Tema 12:ESTRUCTURA Y DINMICA INTERNA DE LA TIERRA

1. LAS CIENCIAS GEOLGICASGeologa: ciencia que se ocupa del estudio de la estructura, composicin y evolucin de la Tierra desde su origen hasta nuestros das. Tambin estudia los otros cuerpos del Sistema Solar (geologa planetaria).Disciplinas geolgicas:PetrologaPaleontologaMineralogaGeomorfologaEstratigrafaHidrogeologa

Investigacin geolgicaInvestigacin pura- Desarrolla la ciencia terica, que trata de explicar:Las leyes que rigen los procesos geolgicos, causas y consecuencias.Reconstruccin de la Historia de la Tierra y de la Vida.Investigacin aplicada- Orientada a la resolucin de problemas:Prospeccin de recursos naturales: agua, minerales, rocas y fuentes de energaGeologa ambiental: Riesgos naturalesImpactos ambientalesConservacin del patrimonio geolgico en espacios naturales

Metodologa geolgica:Geologa de campo:Toma de muestrasSondeosEstudio de afloramientosCartografa

Trabajo de laboratorio:Identificacin y clasificacin de minerales, rocas y fsiles mediante:VisuMicroscopio petrogrfico / Lupa binocularAnlisis qumicos, de RX, etc.Elaboracin e interpretacin de mapasEl mapa topogrfico, mapas geolgicos Fotografa area: pares estereoscopicosImgenes de satlite, etc.Elaboracin de modelos a escala (analgicos e informticos).

2. LA TIERRA Y EL COSMOSConocer la Tierra y el Cosmos y sus procesos requiere conocer su historia.Historia del mundoBig Bang: Sntesis de H, He y LiFormacin de las estrellas: sntesis de los elementos desde el He-Fe por fusin nuclear.Explosin de supernovas: sntesis del resto de los elementos pesados.Formacin del Sistema Solar a partir de una nebulosa, hace unos 5.000 m.a. (Hiptesis nebular)Formacin de la Tierra y los dems planetas (Teora planetesimal)

Los meteoritos que llegan a la superficie de la Tierra sin desintegrarse aportan una importante informacin respecto al origen del sistema solar y la Tierra:Antigedad: de unos 4500 m.a.Composicin del interior terrestre:Sideritos (metlicos)- Ncleo terrestreLitosideritos (rocosos y metlicos)Rocosos (como las condritas)- Manto terrestre

Crater Barringer,en el desierto de Arizona, producido por un meteorito de apenas 50 m., que cay en la Tierra hace unos 50.000 aos.

Origen de la estructura terrestreLa Tierra posee un calor interno que procede de:

Las colisiones de los planetesimales, durante el proceso de acrecin planetesimalEl aumento de la presin, conforme iba aumentando el tamao del planeta.El proceso de diferenciacin gravitatoriaLa desintegracin radiactiva de numerosos elementos como el U, Th, etc.

Papel de los seres vivos en la evolucin planetariaOrigen de la Tierra: 4.500 m.a.Primeros seres vivos: 3.800 m.a. (restos de materia orgnica en las rocas ms antiguas) > Origen de la BiosferaInteracciones entre la Biosfera y los otros sistemas de la Tierra:Ciclo del O2 y del CO2. (fotosntesis/respiracin)Gnesis de los suelos.Formacin de los combustibles fsiles (carbn, petrleo, y gas natural).Formacin de rocas carbonatadas (entre ellas, los arrecifes coralinos y los estromatolitos)

Ciclo Co2 y CarbonoCO2HCO3-CaCO3RestosorgnicosPetrleoRestosorgnicosCarbn

3. INVESTIGANDO LA INACCESIBLE GEOSFERAMtodos directos:Observacin en superficie de rocas de origen profundo.Sondeos (hasta 12-13 kms de profundidad)Mtodos indirectos o geofsicos:A partir de las propiedades fsicas de la Tierra que se pueden medir (densidad, gravedad, campo magntico, transmisin de las ondas ssmicas) se establecen modelos del interior de la Tierra.

Mtodos ssmicosBasados en el estudio de la propagacin (transmisin, reflexin y refraccin) de las ondas ssmicas liberadas por los terremotos.Foco o hipocentro: punto de la corteza donde se origina el terremoto.Epicentro: punto de la superficie terrestre situado en la vertical del foco.Sismgrafos: aparatos que registran las ondas ssmicas.Sismograma: grfico de las ondas ssmicas elaborado por el sismgrafo.

2.3.2. El registro de los terremotosSismgrafos: Aparatos basados en la inercia del pndulo que sirven para registrar las ondas ssmicas. El pndulo dibuja una lnea sobre un cilindro sujeto al suelo que gira a un intervalo determinado. Si el suelo vibra, vibra tambin el cilindro, pero no el pndulo, que dibuja la vibracin del cilindro en el sismograma.

2.3.1. Tipos de ondas ssmicasPrimarias (P) o Longitudinales:

Son ondas de compresin. Producen una vibracin en las partculas de las rocas en la misma direccin de la transmisin de la onda.Las ondas P son las ms rpidas. La deformacin elstica se produce por compresin-distensin de las partculas de la roca, que se transmite con una velocidad que depende de la incompresibilidad de las rocas, su rigidez y su densidad.

Secundarias (S) o Transversales

Producen una vibracin en las partculas transversal (per-pendicular) a la direccin de la transmisin de la onda. Las ondas S son ms lentas que las P. Su velocidad de transmisin depende slo de la rigidez del medio y la densidad, por tanto, cuando la rigidez es 0 (en los lquidos y gases), las ondas S no se transmiten.

Superficiales (L y R)Slo se transmiten en superficie. Son las ms lentas y las que provocan la sacudida del suelo que sentimos como terremoto y que da lugar a las catstrofes.L Love .- Producen una vibracin horizontal de la superficie terrestre perpendicular a la transmisin de la onda:

R Reyleigh .- Producen una vibracin circular, similar a la del oleaje marino

Las ondas S y P se reflejan y refractan cada vez que atraviesan medios con distintas caractersticas fsicas (densidad, rigidez, y mdulo de compresibilidad). Las superficies en las que se producen cambios bruscos en la velocidad de las ondas S y P se denominan Discontinuidades ssmicas

Los terremotos y la estructura de la Tierra.

Discontinuidades: Mohorovicic- separa la Corteza del Manto (5-70 km) Gutenberg- separa el Manto del Ncleo Externo (2900 km) Wiecher-Lehman- separa Ncleo Ext. del Interno (5100 km)

4. PRINCIPALES CAPAS Y DISCONTINUIDADES TERRESTRES

Capas en el modelo geoqumico

Modelo geoqumico o esttico: basado en la composicin qumica y mineralgica de las distintas capas.

CORTEZACapa rgida de espesor variable, situada sobre la discontinuidad de Mohorovicic, formada a partir de materiales del Manto mediante una serie de procesos complejos (diferenciacin magmtica).Corteza Ocenica: es una capa de poco espesor (6 a 12 km), formada por rocas jvenes con una densidad media de 29 g/cm3.Est formada por 4 capas: Nivel 1: SedimentosNivel 2: Basaltos (volcnicas)Nivel 3: Diques baslticos (subvolcnicas)Nivel 4: Gabros (plutnicas)

Corteza Continental: De espesor variable (20 a 70 km), est formada por rocas de muy distintos tipos, con una densidad media inferior a 27 g/cm3 y una estructura muy compleja:

1. Capa superficial de sedimentos continentales2. Rocas Sedimentarias (5%:4% Lutitas, 075% Areniscas, 025% calizas)3. Rocas Metamrficas 4. Rocas gneas 5. Rocas de Metamorfismo profundo

6. Discontinuidad Mohorovicic

95%

MANTOSituado entre la Corteza y el Ncleo, est formado por rocas silceas ultrabsicas (pobres en slice), cuya densidad aumenta desde 32 g/cm3 en el Manto Superior hasta 55 g/cm3 en la base del Manto Inferior.- Peridotitas (olivino, granates y piroxenos)- Dunitas (olivino)- Eclogitas (granates y piroxenos)NCLEOEsfera metlica interna del planeta, compuesta principalmente por una aleacin de Hierro y Nquel (~ 4% en Ni), con hasta un 1% de otros elementos ms ligeros (Si, O, S). La densidad aumenta desde 10 hasta 13 g/cm3. El Ncleo Externo se encuentra fundido, mientras que el Interno es slido.

Capas en el modelo dinmico

Modelo dinmico: basado en el comportamiento dinmico de cada una de las capas

LITOSFERACapa ms externa de la Tierra en el modelo dinmico, slida, de comportamiento rgido, que tiene una profundidad de 10 a 100 km.Compuesta por la Corteza y la parte superior del Manto (sobre el LVC).Se encuentra dividida en fragmentos llamados Placas que se desplazan sobre la Astenosfera

ASTENOSFERACapa localizada entre los 100 y los 300 km de profundidad, donde las ondas ssmicas disminuyen su velocidad debido a que se encuentra en estado plstico. Sobre ella se desplazan las placas litosfricas.Temperaturas en torno a 1400C.Aqu se originan la mayora de los magmas que emergen en la superficie a travs de los volcanes , y los que se enfran en profundidad (Rocas plutnicas).Algunos autores no consideran como capa a la Astenosfera (o Nivel de Baja Velocidad: LVC) porque hay lugares de la Tierra donde no se detecta.

MESOSFERAEs el resto del Manto, por debajo de la Astenosfera. Se encuentra en estado slido, pero presenta corrientes de conveccin en estado slido. Estas corrientes son la causa del movimiento de las placas litosfricas o tectnicas.Existen distintos modelos para explicar la conveccin en el Manto: conveccin en dos capas o en una capa:

ENDOSFERASe corresponde con el Ncleo, e incluye el Ncleo Externo, lquido, con fuertes corrientes de conveccin, y el Ncleo Interno, slido y rgido. El movimiento diferenciado de ambos ncleos provocara unas corrientes elctricas que induciran la aparicin del campo magntico terrestre. Y la dinmica y alteraciones del campo magntico estaran provocadas tambin por las interacciones entre las corrientes del Ncleo con las del Manto.

5. OTROS MTODOS PARA COMPLETAR NUESTRA IMAGEN DEL INTERIORMtodo GravimtricoGravimetra: rama de la Geofsica que se dedica al estudio del campo gravitatorio terrestre.Aplicaciones: Geodesia: Establece la forma de la Tierra (geoide)Deducir la estructura de la LitosferaCalcular la densidad de las distintas capas terrestresIsostasia: Explica el movimiento vertical de los distintos bloques de la Corteza debido a diferencias de volumen y densidadProspeccin: Investiga y localiza los yacimientos minerales de inters econmico

Se denomina geoide a la superficie fsica definida mediante el potencial gravitatorio. Grficamente se puede definir como la superficie de los mares encalma, prescindiendo de las mareas, prolongada bajos los continentes. Se excluyen los fenmenos orognicos, por lo que las montaas no se incluyen en el mismo. Geomtricamente es casi una elipsoide de revolucin (esfera achatada por los polos).

Una anomala gravitatoriaes la diferencia entre el valor degravedad observado(gobs) en un determinado lugar y lagravedad terica() en el geoide (calculado a partir de las dimensiones, masa y rotacin de la Tierra). Una anomala positiva de gravedad indica la presencia de un cuerpo con exceso de masa respecto a la masa del modelo de referencia.Para calcular las anomalas debidas al tipo de materiales que hay bajo la superficie hay que corregir las diferencias ocasionadas por:Latitud (el radio es mayor en el ecuador que en los polos)La topografa (diferencias de altitud respecto del geoide)

Esquema mostrando: (1) la superficie de losocanos, (2) elelipsoide, (3) la direccin de laplomada, (4) loscontinentes, (5) elgeoide.El elipsoide es la figura geomtrica de la Tierra al nivel del mar, mientras que el geoide es la figura donde se registra la gravedad terica.

IsostasiaEs el equilibrio de la corteza terrestre que se establece por la diferencia de densidad de sus partesExiste un nivel de compensacin gravitatoria que tienden a alcanzar los distintos bloques de la corteza segn su mayor o menor densidad, lo cual provoca movimientos en vertical denominados movimientos epirognicos , que son positivos si son ascendentes y negativos si son descendentes (hundimientos)

El campo magntico terrestre (CMT)La Tierra tiene un campo magntico dipolar, con un eje magntico est inclinado unos 11 respecto al eje de rotacin terrestre.Su origen se supone que est en las corrientes de conveccin del ncleo externo, lquido, y sus interacciones con el ncleo interno, slido. El ncleo , as, actuara como una dinamo.

Magnetismo remanente

Los minerales magnticos se orientan segn el campo magntico cuando se solidifican a partir de un magma o cuando se depositan en un medio sedimentario.Si en campo magntico cambia posteriormente, en la roca queda grabado el magnetismo existente cuando la roca se form (magnetismo remanente) el cual informa de cmo era el campo magntico del pasado.El magnetismo remanente en los basaltos de la corteza ocenica indican que el campo magntico terrestre sufre inversiones de polaridad.El paleomagnetismo ha proporcionado informacin para la elaboracin de la teora de la expansin del fondo ocenico, la reconstruccin paleogeogrfica de los continentes, la datacin cronolgica de las rocas, etc

El calor de origen interno: la energa que mueve la TierraFlujo geotrmicoLa energa geotrmica: es la energa interna de la Tierra, que se manifiesta mediante calor movimiento y energa elstica.El origen de la energa geotrmica se encuentra en:Calor residual del origen de la TierraDesintegracin radiactiva de istopos inestables.El flujo geotrmico: es la energa que emite la Tierra por unidad de superficie. No es homogneo en la superficie de la Tierra, sino que depende de la actividad volcnica y tectnicaGradiente geotrmico: es el aumento de la temperatura con la profundidad. Por trmino medio, en la corteza, es de 1C /33m o 3C/100m, pero en cada punto de la superficie depende del flujo geotrmico. El gradiente geotrmico disminuye con la profundidad (esto significa que el aumento de temperatura se va haciendo ms lento

Transporte de calor en la GeosferaLas formas de transporte del calor son tres:Radiacin: se transmite en el espacio como onda electromagntica (flujo geotrmico)Conduccin: se transmite la vibracin de las partculas por contacto entre ellas. Depende de la conductividad de los materiales. Las rocas son muy malos conductores del calor.Conveccin: se transmite por el movimiento producido por los cambios de densidad que provocan el calentamiento y el enfriamiento de los materiales: al calentarse se dilatan, disminuyendo su densidad, con lo que tienden a subir; al separarse del foco de calor, se enfran, con lo que aumentan su densidad y tienden a bajar, cerrando el ciclo en las clulas de conveccin. Este fenmeno es el causante del movimiento de las placas tectnicas, la deformacin de las rocas y de la energa elstica que provoca los terremotos

6. LAS NUEVAS TECNOLOGAS Y EL CONOCIMIENTO DE LA TIERRAOrdenadoresSistemas informticos: integracin de informacin, tratada digitalmente, lo cual ofrece una gran amplitud de ventajas, al poder tratar los fenmenos naturales en su complejidad.SIG: Sistemas de Informacin Geogrfica: permiten combinar la informacin de diferentes tipos en distintos mapas, integrndolos en la misma realidad.Sistemas telemticos: los medios de comunicacin a distancia, como Internet, aceleran de modo increble la informacin, permitiendo el trabajo conjunto de investigadores muy alejados entre s. (Red Mundial de Sismgrafos, Sistemas de alerta ante tsunamis, etc)

Sistemas de teledeteccin:Tcnica que consiste en obtener informacin muy variada de la superficie a partir de imgenes tomadas por sensores ubicados en aviones (fotografa area) o satlites artificiales (imgenes de satlite) (fotografa infrarroja, etc)

GPS (Global Positioning System)Sistema que, mediante radiolocalizacin a partir de una red de 27 satlites, permite determinar la posicin exacta de cualquier punto. Ha permitido calcular la velocidad de separacin de las placas tectnicas, la forma exacta de la Tierra, etc.

Todas estas tcnicas han mejorado considerablemente la cartografa de datos gravimtricos, geotrmicos, isostticos, etc, lo cual se traduce en imgenes del interior de la Tierra (tomografa ssmica, por ejemplo)

******************************************************