8.4: La geosfera

Como se ilustra en la Figura 8.5, la geosfera es la Tierra sólida (que a veces no es tan sólida cuando ocurren terremotos o erupciones volcánicas). La geosfera es una enorme fuente de capital natural. Proporciona la plataforma sobre la que se cultivan la mayoría de los alimentos y es la fuente de fertilizantes vegetales, materiales de construcción y combustibles fósiles que los humanos usan. Como parte de su capital natural, la geosfera recibe grandes cantidades de desechos de consumo e industriales. Las prácticas pasadas y actuales de usar la geosfera como vertedero de desechos de la antrosfera son, en última instancia, insostenibles. Como se muestra en la Figura 8.5, la geosfera interactúa fuertemente con la hidrosfera, la atmósfera, la biosfera y la antrosfera. Manejar y preservar el capital natural de la Tierra son de suma importancia para la sustentabilidad.

Figura 8.5. La geosfera. La “tierra sólida” consiste en una capa superficial de roca de unos 100 km de espesor en promedio flotando sobre magma fundido. Los ciclos rocosos ocurren dentro de la geosfera. Es una enorme fuente de capital natural que incluye minerales esenciales y proporciona una delgada superficie de suelo sobre la que se cultiva la mayoría de los alimentos

La Tierra tiene la forma de un geoide definido por los niveles de los océanos y un hipotético nivel del mar debajo de los continentes. Tiene forma ligeramente de pera en lugar de ser una esfera perfecta debido a las diferencias en la atracción gravitacional en diferentes partes de la Tierra. Aunque los humanos han volado cientos de miles de kilómetros al espacio, no han podido penetrar más de unos pocos km en la corteza terrestre.

La geosfera es una estructura estratificada, la mayoría de la cual es lo suficientemente caliente como para derretir rocas El núcleo de la Tierra es una enorme bola de hierro a una temperatura por encima del punto de fusión normal del hierro, pero sólida debido a la enorme presión a la que se encuentra bajo. Por encima de este núcleo se encuentra el manto compuesto por roca y que oscila en profundidad entre 300 km y 1,890 km. El manto interior más profundo, aunque lo suficientemente caliente para que la roca sea líquida bajo presiones ordinarias, es sólido debido a la enorme presión a la que está sometida. Encima del manto interior se encuentra el manto exterior a una profundidad entre 10 km y 300 km compuesto por roca fundida caliente llamada magma. Flotando sobre el magma se encuentra la litosfera sólida compuesta por roca relativamente fuerte, variando en grosor desde solo unos pocos hasta hasta 400 km, promediando unos 100 km. La capa de transición entre el magma fundido y la litosfera es la atenosfera compuesta por roca caliente que es relativamente débil y plástica. La corteza terrestre es la capa externa de la litosfera, que tiene sólo 5-40 km de espesor.

Introducida a mucha controversia a mediados del siglo XX, la teoría de la tectónica de placas considera que la superficie de la Tierra consiste en enormes placas litosféricas sobre las que descansan los continentes y el Océano Pacífico, comportándose como unidades. La corteza terrestre es un sistema dinámico en el que las placas litosféricas se mueven unas con respecto a otras, típicamente, unos pocos centímetros al año. Cuando se produce un movimiento abrupto de la placa, se produce un sismo. El magma que llega a la superficie a lo largo de los límites de las placas produce emisiones de rocas calientes y fundidas, cenizas y gases en forma de volcanes.

Hay tres tipos de límites entre las placas tectónicas

• Los límites divergentes en los fondos oceánicos entre las placas tectónicas que se están separando son donde el magma caliente experimenta surgencia y enfriamiento para formar una nueva roca litosférica sólida, creando crestas oceánicas.
• Límites convergentes donde las placas se mueven una hacia la otra obligando a la materia hacia abajo hacia la astenosfera en zonas de subducción, eventualmente para formar nuevo magma fundido y en algunos casos obligando a la materia hacia arriba para producir cadenas montañosas
• Transformar los límites de falla donde dos placas se mueven lateralmente entre sí creando líneas de falla a lo largo de las cuales ocurren los terremotos

Las condiciones señaladas anteriormente impulsan el ciclo tectónico. En este ciclo, hay surgencia de magma de roca fundida en los límites de las placas divergentes. Este magma enfría y forma nuevo material litosférico sólido. En los límites convergentes, la roca sólida es forzada hacia abajo y se funde a partir de las enormes presiones y el contacto con el magma caliente a grandes profundidades, reformando el magma. Este ciclo y la ciencia de la tectónica de placas explican una vez desconcertantes observaciones de fenómenos geosféricos, incluida la apertura y extensión de los fondos oceánicos que crean y agrandan océanos, el movimiento de los continentes entre sí, la formación de cadenas montañosas, la actividad volcánica y los terremotos.

Composición de la Tierra

Caracterizado por una composición química definida y estructura cristalina, alrededor de 2000 minerales conocidos componen la Tierra. La mayoría de las rocas en la corteza están compuestas de sólo unos 25 minerales comunes. Con una composición de 49.5% de oxígeno y 25.7% de silicio, la corteza terrestre está compuesta en gran parte por compuestos químicos de estos dos elementos con cantidades menores de aluminio, hierro, carbono, azufre y otros elementos. Aparte del aluminio y el hierro, solo alrededor del 1.6% de la escrust de la Tierra consiste en los tipos de roca que deben servir como importantes recursos de metales, fósforo requerido para el crecimiento de las plantas y otros minerales esenciales. El manejo cuidadoso de este recurso de minerales esenciales es uno de los principales requisitos para la sustentabilidad.

A medida que el magma fundido penetra cerca de la parte superior de la corteza terrestre luego se enfría y solidifica, forma roca ígnea. Expuesta al agua y a la atmósfera, la roca ígnea sufre cambios físicos y químicos en un proceso llamado meteorización. El material rocoso desgastado transportado por el agua y depositado como capas de sedimentos puede comprimirse para producir minerales secundarios, de los cuales las arcillas son un ejemplo importante. Moldeadas y calentadas a altas temperaturas para hacer cerámica, ladrillo y otros materiales, las arcillas fueron una de las primeras materias primas utilizadas por los humanos y todavía son ampliamente utilizadas hoy en día.

Una parte de la corteza crucial para la existencia de los humanos y la mayoría de las otras formas de vida no acuática es la delgada capa de roca erosionada, materia orgánica parcialmente descompuesta, espacios de aire y agua que compone el suelo (ver Capítulo 11) que sustenta la vida vegetal. Si la Tierra fuera del tamaño de un globo de aula de geografía, ¡el grosor promedio de la capa de suelo sobre ella sería solo aproximadamente del tamaño de una célula humana! El jugador del suelo que es más productivo de las plantas es la capa superior del suelo, que a menudo tiene solo unos centímetros de espesor en muchos lugares, o incluso inexistente donde las malas prácticas de cultivo y las condiciones climáticas adversas han llevado a su pérdida por el viento y la erosión hídrica. La conservación del suelo y el mejoramiento de la productividad del suelo son aspectos clave de la sustentabilidad (ver Capítulo 11).

La geosfera en relación con otras esferas ambientales

Prácticamente todas las cosas y criaturas comúnmente consideradas como partes del medio ambiente de la Tierra se encuentran en, dentro o justo por encima de la geosfera. Grandes segmentos de la hidrosfera, incluidos los océanos, ríos y lagos, descansan en la geosfera, y las aguas subterráneas existen en los acuíferos subterráneos. El agua disuelve minerales de la geosfera que nutren la vida acuática. Estos minerales y partículas de roca erosionadas por el movimiento del agua de la geosfera se depositan en capas y se transforman nuevamente en roca. La atmósfera intercambia gases con la geosfera. Por ejemplo, el carbono orgánico producido por las plantas fotosintéticas a partir del dióxido de carbono atmosférico puede terminar como materia orgánica del suelo en la geosfera, y los procesos fotosintéticos de las plantas que crecen en la geosfera devuelven el oxígeno elemental a la atmósfera. La mayor parte de la biomasa de organismos en la biosfera se localiza sobre o justo debajo de la superficie de la geosfera. La mayoría de las estructuras que forman parte de la antrosfera se encuentran en la geosfera, y una variedad de desechos de las actividades humanas son desechados a la geosfera. Las modificaciones y alteraciones de la geosfera pueden tener efectos importantes en otras esferas ambientales y viceversa.