8.1: La perspectiva global

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Objetivos de aprendizaje

Al final de esta sección, podrás:

Describir los componentes del interior de la Tierra y explicar cómo los científicos determinaron su estructura
Especificar el origen, el tamaño y la extensión del campo magnético de la Tierra

La Tierra es un planeta de tamaño mediano con un diámetro de aproximadamente 12,760 kilómetros (Figura\(\PageIndex{1}\)). Como uno de los planetas interiores o terrestres, está compuesto principalmente por elementos pesados como el hierro, el silicio y el oxígeno, muy diferentes de la composición del Sol y las estrellas, que están dominados por los elementos ligeros hidrógeno y helio. La órbita de la Tierra es casi circular, y la Tierra es lo suficientemente cálida como para soportar agua líquida en su superficie. Es el único planeta en nuestro sistema solar que no es ni demasiado caliente ni demasiado frío, sino “justo” para el desarrollo de la vida tal como la conocemos. Algunas de las propiedades básicas de la Tierra se resumen en la Tabla\(\PageIndex{1}\).

alt — Figura\(\PageIndex{1}\): Mármol Azul. Esta imagen de la Tierra desde el espacio, tomada por los astronautas del Apolo 17, es conocida como el “Mármol Azul”. Esta es una de las raras imágenes de una Tierra completa tomada durante el programa Apolo; la mayoría de las imágenes muestran solo una parte del disco de la Tierra bajo la luz del sol. (crédito: modificación de obra por parte de la NASA)

Tabla\(\PageIndex{1}\): Algunas propiedades de la Tierra
Propiedad	Medición
Eje semimajor	1.00 AU
Periodo	1.00 año
Masa	5.98 × 10 ²⁴ kg
Diámetro	12,756 km
Radio	6378 km
Velocidad de escape	11.2 km/s
Periodo rotacional	23 h 56 m 4 s
Superficie	5.1 × 10 ⁸ km ²
Densidad	5.514 g/cm ³
Presión atmosférica	1.00 bar

Interior de la Tierra

El interior de un planeta —incluso nuestra propia Tierra— es difícil de estudiar, y su composición y estructura deben determinarse indirectamente. Nuestra única experiencia directa es con la piel más externa de la corteza terrestre, una capa de no más de unos pocos kilómetros de profundidad. Es importante recordar que, en muchos sentidos, sabemos menos de nuestro propio planeta a 5 kilómetros bajo nuestros pies que de las superficies de Venus y Marte.

La Tierra está compuesta principalmente por roca metálica y silicato (ver la sección Composición y Estructura de los Planetas). La mayor parte de este material está en estado sólido, pero parte de él está lo suficientemente caliente como para fundirse. La estructura del material en el interior de la Tierra ha sido explorada con considerable detalle midiendo la transmisión de ondas sísmicas a través de la Tierra. Se trata de ondas que se propagan por el interior de la Tierra desde sismos o sitios de explosión.

Las ondas sísmicas viajan por un planeta más bien como ondas sonoras a través de una campana golpeada. Así como las frecuencias de sonido varían dependiendo del material del que esté hecha la campana y cómo se construye, así la respuesta de un planeta depende de su composición y estructura. Al monitorear las ondas sísmicas en diferentes ubicaciones, los científicos pueden conocer las capas a través de las cuales han viajado las olas. Algunas de estas vibraciones viajan a lo largo de la superficie; otras pasan directamente por el interior. Estudios sísmicos han demostrado que el interior de la Tierra consiste en varias capas distintas con diferentes composiciones, ilustradas en la Figura\(\PageIndex{1}\). A medida que las ondas viajan a través de diferentes materiales en el interior de la Tierra, las ondas, al igual que las ondas de luz en los telescopios, se doblan (o refractan) para que algunas estaciones sísmicas en la Tierra reciban las ondas y otras estén en “sombras”. Detectar las ondas en una red de sismógrafos ayuda a los científicos a construir un modelo del interior de la Tierra, mostrando capas líquidas y sólidas. Este tipo de imagen sísmica no es diferente a la que se usa en la ecografía, un tipo de imagen que se usa para ver el interior del cuerpo.

alt — Figura\(\PageIndex{2}\): Estructura Interior de la Tierra. La corteza, el manto y los núcleos internos y externos (sólidos y líquidos, respectivamente) como lo muestran los estudios sísmicos.

La capa superior es la corteza, la parte de la Tierra que mejor conocemos (Figura\(\PageIndex{3}\)). La corteza oceánica cubre el 55% de la superficie de la Tierra y se encuentra en su mayoría sumergida bajo los océanos. Por lo general, tiene unos 6 kilómetros de espesor y está compuesta por rocas volcánicas llamadas basalto. Producidos por el enfriamiento de la lava volcánica, los basaltos están hechos principalmente de los elementos silicio, oxígeno, hierro, aluminio y magnesio. La corteza continental cubre el 45% de la superficie, parte de la cual también se encuentra debajo de los océanos. La corteza continental es de 20 a 70 kilómetros de espesor y está compuesta predominantemente por una clase volcánica diferente de silicatos (rocas hechas de silicio y oxígeno) llamada granito. Estas rocas corticales, tanto oceánicas como continentales, suelen tener densidades de aproximadamente 3 g/cm ³. (A modo de comparación, la densidad del agua es de 1 g/cm ³.) La corteza es la capa más fácil de estudiar para los geólogos, pero constituye sólo alrededor del 0.3% de la masa total de la Tierra.

alt — Figura\(\PageIndex{3}\): Corteza terrestre. Esta imagen generada por computadora muestra la superficie de la corteza terrestre determinada a partir de imágenes de satélite y mapeo de radar del fondo oceánico. Los océanos y lagos se muestran en azul, con áreas más oscuras que representan la profundidad. La tierra seca se muestra en tonos de verde y marrón, y las capas de hielo de Groenlandia y la Antártida se representan en tonos de blanco.

La mayor parte de la Tierra sólida, llamada manto, se extiende desde la base de la corteza hacia abajo hasta una profundidad de 2900 kilómetros. El manto es más o menos sólido, pero a las temperaturas y presiones que allí se encuentran, la roca del manto puede deformarse y fluir lentamente. La densidad en el manto aumenta a la baja de aproximadamente 3.5 g/cm ³ a más de 5 g/cm3 como resultado de la compresión producida por el peso del material superpuesto. Las muestras de material del manto superior son expulsadas ocasionalmente de los volcanes, lo que permite un análisis detallado de su química.

Comenzando a una profundidad de 2900 kilómetros, nos encontramos con el denso núcleo metálico de la Tierra. Con un diámetro de 7000 kilómetros, nuestro núcleo es sustancialmente más grande que todo el planeta Mercurio. El núcleo externo es líquido, pero la parte más interna del núcleo (unos 2400 kilómetros de diámetro) es probablemente sólida. Además del hierro, el núcleo probablemente también contiene cantidades sustanciales de níquel y azufre, todos comprimidos a una densidad muy alta.

La separación de la Tierra en capas de diferentes densidades es un ejemplo de diferenciación, el proceso de clasificación de los principales componentes de un planeta por densidad. El hecho de que la Tierra esté diferenciada sugiere que alguna vez estuvo lo suficientemente caliente como para que su interior se derrita, permitiendo que los metales más pesados se hundan hasta el centro y formen el núcleo denso. La evidencia de diferenciación proviene de comparar la densidad aparente del planeta (5.5 g/cm ³) con los materiales superficiales (3 g/cm ³) para sugerir que el material más denso debe ser enterrado en el núcleo.

Campo Magnético y Magnetosfera

Podemos encontrar pistas adicionales sobre el interior de la Tierra a partir de su campo magnético. Nuestro planeta se comporta de alguna manera como si un imán de barra gigante estuviera dentro de él, alineado aproximadamente con los polos rotacionales de la Tierra. Este campo magnético es generado por el movimiento de material en el núcleo metálico líquido de la Tierra. A medida que circula el metal líquido dentro de la Tierra, establece una corriente eléctrica circulante. Cuando muchas partículas cargadas se mueven juntas así, en el laboratorio o en la escala de un planeta entero, producen un campo magnético.

El campo magnético de la Tierra se extiende al espacio circundante. Cuando una partícula cargada se encuentra con un campo magnético en el espacio, queda atrapada en la zona magnética. Por encima de la atmósfera terrestre, nuestro campo es capaz de atrapar pequeñas cantidades de electrones y otras partículas atómicas. Esta región, llamada magnetosfera, se define como la zona dentro de la cual el campo magnético de la Tierra domina sobre el débil campo magnético interplanetario que se extiende hacia afuera desde el Sol (Figura\(\PageIndex{4}\)).

alt — Figura\(\PageIndex{4}\): Magnetosfera de la Tierra. Una vista transversal de nuestra magnetosfera (o zona de influencia magnética), como lo revelan numerosas misiones de naves espaciales. Observe cómo el viento de partículas cargadas del Sol “sopla” el campo magnético hacia afuera como una calcetín de viento.

¿De dónde provienen las partículas cargadas atrapadas en nuestra magnetosfera? Fluyen hacia afuera desde la superficie caliente del Sol; esto se llama viento solar. No sólo proporciona partículas para que el campo magnético de la Tierra atrape, también estira nuestro campo en la dirección que apunta lejos del Sol. Por lo general, la magnetosfera de la Tierra se extiende alrededor de 60,000 kilómetros, o 10 radios terrestres, en dirección al Sol. Pero, en la dirección que se aleja del Sol, el campo magnético puede llegar hasta la órbita de la Luna, y a veces más lejos.

La magnetosfera fue descubierta en 1958 por instrumentos del primer satélite terrestre estadounidense, Explorer 1, que registraba los iones (partículas cargadas) atrapados en su parte interna. Las regiones de iones de alta energía en la magnetosfera a menudo se llaman los cinturones Van Allen en reconocimiento al profesor de la Universidad de Iowa que construyó la instrumentación científica para Explorer 1. Desde 1958, cientos de naves espaciales han explorado diversas regiones de la magnetosfera. Puedes leer más sobre su interacción con el Sol en un capítulo posterior.

Conceptos clave y resumen

La Tierra es el prototipo de planeta terrestre. Su composición interior y estructura son sondeadas mediante ondas sísmicas. Dichos estudios revelan que la Tierra tiene un núcleo metálico y un manto de silicato. La capa exterior, o corteza, consiste principalmente en basalto oceánico y granito continental. Un campo magnético global, generado en el núcleo, produce la magnetosfera de la Tierra, que puede atrapar partículas atómicas cargadas.

Glosario

basalto: roca ígnea producida por el enfriamiento de la lava; constituye la mayor parte de la corteza oceánica de la Tierra y se encuentra en otros planetas que han experimentado una extensa actividad volcánica

núcleo: la parte central del planeta; consiste en material de mayor densidad

corteza: la capa exterior de un planeta terrestre

granito: un tipo de roca ígnea de silicato que constituye la mayor parte de la corteza continental de la Tierra

magnetosfera: la región alrededor de un planeta en la que su campo magnético intrínseco domina el campo interplanetario transportado por el viento solar; de ahí, la región dentro de la cual las partículas cargadas pueden ser atrapadas por el campo magnético planetario

manto: la mayor parte del interior de la Tierra; se encuentra entre la corteza y el núcleo

onda sísmica: una vibración que viaja a través del interior de la Tierra o de cualquier otro objeto; en la Tierra, estas son generalmente causadas por terremotos