Estructura de la Tierra
La estructura interna de la Tierra o simplemente 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 exterior sólida de silicato, una astenosfera altamente viscosa y un manto sólido, un núcleo exterior líquido cuyo flujo genera el campo magnético de la Tierra y un núcleo interior sólido.
La comprensión científica de la estructura interna de la Tierra se basa en observaciones de topografía y batimetría, observaciones de afloramientos rocosos, muestras traídas a la superficie desde mayores profundidades por volcanes o actividad volcánica, análisis de las ondas sísmicas que atraviesan la Tierra, mediciones de la campos gravitacionales y magnéticos de la Tierra, y experimentos con sólidos cristalinos a presiones y temperaturas características del interior profundo de la Tierra.
Definiciones
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. Las capas del componente geológico de la Tierra se encuentran a las siguientes profundidades debajo de la superficie:
| Profundidad (km) | capa química | Profundidad (km) | Capa mecánica | Profundidad (km) | PREM | Profundidad (km) | Capa general | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0–35 | Corteza | 0–80 | litosfera | 0–10 | 0–80 | … Corteza superior | litosfera | 0–35 | Corteza |
| 10–20 | … Corteza inferior | ||||||||
| 20–80 | … TAPA | ||||||||
| 35–670 | Manto superior | … TAPA | 35 -80* | manto litosferico | |||||
| 80–220 | astenosfera | - | 80–220 | ? | astenosfera | 80–220 | astenosfera | ||
| 35–670 | 220–2890 | manto mesosferico | - | 220–410 | ? | ? | 220-400 | ? | |
| 400–600 | ... Zona de transición | 400–670 | Zona de transición | ||||||
| 35–670 | ... Zona de transición | ||||||||
| 35–670 | 600–670 | ... Zona de transición | |||||||
| 670–2890 | manto inferior | 220–2890 | manto mesosferico | 670–770 | manto inferior | … Superior | 670–2890 | Manto inferior | |
| 770–2740 | … Medio-bajo | ||||||||
| 2740–2890 | ... Capa D″ | ||||||||
| 2890–5150 | Núcleo externo | 2890–5150 | Núcleo externo | 2890–5150 | Núcleo externo | 2890–5150 | Núcleo externo | ||
| 5150–6370 | Núcleo central | 5150–6370 | Núcleo central | 5150–6370 | Núcleo central | 5150–6370 | Núcleo 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 causan refracción debido a la ley de Snell, como la luz que se desvía cuando pasa a través de un prisma. Asimismo, los reflejos son causados por un gran aumento en la velocidad sísmica y son similares a la luz que se refleja en un espejo.
Corteza
La corteza terrestre tiene una profundidad de 5 a 70 kilómetros (3,1 a 43,5 millas) y es la capa más externa. Las partes delgadas son la corteza oceánica, que subyace en las cuencas oceánicas (5 a 10 km) y están compuestas de rocas ígneas de silicato de hierro y magnesio densas (máficas), como el basalto. La corteza más gruesa es la corteza continental, que es menos densa y está compuesta por rocas de silicato de aluminio, potasio y sodio (félsicas), como el granito. Las rocas de la corteza se dividen en dos categorías principales: sial (silicio-aluminio) y sima (silicio-magnesio) (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 fenómenos 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 las rocas de rocas que contienen plagioclasa feldespato (arriba) a rocas que no contienen feldespatos (abajo). En segundo lugar, en la corteza oceánica existe una discontinuidad química entre los cúmulos ultramáficos y las harzburgitas tectonizadas, que se ha observado en partes profundas de la corteza oceánica que han sido obducidas a la corteza continental y conservadas como secuencias de ofiolita.
Muchas rocas que ahora componen la corteza terrestre se formaron hace menos de 100 millones (1 × 10 ) de años; sin embargo, los granos minerales más antiguos que se conocen tienen alrededor de 4400 millones (4,4 × 10 ) de años, lo que indica que la Tierra ha tenido una corteza sólida durante al menos 4400 millones de años.
Manto
El manto de la Tierra se extiende hasta una profundidad de 2.890 km, lo que la convierte en la capa más gruesa del planeta. El manto se divide en manto superior e inferior separados por una zona de transición. La parte más baja del manto junto al límite entre el núcleo y el manto se conoce como la capa D″ (D-doble-prima). La presión en el fondo del manto es de ≈140 GPa (1,4 Matm). El manto está compuesto por rocas de silicato más ricas en hierro y magnesio que la corteza suprayacente. Aunque sólido, el material de silicato extremadamente caliente del manto puede fluir durante escalas de tiempo muy largas.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 quedó 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.
Debido al aumento de la presión en las profundidades del 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 y 10 Pa·s, aumentando con la profundidad. En comparación, la viscosidad del agua es de aproximadamente 10 Pa·s y la de la brea es de 10 Pa·s.
Centro
El núcleo externo de la Tierra es una capa fluida de unos 2400 km (1500 millas) de espesor y compuesta principalmente de hierro y níquel que se encuentra sobre el núcleo interno sólido de la Tierra y debajo de su manto. Su límite exterior se encuentra a 2.890 km (1.800 millas) 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 millas) 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 20% del radio de la Tierra o el 70% del radio de la Luna.
La densidad media de la Tierra es 5,515 g/cm. Debido a que la densidad promedio del material de la superficie es solo alrededor3,0 g/cm, se debe 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 de aproximadamente {displaystyle {tfrac {9}{5}}}
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 es capaz de 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. Otros estudios experimentales muestran una discrepancia bajo alta presión: los estudios de yunque de diamante (estático) a presiones centrales producen temperaturas de fusión que son aproximadamente 2000 K inferiores a las de los estudios de láser de choque (dinámico). Los estudios con láser crean plasma, 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. Esta es un área de investigación activa.
En las primeras etapas de la formación de la Tierra, hace unos 4600 millones de años, el derretimiento habría causado 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 lo tanto, se cree que el núcleo está compuesto en gran parte por hierro (80 %), junto con níquel y uno o más elementos livianos, mientras que otros elementos densos, como el plomo y el uranio, son demasiado raros para ser significativos o tienden a unirse a elementos más livianos. 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 cristal de hierro.
En condiciones de laboratorio, una muestra de aleación de hierro y níquel se sometió a presiones similares a las del núcleo sujetándola en un tornillo de banco entre 2 puntas de diamante (celda de yunque de diamante) y luego se calentó 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 iban de norte a sur.
El núcleo exterior líquido rodea el núcleo interior y se cree que está compuesto de hierro mezclado con níquel y pequeñas cantidades de elementos más ligeros.
Algunos han especulado que la parte más interna del núcleo está enriquecida con oro, platino y otros elementos siderófilos.
La composición de la Tierra tiene fuertes similitudes con la de ciertos meteoritos de condrita, e incluso con algunos elementos en la parte exterior del Sol. 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 en la Tierra. Esto ignora las condritas de enstatita menos abundantes, que se formaron bajo un oxígeno disponible extremadamente limitado, lo que lleva a ciertos elementos normalmente oxófilos que existen parcial o totalmente en la porción de aleación que corresponde al núcleo de la Tierra.
La teoría de Dynamo 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 mantener 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.
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 entre 0,3 y 0,5 grados por año más rápido. Sin embargo, estudios más recientes en 2011 no respaldaron esta hipótesis. Otros posibles movimientos del núcleo pueden ser oscilatorios o caóticos.
La explicación científica actual para el gradiente de temperatura de la Tierra es una combinación de calor sobrante de la formación inicial del planeta, la descomposición de los elementos radiactivos y la congelación del núcleo interno.
Masa
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 a través de experimentos gravimétricos, que históricamente han involucrado péndulos. La masa de la Tierra es de aproximadamente6 × 10 kg.
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