Origen, estructura e historia de la Tierra

Unidad 1

1. La Tierra en el espacio

Históricamente han existido varias concepciones sobre nuestra posición el en Universo:•Modelo Geocéntrico (Ptolomeo) s II d.C.): La Tierra es el centro del Universo y todos los astros giran a su alrededor.•Modelo Heliocéntrico (Copérnico, s XVI): El Sol es el centro del Universo y todos los astros, incluida la Tierra, giran en torno a él.•Modelo actual: El Sol es sólo una estrella de la Vía Láctea, que a su vez es una galaxia de las muchas que forman el Universo, que no tiene ni principio ni fin.

Nuestro lugar en el Universo

La vía láctea

Origen del Universo

• Modelo de la Gran explosión o “Big Bang”: Hace unos 15 000 m.a. se produjo una explosión primigenia que dio origen al cosmos material.

Observaciones que apoyan esta teoría:- El universo está en expansión. (1)- Existe una radiación cósmica de fondo. (2)

Teoría del “Big Bang”

Hace aproximadamente 15 000 m.a., toda la materia del Universo estaba concentrada en una zona extraordinariamente pequeña del espacio, y explotó. La materia salió impulsada con gran energía en todas direcciones.

Los choques y un cierto desorden hicieron que la materia se agrupara y se concentrase más en algunos lugares del espacio, y se formaron las primeras estrellas y las primeras galaxias. Desde entonces, el Universo continúa en constante movimiento y evolución.

Pruebas

• (1): Las galaxias se alejan unas de otras a gran velocidad. Edwin Hubble realizó mediciones y observó que se alejan a mayor velocidad cuanto más lejos están.

Este alejamiento también lo evidencia el “efecto Doppler” o corrimiento hacia el rojo. Una fuente luminosa que se aleja se percibe cada vez más roja.

• (2): Arno Penzias y Robert Wilson (mediante un radiotelescopio) detectaron microondas que se propagaban en todas las direcciones del espacio. (Esta radiación de fondo (calor residual) se considera vestigio de la gran explosión).

2. EL Sistema Solar: composición y origen

• Composición del sistema Solar:– SOL – Planetas interiores (Mercurio, Venus, Tierra y Marte).

Son pequeños y rocosos. Formados principalmente por silicatos y elementos más pesados.

– Planetas exteriores (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno). Gigantes gaseosos. Compuestos principalmente por H y He.

– Cinturón de asteroides. Se localiza entre las órbitas de Marte y Júpiter.

– Cinturón de Kuiper (Plutón, Caronte…). – Satélites, cometas, meteoritos…

Asteroides, meteoritos y cometas

• Asteroides: Cuerpos rocosos que orbitan alrededor del Sol, pero son demasiado pequeños para considerarlos planetas.

• Meteoritos: Asteroide que escapa de la órbita e impacta con la superficie de un planeta. (No se ha desintegrado por completo en su atmósfera).

• Cometas: Los cometas son cuerpos de formas irregulares, frágiles y pequeños, compuestos por una mezcla de sustancias no volátiles y gases congelados.

Cuando los cometas se acercan al Sol y se calientan, los gases se evaporan, desprenden partículas sólidas y forman la cabellera. Cuando se vuelven a alejar, se enfrían, los gases se hielan y la cola desaparece.

cometa

Unidades de medida en el Universo

• Año luz (a.l.): Distancia recorrida por la luz en un año.

• Unidad astronómica (UA): Distancia igual al semieje mayor de la órbita que describe la tierra alrededor del Sol.

1 UA = 149,6 x106 Km

Características del Sol y los planetas

Tipos de planetas

Menores o terrestres(Mercurio, Venus, Tierra y Marte)•Densos•Sólidos y estructurados en capas concéntricas.•Núcleos de naturaleza metálica.•Capas externas ricas en compuestos ligeros (silicatos)

Mayores, gigantes o gaseosos

(Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno)•Poco densos•Gran tamaño•Composición gaseosa predominante.•Algunos presentan anillos (ej: Saturno).•Numerosos satélites.

Planetas

Formación del Sistema Solar

2.2 Origen del Sistema SolarTeoría de los planetesimales (mediados s XX): •Una gran nube de polvo y gas (nebulosa) comenzó a comprimirse, aumentando su densidad. •La nube se aplanó y en la masa central (a gran temperatura) comenzaron reacciones de fusión, naciendo una estrella (el Sol). (H, He, hielo, silicatos).•Otras partículas de menor tamaño empezaron a condensarse, formando cuerpos sólidos de mayor tamaño (planetesimales), que iban creciendo progresivamente debido a los choques (acreción colisional). La atracción gravitatoria atrae más cuerpos (acreción gravitacional).•La atracción gravitatoria del Sol origina los primitivos planetas: (Diferenciación geoquímica de los planetas).

– Elementos más densos (próximos al Sol) origina los planetas menores.– Elementos gaseosos (atraídos con menos fuerza) originan los mayores.Los asteroides son planetesimales que sobraron y no llegaron a formar parte de ningún planeta

de tipo terrestre•Por diferenciación gravitatoria, los planetas quedan estructurados internamente. (Elementos más densos en el núcleo y los más ligeros en las zonas más externas).Ver imagen figura 1.6 (pag 11 libro)

LAS CAPAS DE LA TIERRA(Por diferenciación gravitatoria)

Origen sistema solar

La gran nube, a partir de la cual se formó el sistema solar, se fragmentó en remolinos y sub-remolinos, que posteriormente, por un proceso de contracción gravitatoria, originaron el Sol, los planetas, satélites y asteroides.

(Propuesta por Carl F. Von Weizsächer y modificada por Hoyle y otros astrofísicos).

3. MÉTODOS DE ESTUDIO DEL INTERIOR DE LA TIERRA

MÉTODOS DIRECTOS

- Minas (3600 m)- Sondeos (12 Km)- Estudio de los materiales expulsados por los volcanes.- Estudio de los materiales profundos que afloran por erosión.

MÉTODOS INDIRECTOS

- Estudio de las características físicas de la Tierra (densidad, grado geodésico, magnetismo).- Estudio de los meteoritos.- Métodos sísmicos.

MÉTODOS DIRECTOS

- ESTUDIO DE LAS LAVAS DE LOS VOLCANES

- ESTUDIO DE LOS MATERIALES PROFUNDOS QUE AFLORAN EN SUPERFICIE POR EROSIÓN.

MINAS

SONDEOS

VOLCANES

PERIDOTITAS (ROCAS PROFUNDAS QUE AFLORAN POR EROSIÓN)

3. Métodos de estudio del interior de la Tierra

• Teniendo en cuenta que el radio terrestre ≈ 6374 km, y los sondeos más profundos han alcanzado 12 Km, es imperante recurrir a métodos indirectos para el estudio del interior terrestre.

De ellos, el método que aporta mayor información es el estudio de las ondas sísmicas.

MÉTODOS INDIRECTOS• ESTUDIOS DE LAS

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LA TIERRA, COMO DENSIDAD, MAGNETISMO, TEMPERATURA, ETC (MÉTODOS GEOFÍSICOS).

• ESTUDIO DE METEORITOS.

• MÉTODOS SÍSMICOS (SON LOS MÁS IMPORTANTES DE TODOS LOS MÉTODOS DE ESTUDIO DEL INTERIOR TERRESTRE)

ESTUDIO DE LAS ANOMALÍAS GRAVIMÉTRICAS

GRAVÍMETRO

POLO MAGNÉTICO TERRESTRE

MÉTODOS MAGNÉTICOS

METEORITOS (informativo, no aprender)

• Litometeoritos (aerolitos): representan el 95% y están compuestos de silicatos ligeros. Su densidad es de 3-3.5 g/cm3.

• Sideritos: formados por una aleación Fe-Ni (9:1). . Su densidad es de 7.5 g/cm3. Representan el 4% del total de meteoritos.

• Siderolitos: formados por una mezcla equivalente de ferroníquel y silicatos. Representan el 1% del total de meteoritos.

Se supone que diferentes tipos de meteoritos son representativos de la composición de las diferentes capas terrestres.

METEORITOS

MÉTODOS INDIRECTOS

SON MÉTODOS QUE NOS PERMITEN CONOCER EL INTERIOR TERRESTRE A TRAVÉS DEL ANÁLISIS DE DATOS DE DIVERSA PROCEDENCIA, PERO SIN ACCEDER AL INTERIOR TERRESTRE.

Origen de los terremotos

• Los temblores producidos en la corteza terrestre son consecuencia de la liberación repentina de energía en el interior de la Tierra. Esta energía se transmite a la superficie en forma de ondas sísmicas que se propagan en todas las direcciones.

El punto en que se origina el terremoto se llama foco o hipocentro, y se puede situar a un máximo de unos 700 km hacia el interior terrestre. El epicentro es el punto de la superficie terrestre más próximo al foco del terremoto.

SISMÓGRAFOS

SISMÓGRAFOS

SISMOGRAMAS

EPICENTRO E HIPOCENTRO (O FOCO)

Tipos de ondas sísmicas

• Ondas P o primarias: Las más veloces. Se propagan por medios sólidos y fluidos.

• Ondas S o secundarias: Más lentas. No pueden transmitirse por medios fluidos.

• Ondas superficiales: Se propagan paralelamente a las superficie terrestre (no nos sirven para estudiar el interior). Son las causantes de los efectos catastróficos.– Ondas L o love– Ondas R o Rayleigh

COMPORTAMIENTO DE LAS ONDAS SÍSMICAS

• Se propagan a más velocidad cuanto más sólidos y elásticos son los materiales. Por tanto, aumenta con la profundidad, por el aumento de presión.

• Al aumentar la velocidad, describen trayectorias curvas en el interior.

• Las ondas S no se propagan en medios fluidos. Sí lo hacen las P, pero a menor velocidad que en los sólidos.

• Al cambiar de medio se reflejan o se refractan.

ONDAS P

• SON TAMBIÉN LLAMADAS PRINCIPALES, PRIMARIAS O LONGITUDINALES

• PRIMERAS QUE DETECTAN LOS SISMÓGRAFOS)

• SE PROPAGAN TANTO EN MEDIO SÓLIDO COMO LÍQUIDO

• A SU PASO LAS PARTÍCULAS VIBRAN EN EL MISMO SENTIDO QUE SE PROPAGA LA ONDA (PARALELAMENTE A LA DIRECCIÓN DE PROPAGACIÓN DE LA ONDA)

ONDAS P

ONDAS S• SON TAMBIÉN LLAMADAS

SECUNDARIAS O TRANSVERSALES.• SON MÁS LENTAS QUE LAS P (SON

DETECTADAS POR LOS SISMÓGRAFOS POSTERIORMENTE)

• SE PROPAGAN SOLO EN MEDIO SÓLIDO• A SU PASA LAS PARTÍCULAS VIBRAN

PERPENDICULARMENTE A LA DIRECCIÓN EN LA QUE QUE SE PROPAGA LA ONDA.

ONDAS S

ONDAS L y R• SON TAMBIÉN LLAMADAS ONDAS

SUPERFICIALES• SE PRODUCEN CUANDO LAS ONDAS S O P

ALACANZAN LAS SUPERFICIE TERRESTRE.• SON LAS CAUSANTES DE LOS DESTROZOS DE

LOS TERREMOTOS• PUEDEN PRODUCIR MOVIENTOS DE”VAIVÉN” (L)

O MOVIMIENTOS CIRCULARES (R).

ONDAS L

Tipos de ondas sísmicas• Ondas P

• Ondas S

• Ondas superficiales (Love y Raileigh)

El método sísmico se basa en los cambios en la velocidad de propagación de las ondas sísmicas. Básicamente las ondas P y las S.

Estos cambios en la velocidad se producen cuando las ondas atraviesan medios de distinta composición química, o que tienen un estado de agregación diferente: sólido, fluido, líquido. Por ejemplo, cuando corremos por la arena llevamos una velocidad distinta que si lo hacemos por una acera, o por el agua.

EL MÉTODO SÍSMICOEL MÉTODO SÍSMICO

Vel

ocid

ad (

m/s

)

Profundidad (Km)

Si la velocidad con la que se propagan no cambiara querría decir que el medio que atraviesan es homogéneo. No hay capas diferentes.

Vel

ocid

ad (

m/s

)Profundidad (Km)

Vel

oci

dad

(m

/s)

LA VELOCIDAD DE LAS ONDAS SÍSMICAS Y ESTRUCTURA INTERNALA VELOCIDAD DE LAS ONDAS SÍSMICAS Y ESTRUCTURA INTERNA

1000

2000

3000

4000

5000

6000

2

4

6

8

10

12

14

V (Km/s)

Km

manto núcleo

externo internoinferiorsuperior

co

rtez

aM

oh

oro

vici

c

Gü

tem

ber

g

Wie

cher

t-Le

hman

n

Rep

etti

Con

rad

Can

al d

e ba

ja v

eloc

idad

ondas P

ondas S

A los cambios de velocidad se le denominan “discontinuidades”, existiendo 2 primarias, que determinan la corteza, el manto y el núcleo, y 3 secundarias, que subdividen a su vez a éstas.

VELOCIDAD DE LAS ONDAS SÍSMICAS

CORTEZA CONTINENTAL

CORTEZA OCEÁNICA

MANTO SUPERIOR

MANTO INFERIOR

NÚCLEO EXTERNO

NÚCLEO INTERNO

Disc. Lehman

Disc. Gütenberg

Disc. Repetti

Disc. Mohorovicic

Disc. Conrad

DISCONTINUIDADES Y ESTRUCTURA DE LA TIERRADISCONTINUIDADES Y ESTRUCTURA DE LA TIERRA

DISCONTINUIDADES DE SEGUNDO ORDEN

DISCONTINUIDADES DE PRIMER ORDEN

REFRACCIÓN DE LAS ONDAS SÍSMICAS

Al cambiar el medio, cambia la velocidad de propagación de la onda sísmica y la trayectoria.

ESTUDIOS DE REFRACCIÓN DE LAS ONDAS SÍSMICAS

ESTUDIOS DE REFRACCIÓN DE LAS ONDAS SÍSMICAS

Capas de la Tierra (pag 15)

MODELO GEOQUÍMICO

• Según la composición de los materiales:– CORTEZA– MANTO– NÚCLEO

MODELO GEODINÁMICO

• Según el comportamiento de los materiales:– LITOSFERA– ASTENOSFERA– MESOSFERA– ENDOSFERA

LIT

OS

FE

RA

ME

SO

SF

ER

A

EN

DO

SF

ER

A

CORTEZA CONTINENTAL

CORTEZA OCEÁNICA

MANTO SUPERIOR

MANTO INFERIOR

NÚCLEO EXTERNO

NÚCLEO INTERNO

Disc. Lehman-Wiechert

Disc. Gütemberg

Disc. Repetti

Disc. Mohorovicic

Disc. Conrad

ESTRUCTURA DE LA TIERRAESTRUCTURA DE LA TIERRAE

ST

RU

CT

UR

A D

INÁ

MIC

AE

ST

RU

CT

UR

A G

EO

QU

ÍMIC

A

4. Estructura interna de la Tierra

• NÚCLEO TERRESTRE:– Se sitúa entre la discontinuidad de Gutenberg y el centro de la

Tierra.– Alta densidad (10- 13 g/cm3)– Altas presiones y temperaturas. (5000 – 6000ºC)– Composición: Aleación de hierro y níquel + 10% de azufre.

• NÚCLEO EXTERNO (Líquido) situado entre los 2900 Km y los 5100 Km. En esta capa desaparecen las ondas S y las P bajan su velocidad.

En el núcleo externo existe un movimiento convectivo que genera el campo magnético terrestre.

• NÚCLEO INTERNO (Sólido) va desde los 5100 Km hasta el centro de la Tierra.

MANTO

• INCLUYE AL 84% DEL VOLUMEN DE LA TIERRA Y EL 70% DE LA MASA.

• ESTÁ SITUADA ENTRE LA DISCONTINUIDAD DE MOHOROVICIC Y LA DE GUTENBERG.

• ESTÁ FORMADO PRINCIPALMENTE POR ROCAS LLAMADAS PERIDOTITAS (pobre en sílice y rica en Fe y Mg).

• A profundidades superiores, aumenta la presión y los minerales recristalizan en otros de mayor densidad.

Olivino Espinela Perovskita.

= Comp química ≠ densidad

MANTO• EL MANTO ESTÁ FORMADO POR

TRES ZONAS: MANTO SUPERIOR (hasta los 400 km), ZONA DE TRANSICIÓN (entre los 400 y los 700 km)Y MANTO INFERIOR (hasta los 2900km).

• El manto inferior es muy viscoso.– Presenta movimiento convectivo.– Hay una zona: “nivel D” que generan los

puntos calientes.

Movimientos de convección

Estructura terrestre

LA CORTEZA

• ES LA CAPA MÁS SUPERFICIAL DE LA TIERRA.

• PODEMOS DISTIGUIR DOS TIPOS: LA CORTEZA CONTINENTAL (45% DE LA SUPERFICIE TERRESTRE) Y LA CORTEZA OCEÁNICA (55%).

(También se puede distinguir una corteza de transición, parecida a la continental, pero más delgada y fracturada).

LA CORTEZA CONTINENTAL• INCLUYE A LOS CONTINENTES Y A LA

PORCIÓN SUMERGIDA DE ÉSTOS (PLATAFORMA CONTINENTAL Y TALUD): 45% DE LA SUPERFICIE.

• ESTÁ FORMADA PRINCIPALMENTE DE GRANITOS.

• TIENE BAJA DENSIDAD (2.4 g/cm3 ).• EDAD DE LAS ROCAS: 0-4000 m.a.• SE DENOMINA TAMBIÉN CORTEZA

GRANÍTICA O SIAL (silicatos de aluminio)

PLATAFORMA CONTINENTAL

TALUD CONTINENTAL

LA CORTEZA CONTINENTAL INCLUYE TAMBIÉN A LA PLATAFORMA CONTINENTAL Y AL TALUD.

LA CORTEZA OCEÁNICA

• INCLUYE A LOS FONDOS OCEÁNICICOS (55% DE LA SUPERFICIE).

• ESTÁ FORMADA PRINCIPALMENTE DE BASALTOS (ROCA VOLCÁNICA).

• TIENE MAYOR DENSIDAD (3.3 g/cm3 ).• EDAD DE LAS ROCAS (MENOS ANTIGUAS)

180 m.a. como máximo.• SE DENOMINA TAMBIÉN CORTEZA

BASÁLTICA O SIMA (silicatos de magnesio).

Corteza oceánica

• Nivel 1: Sedimentos. El espesor de los sedimentos disminuye a medida que nos alejamos de los bordes continentales.

• Nivel 2: Rocas volcánicas de composición basáltica. Se disponen de dos maneras: – en forma de almohadillas (basaltos

submarinos). (Zona + superficial).– formando diques verticales (restos de

chimeneas volcánicas).• Nivel 3: Gabros (enfriamiento lento). Roca

plutónica formada por cristales. Su composición es igual al basalto.

CORTEZA OCEÁNICA Y CORTEZA CONTINENTAL

5. Origen y evolución de la Tierra

• La Tierra se formó en la Nebulosa Solar por condensación de planetesimales de diferente composición.

• Según el modelo de acreción homogénea: Al inicio, la Tierra era homogénea pues los planetesimales estaban mezclados. Parte de la Tierra estaba fundida, lo que provocó que, por efecto de la gravedad, los materiales más densos (hierro) se hundieran, quedando los silicatos en el manto. El proceso de diferenciación de manto-núcleo se conoce como catástrofe del hierro o Gran acontecimiento térmico. (Imagen pag 20)

• La corteza se diferenció posteriormente, por el enfriamiento de la capa más externa.

Causas de la fusión de la masa de la Tierra

Existencia de 3 fuentes de calor:

• Impactos de meteoritos• Rozamiento (producido por el hundimiento de

materiales hacia el interior).• Desintegración de elementos radiactivos.

Origen y evolución de las capas fluidas

• Atmósfera: – 1ª Atm o protoatmósfera: De composición desconocida, pues fue

barrida por efecto del viento solar, dejando al planeta “desnudo”.– 2ª Atmósfera: El campo magnético terrestre desvía las partículas del

viento solar y empiezan a acumularse los gases volcánicos: vapor de agua, CO2, CH4, NH3 y óxidos de azufre.

– 3º Atmósfera: De composición parecida a la actual, rica en O2 por efecto de la fotosíntesis.

N2 (78%), O2 (21%), Ar (0,9%), CO2 (0,03%)… (imagen pag 21)

• Hidrosfera: Se formó a partir de la condensación y precipitación del vapor de agua de la atmósfera, una vez se hubo enfriado lo suficiente.

A medida que los continentes crecían, su salinidad fue aumentando.

6. Historia de la Tierra: la medida del tiempo en geología

• Fósil: Cualquier resto o evidencia de la actividad de un ser vivo que existió en el pasado y que ha llegado hasta nosotros gracias a un largo proceso de mineralización y conservación en las rocas.

• Pueden fosilizar:– Restos de seres vivos en zonas sedimentarias. – Moldes de las partes blandas del cuerpo del animal.– Huellas o marcas: pisadas, pistas de reptación, coprolitos

(excrementos fosilizados).

• Los fósiles se consideran buenos indicadores paleobiológicos (informan acerca del tipo de vida) y paleoecológicos (informan sobre las condiciones ambientales).

• Fosilización: Proceso mediante el cual un ser vivo se convierte en un fósil.

• Proceso de fosilización:– Deposición del cadáver en zona sedimentaria.– Cobertura por sedimentos (evitan su destrucción o

dispersión).– Transformación del sedimento en roca sedimentaria,

incluyendo la mineralización de los restos orgánicos.

Fósiles estratigráficos o fósiles-guía

• Son aquéllos fósiles útiles en la datación de sucesos geológicos.

• Deben presentar 2 características:– Gran dispersión geográfica. De manera que puedan

encontrarse en áreas muy distantes.– Existencia corta. Breve intervalo de tiempo desde su

aparición hasta su extinción.

Trilobite (fósil característico del Paleozoico)

Ammonite (fósil característico del Mesozoico)

Fósiles

Fosilización

Datación de rocas

Datación absoluta

• Averigua la edad concreta de una roca o el tiempo transcurrido desde que ocurrió un suceso.

• Utiliza isótopos radiactivos .

Datación relativa• Ordena cronológicamente

los materiales (o sucesos).

• Utiliza principios metodológicos:– Superposición de estratos.– Superposición de procesos

geológicos.– Correlación entre materiales

con el mismo contenido fósil.

Dataciones radiométricasPermiten conocer la edad de las rocas midiendo la cantidad de elementos radiactivos que aún no se han desintegrado.

Principio fundamentales de la estratigrafía

• Principio de la superposición de estratos: En una serie estratigráfica, los estratos superiores son más modernos que los inferiores.

• Ley de sucesión faunística: Los fósiles presentes en un estrato se formaron al mismo tiempo que la roca que constituye el estrato.

• Principio del actualismo: En el pasado ocurrían los mismos procesos geológicos que en la actualidad y con los mismos efectos.

7. Historia de la Tierra: la división del tiempo geológico

• La historia de la Tierra se divide en 3 eones:• Arcaico• Proterozoico• Fanerozoico

• Puesto que de la 1ª gran etapa resulta aún muy desconocida por:– escasez de restos fósiles y yacimientos – Importantes modificaciones sufridas por rocas,Diferenciamos 2 grandes etapas:– Precámbrico (4600 – 570 m.a.)– Fanerozoico (570 m.a. – actualidad)

Escala cronoestratigráfica

FANEROZOICO

CENOZOICO

MESOZOICO

PALEOZOICO

PRECÁMBRICO

PROTEROZOICO

ARCAICO

EONES ERAS

Hechos relevantes

• Precámbrico:– Arcaico: Formación y consolidación de la Tierra. (4600 –

2500 m.a.)– Proterozoico: (2500 – 570 m.a.): Origen de la vida. Poco

conocido.

• Fanerozoico: (570 – actualidad)• Paleozoico (formas de vida antigua)• Mesozoico (formas de vida intermedia)• Cenozoico (formas de vida modernas)

Las extinciones previas favorecieron la diversificación de las especies.