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Estructura interna de la Tierra

Sección transversal geológica de la Tierra, mostrando las diferentes capas del interior.

La estructura interna de la Tierra son las capas de la Tierra , excluyendo su atmósfera e hidrosfera . La estructura consta de una corteza sólida externa de silicato , una astenosfera altamente viscosa y un manto sólido , un núcleo externo líquido cuyo flujo genera el campo magnético de la Tierra y un núcleo interno sólido .

La comprensión científica de la estructura interna de la Tierra se basa en observaciones de topografía y batimetría , observaciones de rocas en afloramientos , muestras traídas a la superficie desde mayores profundidades por volcanes o actividad volcánica, análisis de las ondas sísmicas que pasan a través de la Tierra, mediciones de los campos gravitacionales y magnéticos de la Tierra y experimentos con sólidos cristalinos a presiones y temperaturas características del interior profundo de la Tierra.

Propiedades globales

Nota: En el modelo de condrita (1), se supone que el elemento ligero en el núcleo es Si. El modelo de condrita (2) es un modelo de composición química del manto que corresponde al modelo de núcleo que se muestra en el modelo de condrita (1). [1]

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Una fotografía de la Tierra tomada por la tripulación del Apolo 17 en 1972. Una versión procesada se hizo ampliamente conocida como La canica azul . [2] [3]

Las mediciones de la fuerza ejercida por la gravedad de la Tierra se pueden 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 media de la Tierra se puede determinar mediante experimentos gravimétricos, que históricamente han involucrado péndulos . La masa de la Tierra es de aproximadamente6 × 10 24  kg . [4] La densidad media de la Tierra es5,515  g/cm3 . [ 5]

Capas

La estructura de la Tierra se puede definir de dos maneras: 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. [6] Las capas de componentes geológicos de la Tierra se encuentran a profundidades crecientes debajo de la superficie. [6] : 146 

Corteza y litosfera

Mapa de las placas tectónicas de la Tierra
Las principales placas de la Tierra , que son:

La corteza terrestre tiene una profundidad de entre 5 y 70 kilómetros (3,1–43,5 mi) [7] y es la capa más externa. [8] Las partes delgadas son la corteza oceánica , que se encuentra debajo de las cuencas oceánicas (5–10 km) y es rica en máfica [9] ( mineral denso de silicato de hierro y magnesio o roca ígnea ). [10] La corteza más gruesa es la corteza continental , que es menos densa [11] y es rica en félsica (rocas ígneas ricas en elementos que forman feldespato y cuarzo ). [12] Las rocas de la corteza se dividen en dos categorías principales: sial (silicato de aluminio) y sima (silicato de magnesio). [13] Se estima que la sima comienza a unos 11 km por debajo de la discontinuidad de Conrad , [14] aunque la discontinuidad no es distinta y puede estar ausente en algunas regiones continentales. [15]

La litosfera de la Tierra está formada por la corteza y el manto superior . [16] El límite entre la corteza y el manto se produce como dos fenómenos físicamente diferentes. La discontinuidad de Mohorovičić es un cambio distinto en la velocidad de las ondas sísmicas . Esto es causado por un cambio en la densidad de la roca [17] – inmediatamente por encima del Moho, las velocidades de las ondas sísmicas primarias ( onda P ) son consistentes con las que atraviesan el basalto (6,7–7,2 km/s), y por debajo son similares a las que atraviesan la peridotita o la dunita (7,6–8,6 km/s). [18] En segundo lugar, en la corteza oceánica, hay una discontinuidad química entre los cumulados ultramáficos y las harzburgitas tectonizadas , que se ha observado en partes profundas de la corteza oceánica que han sido obducidas sobre la corteza continental y preservadas como secuencias de ofiolitas . [ aclaración necesaria ]

Muchas rocas que forman la corteza terrestre se formaron hace menos de 100 millones de años ; sin embargo, los granos minerales más antiguos conocidos tienen alrededor de 4.400 millones de años , lo que indica que la Tierra ha tenido una corteza sólida durante al menos 4.400 millones de años. [19]

Manto

Corteza y manto terrestres, discontinuidad de Mohorovičić entre la base de la corteza y el manto sólido superior

El manto de la Tierra se extiende hasta una profundidad de 2.890 km (1.800 mi), lo que lo convierte en la capa más gruesa del planeta. [20] [Esto es el 45% del radio de 6.371 km (3.959 mi), y el 83,7% del volumen - el 0,6% del volumen es la corteza]. El manto se divide en manto superior e inferior [21] separados por una zona de transición . [22] La parte más baja del manto junto al límite núcleo-manto se conoce como la capa D″ (D-doble prima). [23] La presión en la parte inferior del manto es ≈140 G Pa (1,4 M atm ). [24] El manto está compuesto de rocas de silicato más ricas en hierro y magnesio que la corteza suprayacente. [25] Aunque sólido, el material de silicato extremadamente caliente del manto puede fluir en escalas de tiempo muy largas. [26] La convección del manto impulsa el movimiento de las placas tectónicas en la corteza. La fuente de calor que impulsa este movimiento es la desintegración de isótopos radiactivos en la corteza y el manto de la Tierra, combinada con el calor inicial de la formación del planeta [27] (de la energía potencial liberada al colapsar una gran cantidad de materia en un pozo de gravedad y la energía cinética de la materia acretada).

Debido al aumento de la presión en las capas más profundas del manto, la parte inferior fluye con menos facilidad, aunque los cambios químicos dentro del manto también pueden ser importantes. La viscosidad del manto varía entre 10 21 y 10 24 pascal-segundo , aumentando con la profundidad. [28] En comparación, la viscosidad del agua a 300 K (27 °C; 80 °F) es de 0,89 milipascal-segundo [29] y el paso es de (2,3 ± 0,5) × 10 8 pascal-segundo. [30]

Centro

Diagrama del geodinamo y el campo magnético de la Tierra, que podrían haber sido impulsados ​​en la historia temprana de la Tierra por la cristalización de óxido de magnesio, dióxido de silicio y óxido de hierro (II). La convección del núcleo externo de la Tierra se muestra junto con las líneas del campo magnético.
Diagrama del geodinamo y el campo magnético de la Tierra, que podrían haber sido impulsados ​​en la historia temprana de la Tierra por la cristalización de óxido de magnesio , dióxido de silicio y óxido de hierro (II).

El núcleo externo de la Tierra es una capa fluida de unos 2260 km (1400 mi) de altura (es decir, la distancia desde el punto más alto hasta el punto más bajo en el borde del núcleo interno) [36% del radio de la Tierra, 15,6% del volumen] y compuesta principalmente de hierro y níquel que se encuentra por encima del núcleo interno sólido de la Tierra y debajo de su manto . [31] Su límite exterior se encuentra a 2890 km (1800 mi) por debajo de la superficie de la Tierra. La transición entre el núcleo interno y el núcleo externo se encuentra aproximadamente a 5150 km (3200 mi) por debajo de la superficie de la Tierra. El núcleo interno de la Tierra es la capa geológica más interna del planeta Tierra . Es principalmente una bola sólida con un radio de aproximadamente 1220 km (760 mi), que es aproximadamente el 19% del radio de la Tierra [0,7% del volumen] o el 70% del radio de la Luna . [32] [33]

El núcleo interno fue descubierto en 1936 por Inge Lehmann y está compuesto principalmente de hierro y algo de níquel. Dado que esta capa es capaz de transmitir ondas de corte (ondas sísmicas transversales), debe ser sólida. La evidencia experimental a veces ha sido inconsistente con los modelos cristalinos actuales del núcleo. [34] Otros estudios experimentales muestran una discrepancia bajo alta presión: los estudios con yunque de diamante (estáticos) a presiones del núcleo producen temperaturas de fusión que son aproximadamente 2000 K inferiores a las de los estudios con láser de choque (dinámicos). [35] [36] Los estudios con láser crean plasma, [37] y los resultados sugieren que la restricción de las condiciones del núcleo interno dependerá de si el núcleo interno es un sólido o es un plasma con la densidad de un sólido. Este 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 (véase también la catástrofe del hierro ), mientras que los materiales menos densos habrían migrado a la corteza . Por tanto, se cree que el núcleo está compuesto en gran parte 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 y, por tanto, permanecen en la corteza (véase materiales félsicos ). Algunos han argumentado que el núcleo interno puede tener la forma de un único cristal de hierro . [38] [39]

En condiciones de laboratorio, una muestra de aleación de hierro y níquel se sometió a una presión similar a la del núcleo sujetándola en un tornillo de banco entre dos puntas de diamante ( celda de yunque de diamante ) y luego se calentó a aproximadamente 4000 K. La muestra se observó con rayos X y respaldó firmemente la teoría de que el núcleo interno de la Tierra estaba hecho de cristales gigantes que se extendían de norte a sur. [40] [41]

La composición de la Tierra guarda fuertes similitudes con la de ciertos meteoritos de condrita , e incluso con la de algunos elementos de la parte exterior del Sol. [42] [43] A partir de 1940, los científicos, incluido Francis Birch , construyeron la geofísica sobre la premisa de que la Tierra es como las condritas ordinarias, el tipo más común de meteorito observado al impactar con la Tierra. Esto ignora las condritas de enstatita menos abundantes , que se formaron en condiciones de oxígeno disponible extremadamente limitado, lo que llevó a que ciertos elementos normalmente oxifílicos existieran parcial o totalmente en la porción de aleación que corresponde al núcleo de la Tierra. [ cita requerida ]

La teoría del dinamo sugiere que la convección en el núcleo externo, combinada con el efecto Coriolis , da lugar al campo magnético de la Tierra . El núcleo interno sólido es demasiado caliente para mantener un campo magnético permanente (véase la 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 2,5 militeslas (25 gauss), 50 veces más fuerte que el campo magnético en la superficie. [44]

El campo magnético generado por el flujo del núcleo es esencial para proteger la vida de la radiación interplanetaria y evitar que la atmósfera se disipe con el viento solar . La tasa de enfriamiento por conducción y convección es incierta, [45] pero una estimación es que no se esperaría que el núcleo se congelara hasta aproximadamente 91 mil millones de años, que es mucho después de que se espera que el Sol se expanda, esterilice la superficie del planeta y luego se queme. [46] [ se necesita una mejor fuente ]

Sismología

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 transversales lo atraviesen, mientras que la velocidad de viaje ( velocidad sísmica ) es diferente en otras capas. Los cambios en la velocidad sísmica entre diferentes capas causan refracción debido a la ley de Snell , como la luz que se desvía al pasar a través de un prisma. Del mismo modo, las reflexiones son causadas por un gran aumento en la velocidad sísmica y son similares a la luz que se refleja en un espejo.

Véase también

Referencias

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Lectura adicional

Enlaces externos