El Origen y la Estructura de la Tierra
1.1 Nacimiento y muerte de las estrellas: Las nebulosas
Aproximadamente 300.000 años después del Big Bang, surgieron los primeros átomos completos que formaron nubes de gas dispersas. Estas tenían zonas más densas en las que la atracción gravitatoria produjo una contracción del gas, originando la primera generación de estrellas. Debido a las altas temperaturas del núcleo, las estrellas provocaron reacciones de fusión nuclear que originaron los elementos químicos.
La energía producida por las reacciones termonucleares tiende a hacer explotar la estrella; sin embargo, al agotarse el hidrógeno (H), la estrella empieza a enfriarse y la gran fuerza gravitatoria atrae la materia al núcleo. Esta compresión violenta eleva la temperatura de golpe y la estrella estalla. Solo queda un núcleo frío, mientras que gran parte de la masa sale despedida al espacio formando una nebulosa.
1.2 Formación del Sistema Solar
Una onda de choque producida por la explosión de una supernova cercana comprimió la nebulosa solar. La contracción de la nebulosa aceleró la velocidad de rotación y produjo un aplanamiento, mientras la zona central aumentó de tamaño hasta originar el Sol. El resto de la materia empezó a aglutinarse formando los primeros anillos y cuerpos rocosos. Estos colisionaron entre sí y originaron otros mayores: meteoroides, asteroides y planetas. Los que ocupaban órbitas estables permanecieron, mientras que los que no las ocupaban caían al Sol o al cinturón de Kuiper.
2. La Tierra se formó por acreción de asteroides
Este proceso permitió la diferenciación en capas de distinta composición, formando el núcleo, el manto, la corteza, la atmósfera y la hidrosfera. Esta diferenciación fue posible gracias a que el planeta llegó a estar fundido casi por completo. También tuvo lugar el ascenso a la superficie de materiales rocosos ligeros. La fusión de la masa de la Tierra se produjo por:
- Impacto de asteroides.
- Rozamiento producido por el hundimiento de materiales densos.
- Desintegración de elementos radiactivos.
Posteriormente, la colisión de un planeta de tamaño similar a Marte lanzó una gran cantidad de material al espacio; así, la Tierra adquirió un anillo de polvo y rocas que originaría la Luna.
3. Métodos directos de estudio
- Volcanes: Expulsan a la superficie gases y rocas para obtener información de lo que sucede en el interior de la Tierra.
- Sondeos: Permiten extraer muestras del subsuelo.
- Minas: Sirven para obtener rocas de la corteza, observar la distribución de materiales y medir el incremento de temperatura con la profundidad.
- Yunque de diamante: Utilizado para reproducir las condiciones de presión y temperatura del manto.
- Espectrografía y microscopía electrónica: Permiten conocer la composición de los minerales.
- Microscopio petrográfico: Analiza la composición mineral de las rocas.
4. Métodos indirectos de estudio
- Magnetometría: Mide la dirección, inclinación e intensidad del campo magnético mediante un magnetómetro. Las variaciones se consideran anomalías magnéticas y ponen de manifiesto la presencia en el subsuelo de materiales que desvían las líneas del campo. Algunas rocas con magnetita conservan el magnetismo remanente.
- Estudio de meteoritos: La mayoría se formaron al mismo tiempo que la Tierra, por lo que sus materiales permiten conocer la edad y composición terrestre.
- Medición de isótopos: Tienen muchas aplicaciones; por ejemplo, las proporciones de isótopos en el carbonato de calcio permiten conocer la temperatura media de la atmósfera en la época en que se formó.
- Método gravimétrico: Detecta variaciones del campo gravitatorio. Los materiales densos generan una anomalía gravimétrica positiva y los ligeros una negativa.
4.1 El método sísmico
Permite detectar superficies de separación entre materiales de diferente composición, denominadas discontinuidades sísmicas.
- Ondas P: Son las primeras en ser registradas. Se propagan a gran velocidad en la misma dirección en que se mueven las partículas. Se transmiten en sólidos y líquidos, con mayor velocidad cuanta más rigidez tengan los materiales.
- Ondas S: Más lentas que las P, se propagan perpendicularmente al movimiento de las partículas. Se transmiten en sólidos, pero no en líquidos.
Las discontinuidades sísmicas son superficies que separan capas con distintas propiedades físicas, donde las ondas experimentan cambios de velocidad y trayectoria.
5. Estructura de la Tierra según su composición
- La Corteza: Capa externa separada del manto por la discontinuidad de Mohorovicic. Se diferencia en:
- Corteza continental: Constituye los continentes, formada principalmente por granito, rocas sedimentarias, metamórficas y volcánicas.
- Corteza oceánica: Forma el fondo de los océanos, compuesta por basalto y cubierta por sedimentos.
- El Manto: Se extiende hasta la discontinuidad de Gutenberg. Formado principalmente por peridotitas. Su densidad varía con la profundidad.
- El Núcleo: Capa más interna formada por hierro (Fe) y níquel (Ni).
6. Estructura de la Tierra desde el punto de vista dinámico
- Litosfera: Capa formada por la corteza y la parte superficial del manto. Se divide en Litosfera Continental (100-200 km de espesor) y Litosfera Oceánica (30-50 km).
- Manto: Presenta un comportamiento fluido y convección lenta. Se divide en Manto Superior (hasta la discontinuidad de Repetti) y Manto Inferior (hasta la discontinuidad de Gutenberg).
- Núcleo Externo: De elevada densidad, compuesto mayoritariamente por hierro líquido. Separado del interno por la discontinuidad de Lehmann.
- Núcleo Interno: Composición similar al externo, pero sólido debido a la gran presión.
Estudios recientes indican la existencia de una sexta unidad en el interior del núcleo interno con la misma composición pero diferente estructura. Los tres núcleos forman la endosfera.
6.1 Capa D» y convección del manto
En la discontinuidad de Gutenberg se detecta la capa D», una zona de transición entre el manto y el núcleo. Puede estar formada por restos más densos del manto. Sus materiales pueden ser conducidos hacia arriba mediante penachos térmicos.
6.2 Gradiente geotérmico y convección del manto
La corteza actúa como aislante térmico, retardando el enfriamiento del manto. El principal mecanismo de evacuación de calor es el vulcanismo. El gradiente geotérmico origina corrientes de convección que transportan calor desde el núcleo a la superficie.
6.3 Convección del núcleo externo y magnetismo terrestre
El núcleo externo líquido supera los 3000 ºC, con una fluidez similar a la del agua. La diferencia de temperatura produce fuertes corrientes de convección que originan y mantienen el campo magnético terrestre.
7.1 Estructura vertical de la atmósfera
La atmósfera se originó por la desgasificación del manto y la corteza. En la troposfera, la convección da lugar al ciclo del agua. En la estratosfera, la temperatura aumenta con la altitud y no hay convección. Entre los 20 y 50 km, la ozonosfera absorbe la radiación ultravioleta del Sol.
7.2 Estructura horizontal de la atmósfera: Zonas climáticas
El movimiento convectivo lleva aire frío de los polos al ecuador. Debido a la rotación, las masas de aire se desvían formando tres masas: polar, templada y tropical, que interactúan en zonas de convergencia.
7.3 Hidrosfera
Formada por toda el agua (líquida, sólida y gaseosa). Se distribuye en seis subsistemas que intercambian materia y energía con la atmósfera. El ciclo del H2O funciona con energía solar y realiza la erosión.
7.4 Hidrosfera y clima
El agua tiene un elevado calor específico, lo que le permite absorber o ceder calor sin variar bruscamente su temperatura. Este trasvase de calor entre el agua y el aire determina las corrientes oceánicas que transportan calor desde el ecuador a latitudes altas.
Dinámica Litosférica y Tectónica de Placas
1. Evidencias de la deriva continental
- Pruebas geológicas: Coincidencia en la edad de rocas graníticas y cadenas montañosas entre África, Sudamérica y la Antártida.
- Pruebas geográficas: Los bordes de los continentes encajan como un puzzle.
- Pruebas paleoclimáticas: Distribución de depósitos glaciares que sugieren un antiguo casquete glacial común.
- Pruebas paleontológicas: Presencia de las mismas especies fósiles a ambos lados del Atlántico.
1.1 Investigación de los fondos oceánicos: Dorsales
El sonar permitió descubrir las dorsales oceánicas, alineaciones montañosas volcánicas con fisuras de actividad continua. No tienen sedimentos en su eje, pero su espesor aumenta al alejarse. Presentan un bandeado paleomagnético simétrico y la edad de los basaltos aumenta con la distancia a la dorsal.
1.2 Extensión del fondo oceánico
Según esta teoría, las dorsales son fracturas por las que escapa magma que, al solidificarse, forma nueva corteza, empujando la existente y obligando al océano a ensancharse.
2. Interacción de las placas litosféricas
La litosfera continental no puede hundirse en el manto por su baja densidad (granito), pero la litosfera oceánica sí puede hacerlo.
2.1 Placas litosféricas
La litosfera se divide en fragmentos llamados placas. Existen 7 grandes placas y numerosas microplacas.
2.2 Subducción y bordes destructivos
La subducción es el hundimiento de la placa oceánica en el manto sublitosférico. Ocurre cuando la placa se enfría y se hace más densa. Es un proceso que se acelera por la presión y la subsidencia térmica. Se denomina borde de placa destructivo.
2.3 Dorsales oceánicas y fallas transformantes
Las dorsales son bordes constructivos. Las zonas de fractura con movimiento de cizalla se llaman fallas transformantes, consideradas bordes pasivos ya que ni crean ni destruyen litosfera.
3. Dinámica de placas: La máquina térmica terrestre
El enfriamiento de la Tierra se ralentiza por la desintegración de elementos radiactivos (fisión de uranio y plutonio) y la cristalización del núcleo metálico, que desprende calor latente.
3.1 Motor de la máquina térmica
El gradiente geotérmico causa la convección del manto, que genera el movimiento de las placas, el vulcanismo y el reciclado de la corteza basáltica.
3.2 Procesos en el interior terrestre
Las placas que subducen provocan deshidratación (expulsión de agua) y fusión parcial, formando magmas graníticos.
3.3 Penachos térmicos
Columnas de material caliente desde la capa D» que generan puntos calientes y vulcanismo intraplaca.
4. Convergencia de placas oceánicas: Islas volcánicas
Origina un arco de islas con elevado riesgo sísmico y magmatismo intenso. La placa subducente se hunde con gran inclinación.
5. Convergencia oceánica-continental: Cordilleras volcánicas
La presión genera un prisma de acreción (sedimentos acumulados) y un engrosamiento de la placa continental. Produce vulcanismo, intrusiones graníticas y terremotos con hipocentros profundos.
6. Convergencia de placas continentales: Orógenos de colisión
Cuando el océano intermedio desaparece, los continentes colisionan. Al ser ligeros, no subducen, provocando una intensa deformación, plegamientos y la formación de grandes cordilleras (sutura).
7.1 Procesos intraplaca en litosfera oceánica
Los puntos calientes pueden originar islas volcánicas o mesetas basálticas.
7.2 Procesos intraplaca en litosfera continental: El Ciclo de Wilson
Un penacho térmico bajo un continente provoca abombamiento, distensión y fractura (Rift). El ciclo incluye:
- Formación de un rift.
- Inyección de magma y apertura de un océano.
- Generación de una zona de subducción.
- Colisión continental final.
7.3 Rifting en la Península Ibérica
Actualmente sometida a un levantamiento generalizado y fallas de origen distensivo.
8.1 La Isostasia
Estado de equilibrio de la corteza que flota sobre el manto. La corteza se hunde con la sobrecarga (sedimentos o hielo) y se levanta al despojarse de ella (erosión).
8.2 Isostasia, tectónica y sedimentación
Cuando la litosfera aumenta su grosor por presión, se hunde en el manto y experimenta un empuje vertical que crea un orógeno. A medida que la erosión quita peso, se produce un levantamiento isostático. El peso de las montañas también puede hundir la placa adyacente, formando cuencas sedimentarias subsidentes.