del manto inferior siguen capaces de fluir muy
lentamente.
Los procesos que alteran la superficie terrestre pueden dividirse en dos
categorías: destructivos y constructivos. Los procesos destructivos son los que
desgastan la Tierra, entre ellos la meteorización y la erosión. A diferencia de la
Luna, donde la meteorización y la erosión progresan a velocidades
infinitesimalmente lentas, estos procesos están alterando continuamente el
paisaje de la Tierra. De hecho, esas fuerzas destructivas habrían nivelado hace
mucho tiempo los continentes si no hubiera sido por los procesos constructivos
que se oponen a aquéllas. Entre los procesos constructivos se cuentan el
volcanismo y la formación de montañas, que aumentan la elevación media de la
Tierra. Como veremos, esas fuertes dependen del calor interno de la Tierra para
obtener su fuente de energía.