La Estructura Interna de la Tierra: Modelos Geodinámico y Geoquímico
La Tierra, un planeta dinámico, revela su complejidad a través de modelos que describen su composición y comportamiento. A continuación, exploramos las características de sus capas internas desde perspectivas geodinámicas y geoquímicas.
Modelo Geodinámico del Manto
Este modelo se centra en el comportamiento físico y la dinámica de las capas del manto, especialmente en relación con las corrientes de convección que impulsan la tectónica de placas.
Manto Superior Sublitósferico
Es la capa que se sitúa inmediatamente debajo de la litosfera y se extiende hasta la discontinuidad de los 670 km de profundidad. Corresponde a la zona en que la velocidad de las ondas sísmicas presenta fluctuaciones, con descensos y bruscas elevaciones. Dado que se trata de una porción del manto, la roca que la compone es peridotita y se encuentra en estado sólido. Las elevadas presiones y temperaturas a las que se encuentran estos materiales hacen que se comporten de forma muy diferente en función del tiempo que se considere:
- En tiempos cortos, por ejemplo, ante el avance de las ondas sísmicas, su comportamiento es rígido.
- En tiempos muy largos (miles de años), su comportamiento es plástico y deformable, similar al de un fluido de viscosidad muy elevada, lo que permite que estos materiales se encuentren sometidos a corrientes de convección.
Estas corrientes son movimientos lentos, del orden de 1 a 12 cm por año, pero suficientes para generar procesos tan importantes como la unión o división de los continentes o la formación de las cordilleras. Tradicionalmente, el manto superior situado bajo la litosfera se ha denominado astenosfera (esfera débil), y a ella se limitaban las corrientes de convección del manto. Sin embargo, hoy sabemos que las corrientes de convección afectan también al manto inferior, y para algunos científicos es preferible dejar de utilizar el término astenosfera, ya que remitiría a un modelo de dinámica terrestre ya superado.
Mesosfera y Capa D”
La Mesosfera incluye el resto del manto situado entre 670 km y la capa D”. Las rocas del manto inferior también se encuentran sometidas a corrientes de convección, motivadas por las diferencias de temperatura y de densidad entre las zonas más profundas y más altas.
En su base, limitando con el núcleo, se encuentra la capa D” (D doble prima). Es una capa discontinua e irregular con un espesor entre 0 y 300 km, integrada por lo que se conoce como los “posos del manto”, es decir, materiales que por su mayor densidad han caído al fondo del manto. El manto no es buen conductor del calor, por lo que la capa D” acumula el calor procedente del núcleo externo. Esto la convierte en una zona muy dinámica, siendo el origen de las plumas del manto o penachos térmicos (escape de material caliente de forma errática y episódica, como a borbotones) y de las corrientes de convección del manto.
Modelo Geoquímico del Manto
El manto es la zona comprendida entre las discontinuidades de Mohorovičić y Gutenberg. Se extiende desde la base de la corteza hasta una profundidad de 2.900 km y representa el 83% del volumen de la Tierra. Los elementos más abundantes en el manto son Oxígeno (O), Silicio (Si), Magnesio (Mg) y Hierro (Fe). Está formado por rocas ígneas ricas en silicatos de hierro y magnesio del grupo de las peridotitas (silicatos ferromagnéticos), cuyo mineral más abundante es el olivino.
La presión y la temperatura aumentan hasta tal punto en el interior del manto que los átomos de los minerales se ven obligados a reorganizarse y aproximarse para formar otros minerales con estructuras más densas y compactas. Donde esto ocurre se conoce como zona de transición o cambio de fase, lo que pone de manifiesto la aparición de discontinuidades.
El Núcleo Terrestre
El núcleo se sitúa por debajo de la discontinuidad de Gutenberg y representa el 16% del volumen total de la Tierra. Su alta densidad (entre 10 y 13 g/cm³), su comportamiento ante las ondas sísmicas y el papel que se le atribuye en la creación del campo magnético terrestre apoyan la hipótesis de que el núcleo está compuesto mayoritariamente por hierro y níquel.
Pero a las presiones reinantes en el núcleo, esta aleación de hierro y níquel tendría una densidad algo superior, por lo que deberá contener un 12% de elementos más ligeros, probablemente silicio, oxígeno y azufre. Su parte más interna, sólida, el núcleo interno, se cree formada probablemente por cristales de una aleación de hierro y níquel.
El Origen de la Tierra: Desde el Protoplaneta hasta los Océanos
La formación de nuestro planeta es un proceso fascinante que abarca miles de millones de años, desde la acreción de materiales cósmicos hasta la aparición de las primeras masas de agua.
Formación del Protoplaneta Terrestre
La acreción de planetesimales en la zona interior del disco nebular habría originado al protoplaneta terrestre. En esta zona, los planetesimales más abundantes estarían constituidos por hierro y silicatos. La consecuencia de los impactos de planetesimales sería un aumento significativo de la temperatura. Este hecho, junto con la desintegración de elementos radiactivos, mantuvieron a la Tierra y al resto de los planetas en estado de fusión, lo que permitió la posterior diferenciación por densidades.
Diferenciación por Densidades
El que la Tierra primitiva estuviera parcialmente fundida favoreció la distribución por densidades de sus componentes. El hierro y el níquel, elementos más pesados, se desplazaron a las zonas más profundas en un proceso que se ha denominado “catástrofe de hierro”, lo cual propició la formación del núcleo terrestre. Sobre estos materiales se situaron otros materiales menos densos, como los silicatos de hierro y magnesio, formando el manto. Los más ligeros, fundamentalmente los silicatos de aluminio, ascendieron hacia la superficie, que poco a poco se fue enfriando hasta formar la corteza sólida.
Desgasificación del Planeta
Simultáneamente al proceso de diferenciación gravitatoria, se desprendió una gran cantidad de gas. Los gases más ligeros, como el hidrógeno y el helio, escaparon hacia el espacio exterior. Otros, como el dióxido de carbono y el vapor de agua, quedaron atrapados en la corteza, de donde escaparon a través de fisuras, originando una gran actividad volcánica que dio origen a la atmósfera primitiva.
Enfriamiento de la Superficie y Formación de los Océanos
El bombardeo de los planetesimales se redujo a medida que la Tierra fue despejando su órbita, y esto hizo que comenzara a enfriarse. Al descender la temperatura, se favoreció la condensación del vapor de agua de la atmósfera. Se produjeron intensas lluvias que hicieron que las aguas ocuparan los relieves más bajos y se formaran los océanos. Esta Tierra de hace 4.200 millones de años ya tenía océanos y en ella comenzaban a darse las condiciones para que apareciese la vida.