3.2: Estructura de la Tierra
- Page ID
- 89564
En la sección anterior aprendimos que los materiales de los inicios de la Tierra se clasificaron a través del proceso de diferenciación, con materiales más densos como el hierro y el níquel hundiéndose hacia el centro, y materiales más ligeros (oxígeno, silicio, magnesio) permaneciendo cerca de la superficie. Como resultado, la Tierra está compuesta por capas de diferente composición y densidad creciente a medida que te mueves de la superficie al centro (Figura\(\PageIndex{1}\)).
La visión tradicional basada en la composición química reconoce cuatro capas distintas:
El núcleo interno se encuentra en el centro de la Tierra, y tiene aproximadamente 1200 km de espesor. Está compuesto principalmente por aleaciones de hierro y níquel, con aproximadamente 10% compuesto por oxígeno, azufre o hidrógeno. La temperatura en el núcleo interno es de aproximadamente 6000 o C (10,800 o F), que es aproximadamente la temperatura de la superficie del sol (sección 3.1 explica las fuentes de este intenso calor). A pesar de la alta temperatura que debería fundir estos metales, la presión extrema (literalmente del peso del mundo) mantiene el núcleo interno en la fase sólida. Los metales sólidos también hacen que el núcleo interno sea muy denso, a unos 17 g/cm 3, dando al núcleo interno alrededor de un tercio de la masa total de la Tierra.
El núcleo externo se encuentra fuera del núcleo interno. Tiene la misma composición que el núcleo interno, pero existe como un fluido, más que como un sólido. La temperatura es 4000-6000 o C, y los metales permanecen en estado líquido porque la presión no es tan grande como en el núcleo interno. Es el movimiento del hierro fluido en el núcleo externo lo que crea el campo magnético de la Tierra (ver sección 4.2). El núcleo externo es de 2300 km de espesor, y tiene una densidad de 12 g/cm 3.
El manto se extiende desde el núcleo exterior hasta justo debajo de la superficie de la Tierra. Tiene 2900 km de espesor, y contiene alrededor del 80% del volumen de la Tierra. El manto consiste en silicatos de hierro y magnesio y óxidos de magnesio, por lo que es más similar a las rocas de la superficie de la Tierra que a los materiales en el núcleo. El manto tiene una densidad de 4.5 g/cm 3, y temperaturas en el rango de 1000-1500 o C. La capa superior del manto es más rígida, mientras que las regiones más profundas son fluidas, y es el movimiento de materiales fluidos en el manto lo que es responsable de la tectónica de placas (ver sección 4.3). El magma que sube a la superficie a través de volcanes se origina en el manto.
La capa más externa es la corteza, que forma la superficie sólida y rocosa de la Tierra. La corteza tiene un promedio de 15-20 km de espesor, pero en algunos lugares, como debajo de las montañas, la corteza puede alcanzar espesores de hasta 100 km. Hay dos tipos principales de corteza; la corteza continental y la corteza oceánica que difieren en varias formas. La corteza continental es más gruesa que la corteza oceánica, con un promedio de 20-70 km de espesor, en comparación con los 5-10 km de la corteza oceánica. La corteza continental es menos densa que la corteza oceánica (2.7 g/cm 3 vs. 3 g/cm 3), y es mucho más antigua. Las rocas más antiguas de la corteza continental tienen alrededor de 4.4 mil millones de años, mientras que la corteza oceánica más antigua solo se remonta a unos 180 millones de años. Finalmente, los dos tipos de corteza difieren en su composición. La corteza continental está hecha principalmente de granito. Esto se debe a que los magmas subterráneos o superficiales pueden enfriarse lentamente, lo que da tiempo para que las estructuras cristalinas se formen antes de que las rocas se solidifiquen, lo que lleva al granito. La corteza oceánica está compuesta principalmente por basaltos. Los basaltos también se forman a partir de magmas refrigerantes, pero se enfrían en presencia de agua, lo que los hace enfriar mucho más rápido y no deja tiempo para que se formen cristales.
Con base en las características físicas, también podemos dividir las capas más externas de la Tierra en la litosfera y la astenosfera. La litosfera consiste en la corteza y los frescos, rígidos, exteriores 80-100 km del manto. La corteza y el manto exterior se mueven juntos como una unidad, por lo que se combinan juntos en la litosfera. La astenosfera se encuentra debajo de la litosfera, de unos 100-200 km a unos 670 km de profundidad. Incluye la región más “plástica” más blanda del manto, donde pueden ocurrir movimientos fluidos. La litosfera sólida flota así sobre la astenosfera fluida.
Isostasia
Para ayudar a explicar cómo la litosfera flota sobre la astenosfera, necesitamos examinar el concepto de isostasia. La isostasia se refiere a la forma en que un sólido flotará sobre un fluido. La relación entre la corteza y el manto se ilustra en la Figura\(\PageIndex{2}\). A la derecha se encuentra un ejemplo de una relación no isostática entre una balsa y concreto sólido. Es posible cargar la balsa con mucha gente, y aún así no se hundirá en el concreto. A la izquierda, la relación es isostática entre dos balsas diferentes y una piscina llena de mantequilla de maní. Con una sola persona a bordo, la balsa flota alta en la mantequilla de maní, pero con tres personas, se hunde peligrosamente bajo. Estamos usando mantequilla de maní aquí, en lugar de agua, porque su viscosidad representa más estrechamente la relación entre la corteza y el manto. A pesar de que tiene aproximadamente la misma densidad que el agua, la mantequilla de maní es mucho más viscosa (rígida), y así aunque la balsa de tres personas se hundirá en la mantequilla de maní, lo hará con bastante lentitud.
La relación de la corteza terrestre con el manto es similar a la relación de las balsas con la mantequilla de maní. La balsa con una persona en ella flota cómodamente alto. Incluso con tres personas en ella la balsa es menos densa que la mantequilla de maní, por lo que flota, pero flota incómodamente baja para esas tres personas. La corteza, con una densidad promedio de alrededor de 2.6 gramos por centímetro cúbico (g/cm 3), es menos densa que el manto (densidad promedio de aproximadamente 3.4 g/cm 3 cerca de la superficie, pero más que eso a profundidad), por lo que está flotando sobre el manto “plástico”. Cuando se agrega más peso a la corteza, a través del proceso de construcción de la montaña, lentamente se hunde más profundamente en el manto y el material del manto que estaba allí se deja a un lado (Figura\(\PageIndex{3}\), izquierda). Cuando ese peso es eliminado por la erosión a lo largo de decenas de millones de años, la corteza rebota y la roca del manto fluye hacia atrás (Figura\(\PageIndex{3}\), derecha).
La corteza y el manto responden de manera similar a la glaciación. Gruesas acumulaciones de hielo glacial agregan peso a la corteza, y a medida que el manto debajo se aprieta hacia los lados, la corteza disminuye. Cuando el hielo finalmente se derrita, la corteza y el manto rebotarán lentamente, pero el rebote completo probablemente tomará más de 10,000 años. Grandes partes de Canadá siguen rebotando como resultado de la pérdida de hielo glacial en los últimos 12.000 años, y como se muestra en la Figura\(\PageIndex{4}\), otras partes del mundo también están experimentando un rebote isostático. La tasa más alta de elevación se encuentra dentro de una gran área al oeste de la Bahía de Hudson, que es donde la capa de hielo Laurentide fue la más gruesa (más de 3,000 m). El hielo finalmente salió de esta región hace unos 8 mil años, y actualmente la corteza rebota a una tasa de casi 2 cm/año.
Dado que la corteza continental es más gruesa que la corteza oceánica, flotará más alto y se extenderá más profundamente en el manto que la corteza oceánica. La corteza es más gruesa donde hay montañas, por lo que el Moho será más profundo debajo de las montañas que bajo la corteza oceánica. Dado que la corteza oceánica también es más densa que la corteza continental, flota más abajo en el manto. Dado que la corteza oceánica se encuentra más baja que la corteza continental, y dado que el agua fluye cuesta abajo para llegar al punto más bajo, esto explica por qué el agua se ha acumulado sobre la corteza oceánica para formar los océanos.
*” Geología Física” de Steven Earle utilizada bajo licencia internacional CC-BY 4.0. Descarga este libro gratis en http://open.bccampus.ca