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Estructura de la Tierra

La estructura interna de la Tierra , la estructura de la Tierra sólida o simplemente la estructura de la Tierra se refiere a capas esféricas concéntricas que subdividen la Tierra sólida , es decir, excluyendo la atmósfera y la hidrosfera de la Tierra . Consiste en una corteza sólida de silicato exterior , una astenosfera muy viscosa y un manto sólido , un núcleo exterior líquido cuyo flujo genera el campo magnético de la Tierra y un núcleo interior sólido .

El conocimiento científico de la estructura interna de la Tierra se basa en observaciones de topografía y batimetría , observaciones de rocas en afloramiento , muestras traídas a la superficie desde mayores profundidades por volcanes o actividad volcánica, análisis de las ondas sísmicas que atraviesan la Tierra, mediciones del campos gravitacionales y magnéticos de la Tierra, y experimentos con sólidos cristalinos a presiones y temperaturas características del interior profundo de la Tierra.

Definiciones [ editar ]

Gravedad terrestre según el modelo terrestre de referencia preliminar (PREM). [1] Comparación con aproximaciones utilizando densidad lineal y constante para el interior de la Tierra.
Mapeo del interior de la Tierra con el terremoto olas.
Vista esquemática del interior de la Tierra. 1. corteza continental - 2. corteza oceánica - 3. manto superior - 4. manto inferior - 5. núcleo externo - 6. núcleo interno - A: discontinuidad de Mohorovičić - B: discontinuidad de Gutenberg - C: discontinuidad de Lehmann – Bullen .

La estructura de la Tierra se puede definir de dos formas: por propiedades mecánicas como la reología o químicamente. Mecánicamente, se puede dividir en litosfera , astenosfera , manto mesosférico , núcleo externo y núcleo interno . Químicamente, la Tierra se puede dividir en corteza, manto superior, manto inferior, núcleo externo y núcleo interno. Las capas de componentes geológicos de la Tierra se encuentran a las siguientes profundidades debajo de la superficie: [2]

Profundidad (km)Capa químicaProfundidad (km)Capa mecánicaProfundidad (km)PREM [3]
0–80 *Litosfera0–80 *Litosfera
0–35 †Corteza
0-10… Corteza superior
10-20… Corteza inferior
20–80… TAPA
35–670Manto superior
80–220AstenosferaAstenosfera
220-2,890Manto mesosférico
220–410
400–600... Zona de transición
600–670... Zona de transición
670-2,890Manto inferiorManto inferior
670–770… Superior
770-2,740… Medio-bajo
2.740–2.890... capa D ″
2.890–5.150Núcleo externo2.890–5.150Núcleo externo2.890–5.150Núcleo externo
5.150–6.370Núcleo central5.150–6.370Núcleo central5.150–6.370Núcleo central
* La  profundidad varía localmente entre 5 y 200 km.

† La  profundidad varía localmente entre 5 y 70 km.

La estratificación de la Tierra se ha inferido indirectamente utilizando el tiempo de viaje de las ondas sísmicas refractadas y reflejadas creadas por los terremotos. El núcleo no permite que las ondas de corte lo atraviesen, mientras que la velocidad de desplazamiento ( velocidad sísmica ) es diferente en otras capas. Los cambios en la velocidad sísmica entre diferentes capas provocan refracción debido a la ley de Snell , como la luz que se dobla al pasar a través de un prisma. Asimismo, los reflejos son causados ​​por un gran aumento en la velocidad sísmica y son similares a la luz reflejada en un espejo.

Corteza [ editar ]

Artículo principal: corteza terrestre

La corteza terrestre tiene una profundidad de 5 a 70 kilómetros (3,1 a 43,5 millas) [4] y es la capa más externa. [5] Las partes delgadas son la corteza oceánica , que subyace a las cuencas oceánicas (5–10 km) y están compuestas por rocas ígneas densas ( máficas ) de silicato de magnesio y hierro , como el basalto . La corteza más gruesa es la corteza continental , que es menos densa y está compuesta de rocas de silicato de aluminio, potasio y sodio ( félsico ) , como el granito.. Las rocas de la corteza se dividen en dos categorías principales: sial y sima (Suess, 1831-1914). Se estima que sima comienza unos 11 km por debajo de la discontinuidad de Conrad (una discontinuidad de segundo orden). El manto superior junto con la corteza constituye la litosfera . El límite entre la corteza y el manto ocurre como dos eventos físicamente diferentes. Primero, hay una discontinuidad en la velocidad sísmica , que se conoce más comúnmente como discontinuidad de Mohorovičić o Moho. Se cree que la causa del Moho es un cambio en la composición de la roca de rocas que contienen feldespato plagioclasa (arriba) a rocas que no contienen feldespatos (abajo). En segundo lugar, en la corteza oceánica, hay una sustancia químicadiscontinuidad entre acumulados ultramáficos y harzburgitas tectonizadas , que se ha observado en partes profundas de la corteza oceánica que han sido obducidas sobre la corteza continental y conservadas como secuencias ofiolíticas .

Muchas rocas que ahora forman la corteza terrestre se formaron hace menos de 100 millones (1 × 10 8 ) años; sin embargo, los granos minerales más antiguos que se conocen tienen aproximadamente 4,4 mil millones (4,4 × 10 9 ) de años, lo que indica que la Tierra ha tenido una corteza sólida durante al menos 4,4 mil millones de años. [6]

Manto [ editar ]

Artículo principal: manto de la Tierra
Mapa mundial que muestra la posición del Moho .

El manto de la Tierra se extiende a una profundidad de 2.890 km, lo que la convierte en la capa más gruesa del planeta. [7] El manto se divide en manto superior e inferior [8] separados por una zona de transición . [9] La parte más baja del manto junto al límite entre el núcleo y el manto se conoce como la capa D ″ (D-double-prime). [10] La presión en la parte inferior del manto es ≈140 G Pa (1,4 M atm ). [11] El manto está compuesto por rocas de silicato más ricas en hierro y magnesio que la corteza suprayacente. [12]Aunque es sólido, el material de silicato extremadamente caliente del manto puede fluir en escalas de tiempo muy largas. [13] La convección del manto impulsa el movimiento de las placas tectónicas en la corteza. La fuente de calor que impulsa este movimiento es el calor primordial que queda de la formación del planeta renovado por la desintegración radiactiva del uranio, el torio y el potasio en la corteza y el manto de la Tierra. [14]

Debido al aumento de la presión más profunda en el manto, la parte inferior fluye con menos facilidad, aunque los cambios químicos dentro del manto también pueden ser importantes. La viscosidad del manto oscila entre 10 21 y 10 24 Pa · s , aumentando con la profundidad. [15] En comparación, la viscosidad del agua es de aproximadamente 10 −3 Pa · sy la de la brea es de 10 7 Pa · s.

Core [ editar ]

Artículos principales: núcleo interno de la Tierra y núcleo externo de la Tierra

La densidad media de la Tierra es5,515  g / cm 3 . [16] Debido a que la densidad promedio del material de la superficie es solo alrededor3,0 g / cm 3 , debemos concluir que existen materiales más densos dentro del núcleo de la Tierra. Este resultado se conoce desde el experimento de Schiehallion , realizado en la década de 1770. Charles Hutton en su informe de 1778 concluyó que la densidad media de la Tierra debe ser similar a la de la superficie de la roca, concluyendo que el interior de la Tierra debe ser metálico. Hutton estimó que esta porción metálica ocupaba alrededor del 65% del diámetro de la Tierra. [17] La estimación de Hutton sobre la densidad media de la Tierra todavía era un 20% demasiado baja, en4,5 g / cm 3 . Henry Cavendish en su experimento de equilibrio de torsión de 1798 encontró un valor de5,45 g / cm 3 , dentro del 1% del valor moderno. [18] Las mediciones sísmicas muestran que el núcleo está dividido en dos partes, un núcleo interno "sólido" con un radio de ≈1,220 km [19] y un núcleo externo líquido que se extiende más allá de él hasta un radio de ≈3,400 km. Las densidades están entre 9.900 y 12.200 kg / m 3 en el núcleo exterior y 12.600-13.000 kg / m 3 en el interior. [20]

El núcleo interno fue descubierto en 1936 por Inge Lehmann y generalmente se cree que está compuesto principalmente de hierro y algo de níquel . Dado que esta capa puede transmitir ondas de corte (ondas sísmicas transversales), debe ser sólida. La evidencia experimental a veces ha sido inconsistente con los modelos de cristal actuales del núcleo. [21] Otros estudios experimentales muestran una discrepancia bajo alta presión: los estudios de yunque de diamante (estáticos) a presiones centrales producen temperaturas de fusión que son aproximadamente 2000 K inferiores a las de los estudios de láser de choque (dinámicos). [22] [23] Los estudios con láser crean plasma, [24]y los resultados sugieren que las condiciones restrictivas del núcleo interno dependerán de si el núcleo interno es un sólido o es un plasma con la densidad de un sólido. Ésta es un área de investigación activa.

En las primeras etapas de la formación de la Tierra hace unos 4.600 millones de años, la fusión habría provocado que las sustancias más densas se hundieran hacia el centro en un proceso llamado diferenciación planetaria (ver también la catástrofe del hierro ), mientras que los materiales menos densos habrían migrado a la corteza . Por lo tanto, se cree que el núcleo está compuesto principalmente de hierro (80%), junto con níquel y uno o más elementos ligeros, mientras que otros elementos densos, como el plomo y el uranio , son demasiado raros para ser significativos o tienden a unirse a elementos más ligeros. elementos y por lo tanto permanecen en la corteza (ver materiales félsicos ). Algunos han argumentado que el núcleo interno puede tener la forma de un solo hierro.cristal . [25] [26]

En condiciones de laboratorio, una muestra de aleación de hierro y níquel se sometió a presiones similares al núcleo sujetándola en un tornillo de banco entre 2 puntas de diamante ( celda de yunque de diamante ) y luego calentándola a aproximadamente 4000 K. La muestra se observó con rayos X y apoyó firmemente la teoría de que el núcleo interno de la Tierra estaba hecho de cristales gigantes que se extendían de norte a sur. [27] [28]

El núcleo externo líquido rodea el núcleo interno y se cree que está compuesto de hierro mezclado con níquel y trazas de elementos más ligeros.

Algunos han especulado que la parte más interna del núcleo está enriquecida en oro , platino y otros elementos siderófilos . [29]

La composición de la Tierra tiene fuertes similitudes con la de ciertos meteoritos de condrita , e incluso con algunos elementos de la parte exterior del Sol. [30] [31] A partir de 1940, los científicos, incluido Francis Birch , construyeron la geofísica sobre la premisa de que la Tierra es como condritas ordinarias, el tipo más común de meteorito observado que impacta la Tierra. Esto ignora las condritas de enstatita menos abundantes , que se formaron bajo el oxígeno disponible extremadamente limitado, lo que lleva a ciertos elementos normalmente oxifílicos que existen parcial o totalmente en la porción de aleación que corresponde al núcleo de la Tierra.

La teoría del dínamo sugiere que la convección en el núcleo exterior, combinada con el efecto Coriolis , da lugar al campo magnético de la Tierra . El núcleo interno sólido está demasiado caliente para contener un campo magnético permanente (ver temperatura de Curie ) pero probablemente actúa para estabilizar el campo magnético generado por el núcleo externo líquido. Se estima que el campo magnético promedio en el núcleo externo de la Tierra mide 25 Gauss (2.5 mT), 50 veces más fuerte que el campo magnético en la superficie. [32] [33]

La evidencia reciente ha sugerido que el núcleo interno de la Tierra puede girar un poco más rápido que el resto del planeta; en 2005, un equipo de geofísicos estimó que el núcleo interno de la Tierra gira aproximadamente de 0,3 a 0,5 grados por año más rápido. [34] [35] [36] Sin embargo, estudios más recientes en 2011 [ ¿cuál? ] no apoyó esta hipótesis. Otros posibles movimientos del núcleo pueden ser oscilatorios o caóticos. [ cita requerida ]

La explicación científica actual del gradiente de temperatura de la Tierra es una combinación de calor que queda de la formación inicial del planeta, la desintegración de los elementos radiactivos y la congelación del núcleo interno .

Misa [ editar ]

La fuerza ejercida por la gravedad de la Tierra se puede utilizar para calcular su masa . Los astrónomos también pueden calcular la masa de la Tierra observando el movimiento de los satélites en órbita . La densidad promedio de la Tierra se puede determinar mediante experimentos gravimétricos, que históricamente han involucrado péndulos . La masa de la Tierra es aproximadamente6 × 10 24  kg . [37]

Ver también [ editar ]

  • Historia geológica de la Tierra
  • Discontinuidad de Lehmann
  • Modelo de lluvia
  • Viaja al centro de la Tierra
  • Tierra solida

Referencias [ editar ]

  1. ^ a b A.M. Dziewonski, DL Anderson (1981). "Modelo terrestre de referencia preliminar" (PDF) . Física de la Tierra e Interiores Planetarios . 25 (4): 297–356. Código Bibliográfico : 1981PEPI ... 25..297D . doi : 10.1016 / 0031-9201 (81) 90046-7 . ISSN  0031-9201 .
  2. ^ Montagner, Jean-Paul (2011). "Estructura de la Tierra, global". En Gupta, Harsh (ed.). Enciclopedia de geofísica de tierra sólida . Springer Science & Business Media. págs. 134-154. ISBN 9789048187010.
  3. ^ Adam M. Dziewonski y Don L. Anderson, "Modelo de tierra de referencia preliminar", artículo de investigación, Física de la Tierra e interiores planetarios , 25, 4 (1981‑06): 297–356.
  4. ↑ Andrei, Mihai (21 de agosto de 2018). "¿Cuáles son las capas de la Tierra?" . Ciencia ZME . Consultado el 28 de junio de 2019 .
  5. ^ Chinn, Lisa (25 de abril de 2017). "Estructura de la tierra desde la corteza hasta el núcleo interno" . Ciencia . Medios del grupo de hojas . Consultado el 28 de junio de 2019 .
  6. ^ Noticias de última hora | La roca más antigua muestra que la Tierra era un planeta joven y hospitalario . Vuelo espacial ahora (14 de enero de 2001). Consultado el 27 de enero de 2012.
  7. ^ Nace, Trevor (16 de enero de 2016). "Capas de la tierra: lo que se encuentra debajo de la corteza terrestre" . Forbes . Consultado el 28 de junio de 2019 .
  8. ^ Evers, Jeannie (11 de agosto de 2015). "Manto" . National Geographic . Sociedad Geográfica Nacional . Consultado el 28 de junio de 2019 .
  9. ^ Yu, Chunquan; Day, Elizabeth A .; de Hoop, Maarten V .; Campillo, Michel; Va, Saskia; Blythe, Rachel A .; van der Hilst, Robert D. (28 de marzo de 2018). "Heterogeneidad composicional cerca de la base de la zona de transición del manto debajo de Hawaii" . Nat Commun . 9 (9): 1266. Bibcode : 2018NatCo ... 9.1266Y . doi : 10.1038 / s41467-018-03654-6 . PMC 5872023 . PMID 29593266 .  
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  14. ^ Preuss, Paul (17 de julio de 2011). "¿Qué mantiene la tierra cocinando?" . Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Universidad de California, Berkeley . Universidad de California . Consultado el 28 de junio de 2019 .
  15. ^ Walzer, Uwe; Hendel, Roland; Baumgardner, John . "Viscosidad del manto y espesor de las profundidades convectivas" . Laboratorio Nacional de Los Alamos . Universität Heidelberg . Archivado desde el original el 26 de agosto de 2006 . Consultado el 28 de junio de 2019 .
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Lectura adicional [ editar ]

  • Drollette, Daniel (octubre de 1996). "Una bola de cristal giratoria". Scientific American . 275 (4): 28–33. Código Bibliográfico : 1996SciAm.275d..28D . doi : 10.1038 / scientificamerican1096-28 .
  • Kruglinski, Susan (junio de 2007). "Viaje al Centro de la Tierra" . Descubrir . Consultado el 9 de julio de 2016 .
  • Lehmann, I (1936). "Tierra interior". Rebaba. Centavo. Seismol. Int . 14 : 3-31.
  • Wegener, Alfred (1966). El origen de continentes y océanos . Nueva York: Publicaciones de Dover. ISBN 978-0-486-61708-4.

Enlaces externos [ editar ]

Estructura de la Tierra en Wikilibros Medios relacionados con la Estructura de la Tierra en Wikimedia Commons

  • Down To The Earth's Core (HD) en YouTube
  • El núcleo de la Tierra en En nuestro tiempo en la BBC