2.2: Capas de la Tierra

Para entender los detalles de la tectónica de placas, es esencial comprender primero las capas de la tierra. La información de primera mano sobre lo que está debajo de la superficie es muy limitada; la mayor parte de lo que sabemos se reconstruye a partir de modelos hipotéticos, y analizando datos de ondas sísmicas y materiales meteoritos. En general, la Tierra se puede dividir en capas basadas en la composición química y las características físicas.

Figura\(\PageIndex{1}\): Las capas de la Tierra. Las capas físicas incluyen la litosfera y la astenosfera; las capas químicas son la corteza, el manto y el núcleo.

Capas Químicas

Ciertamente, la tierra está compuesta por innumerables combinaciones de elementos. Independientemente de qué elementos estén involucrados, dos factores principales, la temperatura y la presión, son responsables de crear tres capas químicas distintas.

Corteza

La capa química más externa y la que actualmente residimos es la corteza. Hay dos tipos de corteza. La corteza continental tiene una densidad y composición relativamente baja similar al granito. La corteza oceánica tiene una densidad relativamente alta, especialmente cuando está fría y vieja, y composición similar al basalto. Los niveles superficiales de la corteza son relativamente frágiles. Las partes más profundas de la corteza están sometidas a temperaturas y presiones más altas, lo que las hace más dúctiles. Los materiales dúctiles son como plásticos blandos o masilla, se mueven bajo la fuerza. Los materiales quebradizos son como el vidrio sólido o la cerámica, se rompen bajo la fuerza, especialmente cuando se aplica rápidamente. Los sismos, generalmente ocurren en la corteza superior y son causados por el rápido movimiento de materiales relativamente quebradizos.

Figura\(\PageIndex{2}\): El mapa global de la profundidad del moho.

La base de la corteza se caracteriza por un gran aumento en la velocidad sísmica, que mide la rapidez con la que viajan las olas sísmicas a través de la materia sólida Llamada la Discontinuidad de Mohorovičić, o Moho para abreviar, esta zona fue descubierta por Andrija Mohorovičić (pronunciado mo-ho-ro-vee-cheech; pronunciación de audio) en 1909 después de estudiar caminos de olas sísmicas en su Croacia natal [27]. El cambio en la dirección y velocidad de las olas es causado por diferencias químicas dramáticas entre la corteza y el manto. Debajo de los océanos, el Moho se encuentra aproximadamente a 5 km por debajo del fondo del océano. Bajo los continentes, se encuentra a unos 30-40 km por debajo de la superficie. Cerca de ciertos grandes eventos de construcción de montañas conocidos como orogenias, la profundidad continental de Moho se duplica [28].

Manto

Figura\(\PageIndex{3}\): Este manto peridotita xenolito que contiene olivino (verde) es químicamente meteorización por hidrólisis y oxidación en el iddingsite pseudo-mineral marrón, que es un complejo de agua, arcilla y óxidos de hierro. El lado más alterado de la roca ha estado expuesto al medio ambiente por más tiempo.

El manto se asienta debajo de la corteza y por encima del núcleo. Es la capa química más grande por volumen, extendiéndose desde la base de la corteza hasta una profundidad de aproximadamente 2900 km [29]. La mayor parte de lo que sabemos sobre el manto proviene del análisis de ondas sísmicas, aunque la información se recopila mediante el estudio de ofiolitos y xenolitos. Las ofiolitas son trozos del manto que han subido a través de la corteza hasta quedar expuestos como parte del fondo oceánico. Los xenolitos son transportados dentro del magma y llevados a la superficie de la Tierra por erupciones volcánicas. La mayoría de los xenolitos están hechos de peridotita, una clase ultramáfica de roca ígnea (ver C hapter 4 para explicación). Debido a esto, los científicos plantean la hipótesis de que la mayor parte del manto está hecho de peridotita [30].

Núcleo

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Figura\(\PageIndex{4}\): Fragmento pulido del Meteorito Toluca rico en hierro, con Patrón de Widmanstätten octaédrico.

El núcleo de la Tierra, que tiene capas tanto líquidas como sólidas, y consiste principalmente en hierro, níquel y posiblemente algo de oxígeno [31]. Los científicos que observaron datos sísmicos descubrieron por primera vez esta capa química más interna en 1906 [32]. A través de una unión de modelos hipotéticos, conocimientos astronómicos y datos sísmicos duros, concluyeron que el núcleo es principalmente hierro metálico [33]. Científicos que estudian meteoritos, que suelen contener más hierro que rocas superficiales, han propuesto que la tierra se formó a partir de material meteórico. Creen que el componente líquido del núcleo fue creado a medida que el hierro y el níquel se hundieron en el centro del planeta, donde fue licuado por una intensa presión [34].

Capas Físicas

La Tierra también se puede dividir en cinco capas físicas distintas en función de cómo cada capa responde al estrés. Si bien hay cierta superposición en las designaciones químicas y físicas de las capas, específicamente el límite núcleo-manto, existen diferencias significativas entre los dos sistemas.

Litosfera

Figura\(\PageIndex{5}\): Mapa de las placas mayores y sus movimientos a lo largo de los límites.

Lithos es griego para piedra, y la litosfera es la capa física más externa de la Tierra. Se agrupa en dos tipos: oceánico y continental. La litosfera oceánica es delgada y relativamente rígida. Su grosor varía desde casi cero en las nuevas placas que se encuentran alrededor de las crestas oceánicas, hasta un promedio de 140 km en la mayoría de las otras ubicaciones. La litosfera continental es generalmente más gruesa y considerablemente más plástica, especialmente en los niveles más profundos. Su espesor va de 40 a 280 km [35]. La litosfera no es continua. Se rompe en segmentos llamados placas. Un límite de placa es donde dos placas se encuentran y se mueven una con relación a la otra. Los límites de las placas son donde vemos la tectónica de placas en acción: construir montañas, desencadenar terremotos y generar actividad volcánica.

Astenosfera

Figura\(\PageIndex{5}\): El límite litosfera-astenosfera cambia con ciertas situaciones tectónicas.

La astenosfera es la capa debajo de la litosfera. Asteno- significa carecer de fuerza, y la propiedad más distintiva de la astenosfera es el movimiento. Debido a que es mecánicamente débil, esta capa se mueve y fluye debido a las corrientes de convección creadas por el calor proveniente de la causa central de la tierra [33]. A diferencia de la litosfera que consiste en múltiples placas, la astenosfera es relativamente intacta. Los científicos han determinado esto mediante el análisis de las ondas sísmicas que pasan a través de la capa. La profundidad a la que se encuentra la astenosfera es dependiente de la temperatura [36]. Tiende a estar más cerca de la superficie terrestre alrededor de las crestas oceánicas y mucho más profundo debajo de las montañas y los centros de las placas litosféricas.

Mesosfera

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Figura\(\PageIndex{6}\): Estructura general de perovskita. Se cree que los silicatos de perovskita (por ejemplo, Bridgmenita,\((Mg,Fe)SiO_{3})\) son el componente principal del manto inferior, lo que lo convierte en el mineral más común en o en la Tierra.

La mesosfera, a veces conocida como manto inferior, es más rígida e inmóvil que la astenosfera. Ubicada a una profundidad aproximada de 410 y 660 km por debajo de la superficie terrestre, la mesosfera está sometida a presiones y temperaturas muy altas. Estas condiciones extremas crean una zona de transición en la mesosfera superior donde los minerales cambian continuamente en diversas formas o pseudomorfos [37]. Los científicos identifican esta zona por cambios en la velocidad sísmica y en ocasiones barreras físicas al movimiento [38]. Por debajo de esta zona transicional, la mesosfera es relativamente uniforme hasta llegar al núcleo.

Núcleo interno y externo

Figura\(\PageIndex{7}\): Lehmann en 1932

El núcleo externo es la única capa completamente líquida dentro de la Tierra. Comienza a una profundidad de 2,890 km y se extiende hasta los 5,150 km, lo que lo convierte en unos 2,300 km de espesor. En 1936, el geofísico danés Inge Lehmann analizó datos sísmicos y fue el primero en probar que existía un núcleo interno sólido dentro de un núcleo externo líquido [39]. El núcleo interno sólido tiene aproximadamente 1,220 km de espesor, y el núcleo externo tiene aproximadamente 2,300 km de espesor [40].

Parece una contradicción que la parte más caliente de la Tierra sea sólida, ya que los minerales que componen el núcleo deben ser licuados o vaporizados a esta temperatura. Una inmensa presión mantiene los minerales del núcleo interno en una fase sólida [41]. El núcleo interno crece lentamente desde el núcleo externo inferior solidificándose a medida que el calor escapa del interior de la Tierra y se dispersa hacia las capas externas [42].

Figura\(\PageIndex{8}\): Lo más probable es que el giro del núcleo externo cause nuestro campo magnético protector.

El núcleo exterior líquido de la tierra es de vital importancia para mantener una atmósfera transpirable y otras condiciones ambientales favorables para la vida. Los científicos creen que el campo magnético de la tierra es generado por la circulación de hierro fundido y níquel dentro del núcleo externo [43]. Si el núcleo externo dejara de circular o se volviera sólido, la pérdida del campo magnético resultaría en que la Tierra se despojara de gases y agua que sustentan la vida. Esto es lo que sucedió, y sigue ocurriendo, en Marte [44].

Límites tectónicos de placas

Figura\(\PageIndex{9}\): Margen pasivo

En los márgenes pasivos, las placas no se mueven: la litosfera continental pasa a la litosfera oceánica y forma placas hechas de ambos tipos. Una placa tectónica puede estar hecha de litosfera oceánica y continental conectada por un margen pasivo. Las costas orientales de América del Norte y del Sur son ejemplos de márgenes pasivos. Los márgenes activos son lugares donde las placas tectónicas litosféricas oceánicas y continentales se encuentran y se mueven entre sí, como las costas occidentales de América del Norte y del Sur. Este movimiento es causado por el arrastre friccional creado entre las placas y las diferencias en las densidades de las placas. La mayoría de los eventos de construcción de montañas, actividad sísmica y vulcanismo activo en la superficie de la Tierra se pueden atribuir al movimiento de las placas tectónicas en los márgenes activos.

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Figura\(\PageIndex{10}\): Esquema de los tipos de límites de placa.

En un modelo simplificado, hay tres categorías de límites de placas tectónicas. Los límites convergentes son lugares donde las placas se mueven una hacia la otra. En límites divergentes, las placas se separan. En los límites de transformación, las placas se deslizan una junto a la otra.

Referencias

• 27. Herak, D. & Herak, M. Andrija Mohorovičić (1857-1936) —Con motivo del 150 aniversario de su nacimiento. Sismol. Res. 78, 671—674 (2007).
• 28. Fernandez, L. M. & Careaga, J. El espesor de la corteza en el centro de Estados Unidos y La Paz, Bolivia, a partir del espectro de ondas sísmicas longitudinales. Toro. Sismol. Soc. Am. 58, 711—741 (1968).
• 29. Abedul, F. Elasticidad y constitución del interior de la Tierra. J. Geofys. Res. 57, 227—286 (1952).
• 30. Wyllie, P. J. Rocas ultramáficas y el manto superior. en simposios del cincuentenario: Mineralogía y petrología del Manto Superior; Sulfuros; Mineralogía y geoquímica de evaporitas no marinas (ed. Morgan, B. A.) 3—32 (Mineralogical Society of America, 1970).
• 31. Alfe, D., Gillan, M. J. & Price, G. D. Composición y temperatura del núcleo de la Tierra restringida por la combinación de cálculos ab initio y datos sísmicos. Planeta Tierra. Sci. A lett. 195, 91—98 (2002).
• 32. Oldham, R. D. La constitución del interior de la Tierra, como lo revelan los sismos. P. J. Geol. Soc. Londres 62, 456—475 (1906).
• 33. Abedul, F. Densidad y composición del manto y núcleo. J. Geofys. Res. 69, 4377—4388 (1964).
• 34. Hanks, T. C. & Anderson, D. L. La historia térmica temprana de la tierra. Phys. Planeta Tierra. Inter. 2, 19—29 (1969).
• 35. Pasyanos, M. E. Espesor litosférico modelado a partir de dispersión de ondas superficiales de largo período. Tectonofísica 481, 38—50 (2010).
• 36. Forsyth, D. W. La evolución estructural temprana y la anisotropía del manto superior oceánico. Geofías. J. Int. 43, 103—162 (1975).
• 37. Ito, E. & Takahashi, E. Transformaciones postspinel en el sistema Mg2SiO4-Fe2SiO4 y algunas implicaciones geofísicas. J. Geofys. Res. [Tierra Sólida] 94, 10637—10646 (1989).
• 38. Fukao, Y. & Obayashi, M. Las losas subductadas se estancaron arriba, penetrando y atrapadas por debajo de la discontinuidad de 660 km. J. Geofys. Res. [Tierra Sólida] 118, 2013JB010466 (2013).
• 39. Lehmann, I. P', Publ. Bur. Centr. Seísmo. Internat. Serie A 14, 87—115 (1936).
• 40. Engdahl, E. R., Flynn, E. A. & Masse, R. P. Tiempos de recorrido diferenciales de PkiKp y el radio del núcleo. Geofísico J Royal Astro Soc 40, 457—463 (1974).
• 41. Aitta, A. Curva de fusión de hierro con punto tricrítico. J. Stat. Mech. 2006, P12015 (2006).
• 42. Waszek, L., Irving, J. & Deuss, A. Reconciliar la estructura hemisférica del núcleo interno de la Tierra con su súper rotación. Nat. Geosci. 4, 264—267 (2011).
• 43. de Wijs, G. A. et al. La viscosidad del hierro líquido en las condiciones físicas del núcleo de la Tierra. Naturaleza 392, 805—807 (1998).
• 44. Jakosky, B. M. et al. Observaciones MAVEN de la respuesta de Marte a una eyección de masa coronal interplanetaria. Ciencia 350, aad0210 (2015).