Estructura de la Tierra para CMC

Estructura y composición de la Tierra los métodos de estudio

ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN DE LA TIERRADE LA TIERRA

LOS MÉTODOS DE ESTUDIOLOS MÉTODOS DE ESTUDIO

Textos: Antonio Arenal

Imágenes: wikipedia


INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN

• TERCER PLANETA DEL SISTEMA SOLAR

• ORIGEN HACE 4570 M.A.

• SÓLIDA EN SU MAYORÍA

• ATMÓSFERA, HIDROSFERA Y GEOSFERAS

• 6378 KM DE RADIO

• DENSIDAD MEDIA 5520 kg/m3

• LA MAYORÍA DE NUESTROS CONOCIMIENTOS LOS HEMOS OBTENIDO DE MÉTODOS INDIRECTOS


ORIGEN DE LA TIERRAORIGEN DE LA TIERRA

HACE 4750 MILLONES DE AÑOS. HIPÓTESIS DE LOS HACE 4750 MILLONES DE AÑOS. HIPÓTESIS DE LOS PLANETESIMALESPLANETESIMALES

•NEBULOSA FRIA (GAS Y POLVO) SE CONDENSA POR GRAVEDAD

•FORMACIÓN DE UN PROTOSOL CON ANILLOS QUE DARÁN LUGAR A LOS PLANETESIMALES (PROTOPLANETAS)

•PROTOTIERRA: COLAPSO GRAVITATORIO, COMPRESIÓN, ACRECIÓN Y ELEVACIÓN DE LA TEMPERATURA.

•FUSIÓNES GENERALIZADAS. DIFERENCIACIÓN EN CAPAS POR GRAVEDAD Y AFINIDADES IÓNICAS

•ENFRIAMIENTO PROGRESIVO HASTA LA ACTUALIDAD


DISCO PROTOPLANETARIO


CARACTERÍSTICAS GENERALES Y ESTRUCTURA DE LA CARACTERÍSTICAS GENERALES Y ESTRUCTURA DE LA TIERRATIERRA

•TERCER PLANETA. CON ATMÓSFERA E HIDROSFERA. CON VIDA

•GEOSFERA ESTRATIFICADA EN CAPAS

•ESTRATIFICACIÓN GEOQUÍMICA: CORTEZA, MANTO Y NÚCLEO

•ESTRATIFICACIÓN DINÁMICA: LITOSFERA, ASTENOSFERA , MESOSFERA Y ENDOSFERA.

•INCREMENTO DE LA PRESIÓN Y DE LA TEMPERATURA CON LA PROFUNDIDAD. GRADIENTE GEOTÉRMICO MEDIO (3 ºC/100 m). SÓLO EN LOS PRIMEROS km.

•DENSIDAD MEDIA 55OO kg/m3.

•A MAYOR PROFUNDIDAD MAYOR DENSIDAD: CORTEZA CONTINENTAL 2700 kg/m3. C. OCEÁNICA 3000 kg/m3. NÚCLEO HASTA 14 kg/m3.


LAS CAPAS FLUIDASLAS CAPAS FLUIDAS

ATMÓSFERA ATMÓSFERA

CAPA GASEOSA HASTA CASI 10.000 km.

•ORIGEN. DESGASIFICACIÓN DEL MANTO. ATMÓSFERA PRIMITIVA: RICA EN CO2, SO2 Y VAPOR DE AGUA.

•O2 LIBRE DESDE HACE 2500-2000 M.A. O3 DESDE HACE

600 M.A.

•ACTUALIDAD: N2 (78%), O2 (21%) Ar, OTROS GASES Y

H2O(V)

•HOMOSFERA (HASTA 90 km): TROPOSFERA, ESTRATOSFERA, MESOSFERA Y IONOSFERA.


LAS CAPAS FLUIDASLAS CAPAS FLUIDASHIDROSFERAHIDROSFERA

• CAPA LÍQUIDA DISCONTINUA.

• 71% DE LA SUPERFICIE TERRESTRE CUBIERTA DE

AGUA. EL 98% EN LOS OCÉANOS.

• ORIGEN: DESHIDRATACIÓN DE LAS ROCAS DEL

MANTO. OTROS AUTORES, POSIBLE BOMBARDEO DE

COMETAS.


LA GEOSFERA. DISCONTINUIDADESLA GEOSFERA. DISCONTINUIDADES

• DISCONTINUIDAD SÍSMICADISCONTINUIDAD SÍSMICA. Variación brusca en la velocidad y dirección de las ondas sísmicas. Delimitan las interfases entre capas

• DISCONTINUIDAD DE MOHOROVICICDISCONTINUIDAD DE MOHOROVICIC. Entre la corteza y manto. Profundidad media 33 km.

• A LOS 670 km670 km (LÍMITE DE LOS HIPOCENTROS) Situamos el límite del manto superior y del inferior. No se considera No se considera una discontinuidad.una discontinuidad.

• DISCONTINUIDAD DE GUTENBERGDISCONTINUIDAD DE GUTENBERG (2900 km). entre manto y núcleo. muy nítida. dejan de propagarse las ondas s. en las proximidades está el nivel d”.

• DISCONTINUIDAD DE WIECHERT-LEHMANDISCONTINUIDAD DE WIECHERT-LEHMAN (Aprox. 5100 km). Limita el núcleo externo y el interno.


MÉTODOS DE ESTUDIO DEL INTERIOR DE LA TIERRAMÉTODOS DE ESTUDIO DEL INTERIOR DE LA TIERRA

• DIRECTOS• Estudios de campo• Análisis de laboratorio

• INDIRECTOS• GEOFÍSICOS

• Sísmicos• Gravimétricos• Geotérmicos• Magnéticos• Eléctricos• Radiactividad

• ASTRONÓMICOS• Meteoritos• Datos de la luna y de planetas interiores


MÉTODOS DIRECTOSMÉTODOS DIRECTOS

1.1. ESTUDIOS DE CAMPOESTUDIOS DE CAMPO

2.2. SONDEOSSONDEOS (Moho-Hole, prospecciones…)

3.3. ANÁLISISANÁLISIS de rocas, lavas, enclaves y xenolitos.

4.4. PRENSA DE YUNQUE DE DIAMANTEPRENSA DE YUNQUE DE DIAMANTE. Reproduce condiciones del interior Terrestre.

5.5. MICROSONDA IÓNICAMICROSONDA IÓNICA O SHRIMP (Sensitive HighResolution Ion MicroProbe): Dispositivo que permite un análisis cuantitativo de pequeñas cantidades (del rango de picogramos: 10-12 g) de un elemento o un isótopo en muestras sólidas, a partir de un método basado en espectrometría de masas.


MÉTODO SÍSMICOMÉTODO SÍSMICO

•INTENSIDAD Y MAGNITUD SÍSMICAS

•ONDAS SÍSMICAS: P, S, SUPERFICIALES (R y L)

3

4K

Vp Vs

VsVp 7,1VsVp

K= módulo de incompresibilidad, μ= rigidez, ρ= densidad

LA ESTRUCTURA DE LA TIERRA SE DEDUCE A PARTIR DEL ESTUDIO DE

•CAMBIOS EN LA VELOCIDAD DE LAS ONDAS SÍSMICAS

•CAMBIOS EN LA TRAYECTORIA: REFRACCIÓN Y REFLEXIÓN SÍSMICAS.

•FALTA DE REGISTRO DE ONDAS S

•ANÁLISIS DE LAS ZONAS DE SOMBRA

•TOMOGRAFÍA SÍSMICA


ESTUDIOS GRAVIMÉTRICOSESTUDIOS GRAVIMÉTRICOS

•Anomalía gravimétrica: diferencia entre el valor de g medido (valor real) y el teórico esperado.

F = G • (M.m/R2). Constante de gravitación G ( G= 6,6720 .10 –11 N • m2 • kg-2). F = m•g.

m•g = G • (M.m/R2), Sustituyendo: g = 9,80 m/s2.

•La masa M de la Tierra se concentra en el centro a un radio de la superficie

•g depende de: altitud, latitud, topografía, atracción del Sol y de la Luna.


ESTUDIOS GEOTÉRMICOSESTUDIOS GEOTÉRMICOS

•ESTUDIO DE LAS ANOMALÍAS EN EL FLUJO Y GRADIENTE TÉRMICOS.

•LAS ANOMALÍAS VARÍAN DE UNAS ZONAS A OTRAS. CONDICIONADAS POR

•DISTRIBUCIÓN IRREGULAR E LAS FUENTES DE CALOR

•MECANISMOS DE TRANSMISIÓN DEL CALOR

•ORIGEN DEL CALOR

•CALOR REMANENTE

•FRENADO DE MAREAS

•CALOR DE FORMACIÓN

•DESINTEGRACIÓN ELEMENTOS RADIACTIVOS


ESTUDIO DEL MAGNETISMOESTUDIO DEL MAGNETISMO

•EL CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE TIENE CARÁCTER BIPOLAR: POLOS NORTE Y SUR

•SE MIDEN: INTENSIDAD, INCLINACIÓN Y DECLINACIÓN MAGNÉTICAS. SUS VARIACIONES ANOMALÍAS SIRVEN PARA DEDUCIR EL INTERIOR TERRESTRE

•ORIGEN DEL CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE:

•EN EL NÚCLEO QUE ACTUA COMO UNA DINAMO AUTOINDUCIDA COMO CONSECUENCIA DE LA CIRCULACIÓN CONVECTIVA Y DE LA DIFERENTE VELOCIDAD DE PRECESIÓN ENTRE EL NÚCLEO Y EL MANTO

ELECTRICIDAD Y RADIACTIVIDAD NATURALESELECTRICIDAD Y RADIACTIVIDAD NATURALES

•TIENEN POCA IMPORTANCIA EN EL ESTUDIO DEL INTERIOR TERRESTRE


MÉTODOS ASTRONÓMICOSMÉTODOS ASTRONÓMICOS

METEORITOSMETEORITOS

TAMAÑO VARIABLE.

•ORIGEN PROBABLE EN EL CINTURÓN DE ASTEROIDES

•SIDERITOSSIDERITOS.

•SIDEROLITOSSIDEROLITOS.

•AEROLITOSAEROLITOS.

•TECTITASTECTITAS.

LUNA Y PLANETAS INTERIORESLUNA Y PLANETAS INTERIORES

•LUNA: Composición equivalente a un Manto desgasificado.

•PLANETAS : Origen similar a la tierra.

•Imágenes de alta resolución

•Estudio de rocas eyectadas (meteoritos de origen marciano)


MeteoritosMeteoritos

Meteoritos rocosos o aerolitosMeteoritos rocosos o aerolitos (92,8% del total de meteoritos):

•Condritas, los más corrientes (85,7%). Constituídos por silicatos similares a los de la corteza terrestre. Densidad = 3,5 g/cm3. Origen en el cinturón de asteroides.

•Condritas carbonáceas, parece que tienen origen más lejano.

•Acondritas (7,1%), con marcas de fusión y recristalización.

Meteoritos metálicos o sideritosMeteoritos metálicos o sideritos (5,7% del total de meteoritos):

•Están constituidos por hierro (90%) y níquel (8,5%) Densidad = 7,5 g/cm3. Origen probable en núcleo de asteroides fragmentados.

Meteoritos mixtos o siderolitosMeteoritos mixtos o siderolitos (1,5%-2% del total de meteoritos):

•Formados por Ferroniquel (50%) y silicatos (50%) sobre todo olivino y piroxenos. Densidad = 5 g/cm3.

•Probablemente provienen de zonas periféricas del núcleo de asteroides grandes.

TectitasTectitas:

•Son vidrios ricos en sílice de origen variable. Se supone que provienen del choque explosivo de los grandes meteoritos. Se encuentran esparcidas por regiones muy extensas de la Tierra.


Modelo geoquímico

LA CORTEZA TERRESTRELA CORTEZA TERRESTRE

•CAPA MÁS SUPERFICIALCAPA MÁS SUPERFICIAL. 5-80 km (media 33 km, Mohorovicic). volumen 3% masa 1%.

•CONTINENTALCONTINENTAL: Parte no sumergida y plataformas continentales.

•Espesor 33-35 km, máximo Himalaya 80 km. Densidad media 2,7 g/cm3.

•Roca más antigua 3960 m.a.

•OCEÁNICAOCEÁNICA: Fondos oceánicos (66% de la superficie).

•Grosor 5-8 km. Densidad media 3,0 g/cm3.

•Rocas de no más de 180 m.a.

•TRANSICIÓNTRANSICIÓN: No esta presente en todas las zonas.

•Parece más una corteza continental adelgazada.


1. Corteza continental 2. Océano

3. Manto superior 4. Corteza oceánica


Modelo geoquímico

LA CORTEZA CONTINENTALLA CORTEZA CONTINENTAL

•ORIGEN. Reciclado de sedimentos. Materiales mantélicos que se adosan al continente en procesos orogénicos.

•COMPOSICIÓN MEDIA: conjunto caótico de rocas plutónicas, volcánicas y sedimentarias metamorfizadas en distintos grados, más intensos cuanto más profundo. La composición media sería similar a la de una andesita

•ESTRUCTURA VERTICAL.

•Superior: sedimentos, rocas sedimentarias, rocas metamórficas de bajo grado y granitos y granitoides.

•Medio: dioritas y rocas metamórficas de grado medio.

•Inferior: gabros y rocas metamórficas de grado alto.

•ESTRUCTURA HORIZONTAL

•Cratones: zonas antiguas, estables y arrasadas. Escudos y plataformas.

•Orógenos, son las montañas y cordilleras. Geológicamente son las zonas más activas.


Grosor en km de la corteza continental


Modelo geoquímico

LA CORTEZA OCEÁNICALA CORTEZA OCEÁNICA

•ORIGEN. Se crea en las dorsales por consolidación de lavas y se destruye en las zonas de subducción. Son dos procesos simultáneos.

•ESTRUCTURA VERTICAL

•Capa de sedimentos de aprox. 0,5 km de espesor medio.

•Zócalo basáltico de unos 2 km de espesor formado por coladas laminares de, espilitas y lavas almohadilladas intercaladas con un complejo basal de diques laminares.

•Tercer nivel de gabros, dunitas y peridotitas.

•ESTRUCTURA HORIZONTAL

•Dorsales oceánicas, cordilleras submarinas de origen volcánico con un valle central en la zona axial denominado rift

•Fosas oceánicas, depresiones estrechas y alargadas de miles de metros de profundidad.

•Llanuras abisales , superficies planas a más de 4000 m, sin pendiente aparente (inferior al 1%). Con elevaciones: montes o cordilleras submarinas, volcanes y guyots.


Modelo geoquímico

EL MANTO. Estructura y composición IEL MANTO. Estructura y composición I

• Entre el límite inferior de la corteza (discontinuidad de Mohorovicic) y la discontinuidad de Gutenberg (en el límite con el núcleo)

• 82% del volumen de la Tierra y el 67% de la masa.

• Densidad entre 3,5 g/cm3 (Mohorovicic) y 6 g/cm3 (Gutenberg) núcleo.

• En la interfase manto-núcleo se detecta el nivel D’’ de hasta 400 km de grosor y con velocidades sísmicas menores.

• Manto Superior y Manto inferior.

• El límite del manto superior e inferior, a 670 km, viene marcado por la desaparición de los focos sísmicos profundos.

•El Manto se originó por diferenciación geoquímica y gravitatoria durante la formación del planeta.


Modelo geoquímico

EL MANTO. Estructura y composición IIEL MANTO. Estructura y composición II

COMPOSICIÓNCOMPOSICIÓN: dos hipótesis

• MANTO PERIDOTÍTICOMANTO PERIDOTÍTICO: se basa en el posible origen las de rocas básicas y ultrabásicas de la corteza oceánica. A las temperaturas reinantes en el Manto, las peridotitas se fundirían parcialmente dando magmas basálticos. Moho sería, además de una discontinuidad sísmica, una discontinuidad química.

• En los sondeos marinos realizados sobre bloques oceánicos levantados y erosionados se han encontrado peridotitas debajo de la corteza oceánica.

• El Manto es anisótropo para la velocidad de las ondas sísmicas, hasta un 9%, que es similar a la anisotropía medida en el laboratorio para las peridotitas.

• MANTO ECLOGÍTICOMANTO ECLOGÍTICO: (eclogita = 50% granate y 50% piroxeno). Son rocas de metamorfismo de presión (confinamiento), de tal manera que de la Corteza al Manto sólo habría cambio de estructura, no de composición química. Moho no sería una discontinuidad química.


Modelo geoquímico

EL MANTO. Dinámica IEL MANTO. Dinámica I

• Bajo determinadas condiciones de presión y temperatura, los sólidos se comportan como fluidos muy viscosos.

• Dos modelos convectivos para el manto

• Dos grupos de células convectivas, unas en el manto inferior y las otras en la Astenosfera.

• Grandes células convectivas únicas en el conjunto del Manto.

• La tomografía sísmica revela que

• La subducción es la rama descendente de la convección y abarca la totalidad del Manto. abarca la totalidad del Manto.

• La subducción alcanza1-2 cm/año.


Modelo geoquímicoEL NÚCLEO. EstructuraEL NÚCLEO. Estructura

•Conocido por datos indirectos: estudio de meteoritos y

el método sísmico. 32% de la masa y 14% del volumen

terrestre.•El Núcleo externo a 2900 km de profundidad, fluido, no

lo atraviesan las ondas S. Densidad 9,9 g/cm3.•El Núcleo interno. 5100 km (Lehman-Wiechert) hasta

6378 km (centro de la Tierra) Sólido. 13 g/cm3.•La temperatura del núcleo aumenta hasta los 6000 ºC. No

se mantiene el gradiente geotérmico de superficie.•El campo magnético terrestre tiene su origen en el

Núcleo que actúa como una dinamo autoinducida.•El Núcleo, aporta energía calorífica al Manto para los

procesos termodinámicos internos.


Modelo geoquímicoORIGEN DEL NÚCLEOORIGEN DEL NÚCLEO

Varias hipótesis1.1. Acreción homogéneaAcreción homogénea: Los materiales de la

Prototierra se diferenciarían por gravedad, los más densos formarían el núcleo.

2.2. Acreción heterogéneaAcreción heterogénea: Primero se formaría el Núcleo y luego el Manto por acreción de nuevos materiales silicatados.

3.3. Modelo sintéticoModelo sintético: Es el más aceptado. En una Tierra con composición homogénea de silicatos y hierro, los impactos de nuevos cuerpos elevarían la temperatura. Se fundirían el hierro que iría desciendo hasta alcanzar la posición del Núcleo interno. Al enfriarse y solidificar, el calor liberado pondría en movimiento convectivo el Núcleo externo creando el campo magnético.


Modelo geoquímicoEL NÚCLEO. ComposiciónEL NÚCLEO. Composición

•Sólo podemos deducir a partir de los datos indirectosdatos indirectos:•Datos sísmicos: que nos indican que son materiales de alta densidad.•Existencia del campo magnético lo que implica la presencia de hierro.•Abundancia cósmica del Hierro.•Estudios de los meteoritos: sideritos y siderolitos.

•Composición del Núcleo ExternoComposición del Núcleo Externo: hierro 80%, níquel 4%, y el resto elementos más ligeros como el silicio, oxígeno y azufre. (Quizá formando sulfuros de hierro)

•Composición del Núcleo InternoComposición del Núcleo Interno: sólo hierro, o hierro más otro componente en muy pequeña cantidad.


Modelo dinámicoModelo dinámicoLITOSFERALITOSFERA

•Formada por la Corteza (continental y oceánica) y los primeros kilómetros del Manto (manto litosférico).

•Rígida y sólida.

•Se comporta como una unidad física que interviene activamente en procesos dinámicos entre placas.

•El límite de la litosfera lo situamos a una profundidad media de 120 km. En los océanos está a 50-80 km y en las dorsales a sólo 5-10 km.


Modelo dinámicoModelo dinámicoLA ASTENOSFERALA ASTENOSFERA

•En los modelos clásicos: la Astenosfera (sólo 1-5% de fusión)

•Se discute su existencia como capa universal ya que, con los modelos actuales, “ya no es necesaria” para explicar el movimiento de las placas litosféricas.

•El canal de baja velocidad (100-400 km) se detecta sólo en zonas pequeñas, dispersas y que están tanto en la Astenosfera como en la Litosfera.

•Las zonas de baja velocidad detectadas posiblemente reflejen masas de manto que están empezando a fundirse como ocurre en las dorsales, por fracturación y descompresión adiabática o por el ascenso de material caliente desde el núcleo.


Modelo dinámicoMESOSFERA Y ENDOSFERAMESOSFERA Y ENDOSFERA

MESOSFERAMESOSFERA

• Restos del Manto superior hasta los 2900 km de profundidad.

• Gradiente positivo de P y T.

• A los 670 km dejan de detectarse los sismos de foco profundo.

ENDOSFERAENDOSFERA

• Núcleo externo fluido. Interno sólido.

• El núcleo aporta energía para la dinámica del manto

• El núcleo podría estar en convección sólida. Anisotropía para

Vp.

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