TEMA 17

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TEMA 17: EL INTERIOR DE LA TIERRA. 
 
Sondeo del interior de la Tierra: 
Técnica que determina de forma precisa el tiempo que las ondas P (compresivas) y S 
(cizalla) necesitan para desplazarse desde un terremoto o explosión nuclear hasta una 
estación sismográfica, el tiempo depende de las propiedades de los materiales que 
cruzan. 
- Naturaleza de las ondas sísmicas: Características: 1) la velocidad de las ondas sísmicas 
depende de la densidad y la elasticidad de los materiales que atraviesan. Más deprisa, 
materiales rígidos, que retornan elásticamente a sus formas originales cuando cesa el 
esfuerzo causado por una onda sísmica. 2) dentro de una capa determinada, la velocidad 
de las ondas sísmicas aumenta generalmente con la profundidad, la presión aumenta y 
comprime la roca transformándola en un material elástico más compacto. 3) las ondas 
compresivas (P) que vibran hacia atrás y hacia delante en el mismo plano que su 
dirección de movimiento, son capaces de propagarse a través de líquidos y sólidos. 4) 
las ondas de cizalla (S) que vibran haciendo ángulo recto con respecto a su dirección de 
desplazamiento no pueden propagarse a través de líquidos porque estos no se oponen a 
la cizalla. 5) en todos los materiales las ondas P viajan más deprisa que las S. 6) cuando 
las ondas sísmicas pasan de un material a otro, la trayectoria de las ondas se refracta, la 
discontinuidad refleja algo de la energía. 
Dependiendo de la naturaleza de las capas a través de las cuales pasan las ondas 
sísmicas van más deprisa o más despacio y pueden retroceder o reflejarse. 
 
Ondas sísmicas y estructura de la Tierra: 
Si la Tierra fuera un cuerpo completamente homogéneo, las ondas sísmicas se 
propagarían a través de él en todas las direcciones, viajarían en línea recta a una 
velocidad constante. Esto no es así, las ondas sísmicas que llegan a los sismógrafos 
localizados en los puntos más alejados de un terremoto viajan a velocidades medias 
mayores que las que se registran en localizaciones más próximas al acontecimiento. 
Este incremento de la velocidad con la profundidad es una consecuencia del aumento de 
presión, que potencia las propiedades elásticas de las rocas profundamente enterradas. 
Los caminos seguidos por los rollos sísmicos a través de la Tierra se refractan. 
- Capas definidas por su composición: La separación en capas de distinta composición 
se produjo por la estratificación por densidades que tuvo lugar durante el periodo de 
fusión parcial de las primeras etapas de la historia de la Tierra. Los elementos más 
pesados se fueron al fondo y los ligeros flotaban hacia arriba. El interior de la Tierra no 
es homogéneo, hay 3 regiones principales con composiciones químicas distintas. 
Corteza: capa externa fina entre 3 y 70 kilómetros. 
Manto: roca sólida que se extiende hasta una profundidad de unos 2900 kilómetros. 
Núcleo: esfera rica en hierro con un radio de 3486 kilómetros. 
- Capas definidas por sus propiedades: El interior de la Tierra aumenta gradualmente la 
temperatura, la presión y la densidad con la profundidad. 
A 100 kilómetros de profundidad hay 1200-1400 ºC y en el interior de la Tierra supera 
los 6700 ºC. El aumento de la presión con la profundidad provoca un incremento de la 
densidad de la rocas. El aumento de la temperatura y la presión con la profundidad 
afecta a las propiedades físicas y por tanto al comportamiento mecánico de los 
materiales terrestres. Se calienta una sustancia y los enlaces químicos se debilitan y su 
resistencia mecánica se reduce. Si la temperatura supera el punto de fusión de un 
material, los enlaces químicos se rompen y se produce la fusión. La presión aumenta 
con la profundidad y tiende a incrementar la resistencia de las rocas. La fusión va 
acompañada de un aumento de volumen, se produce a temperaturas más elevadas en 
profundidad debido a la mayor presión de confinamiento. Un material terrestre 
particular puede comportarse como un sólido frágil, deformarse como la masilla o 
incluso fundirse y convertirse en líquido. Cinco capas según sus propiedades físicas: 
 Litosfera y astenosfera: capa más externa, formada por la corteza y el manto superior, 
caparazón fino y rígido, compuesto por materiales con composiciones químicas 
diferentes, actúan como una unidad que exhibe un comportamiento rígido porque es 
fuerte. La litosfera tiene un grosor de 100-250 kilómetros. Debajo de la litosfera está el 
manto superior a una profundidad de hasta 660 kilómetros, capa blanda y débil: 
astenosfera. Es la parte superior, las condiciones de temperatura y presión provocan una 
pequeña cantidad de fusión. La litosfera se mueve con independencia de la astenosfera, 
la resistencia de los diferentes materiales terrestres es en función de su composición, de 
la temperatura y la presión de su entorno. No toda la litosfera se comporta como un 
sólido frágil. Las rocas de la litosfera se comportan como un sólido frágil, se calientan y 
se debilitan al aumentar la profundidad. En la astenosfera superior las rocas están cerca 
de su temperatura de fusión, se deforman con facilidad, es débil porque está cerca de su 
punto de fusión. 
 Mesosfera o manto inferior: debajo de la zona de debilidad de la astenosfera superior, 
hay mayor presión, temperatura más elevada y las rocas son más resistentes con la 
profundidad. Entre 660 y 2900 kilómetros se encuentra esta capa más rígida. Las rocas 
de la mesosfera están todavía calientes y pueden fluir de manera gradual. 
 Núcleo interno y externo: está compuesto por hierro y níquel, se divide en dos. 
Núcleo externo, capa líquida de 2270 kilómetros de espesor, un flujo convectivo que 
genera el campo magnético de la Tierra. Núcleo interno, esfera de 3486 kilómetros, el 
material del núcleo interno es más fuerte que el del externo y se comporta como un 
sólido. 
 
Descubrimiento de los límites principales de la Tierra: 
- Discontinuidad de Mohorovicic: El límite que descubrió separó los materiales de la 
corteza de las rocas de composición diferente del manto subyacente y se denominó 
discontinuidad de Mohorovic, se abrevió Moho. Descubrió que las estaciones 
sismográficas alejadas más de 200 kilómetros de un terremoto obtenían velocidades 
medias mayores para las ondas P que las estaciones más cercanas, la velocidad media de 
las ondas P en las próximas era 6 km/s y en las distanciadas 8 km/s. Este brusco salto de 
velocidad no encajaba con el modelo general que se había observado previamente. 
Concluyó que por debajo de 50 kilómetros existía una capa con propiedades diferentes a 
la capa más externa de la Tierra. El manto es la zona de mayor velocidad cuya 
composición facilita el desplazamiento de las ondas sísmicas. 
- Límite núcleo-manto: Las ondas P disminuyen y desaparecen por completo a unos 
105º desde un terremoto, reaparecen unos 2 minutos después de lo que cabría esperar en 
función de la distancia recorrida, pero 35º más allá, es un cinturón donde las ondas 
sísmicas están ausentes y es denominada zona de sombra de las ondas P. Podría 
explicarse si la Tierra contuviera un núcleo compuesto de un material diferente al del 
manto suprayacente. Lo que ocurre, no es que las ondas P se interrumpan sino que la 
zona de sombra se produce por la refracción de dichas ondas, que entran en el núcleo. 
Las ondas S no atraviesan el núcleo, esto indujo a concluir que al menos una parte de 
esta región era líquida. También se observó que las velocidades de las ondas P 
disminuyen un 40 % al entrar en el núcleo, la fusión disminuye la elasticidad de las 
rocas lo que apunta a la existencia de una capa líquida por debajo del manto rocoso. 
- Descubrimiento del núcleo interno: (Inge Lehman) Las ondas P que atraviesan el 
núcleo interno tienen velocidades medias más rápidas que las que solo penetran en el 
núcleo externo. El aumento de elasticidad del núcleo interno es una prueba de que esta 
región más internaes sólida. 
 
La corteza: 
Tiene un grosor medio de 20 kilómetros, la más fina de las divisiones, la corteza en el 
interior alcanza los 35-40 kilómetros y en las regiones montañosas 70 kilómetros. La 
corteza oceánica 3-15 kilómetros, un grosor medio de 7 kilómetros. Las rocas de la 
corteza de las cuencas oceánicas profundas son diferentes desde el punto de vista de su 
composición, de sus compañeras continentales. Las rocas continentales tienen una 
densidad de 2.7 g/cm^3, la composición media de las rocas continentales es comparable 
a la de las rocas ígneas félsicas de tipo granodiorita, rica en sodio, potasio y silicio 
abundantes intrusiones graníticas y rocas metamórficas, se encuentran también 
afloramientos de rocas basálticas y andesíticas. La corteza inferior tiene una 
composición similar al basalto. Las rocas de la corteza oceánica, más jóvenes y mas 
densas 3.0 g/cm^3 las cuencas profundas bajo 4 kilómetros de agua y centenares de 
metros de sedimento; la corteza oceánica esta compuesta fundamentalmente por basalto. 
 
El manto: 
Ocupa el 82% del volumen terrestre, es una capa gruesa de 2900 kilómetros de roca 
silicatadas que va desde la base de la corteza hasta el núcleo externo liquido, las rocas 
que constituyen las chimeneas de kimberlita, en las cuales se encuentran a veces 
diamantes, tienen su origen en profundidades próximas a los 200 kilómetros. Los 
depósitos de kimberlita están compuestos por peridotitos, rocas que contienen hierro y 
silicatos ricos en magnesio, olivino y piroxeno junto con granates. 
Las ondas S viajan fácilmente a través del manto, se comportan como un sólido elástico. 
El manto se describe como una capa rocosa sólida cuya porción superior tiene la 
composición de roca ultramáfica peridotita. Se divide en mesosfera o manto inferior que 
se extiende desde el límite núcleo-manto hasta los 660 kilómetros y astenosfera o manto 
superior que va hasta la base de la corteza. A 410 kilómetros se produce un aumento 
abrupto de velocidad sísmica, se debe a un cambio de fase, la estructura cristalina de un 
mineral se modifica en respuesta a cambios de la temperatura o la presión, o ambos. Los 
estudios de laboratorio demuestran que el olivino se transforma en espinela a las 
presiones a esta profundidad, cambia a una forma cristalina más densa que explica el 
aumento de velocidades sísmicas. Hay otro límite a 660 kilómetros, el mineral espinela 
experimenta una transformación a perovskita, domina el manto inferior por lo que quizá 
sea el mineral más abundante en la Tierra. En los 200 kilómetros inferiores del manto, 
existe una región, la capa D, en la que las ondas sísmicas que atraviesan algunas partes 
de esta capa experimentan un notable descenso de las velocidades en las ondas P, la 
mejor explicación es que la capa inferior del manto este parcialmente fundida, sería 
capaz de transportar calor desde el núcleo al manto inferior de una manera eficaz, un 
ritmo elevado de flujo de calor haría que el manto sólido localizado por encima de esas 
zonas parcialmente fundidas se calentara como para adquirir flotabilidad y ascender 
lentamente hacia la superficie. Estas plumas ascendentes de roca caliente pueden ser la 
fuente de actividad volcánica como la de Hawai. 
 
 
 
 
El núcleo: 
Es la esfera central densa de la Tierra con un radio de 3486 kilómetros constituye una 
sexta parte del volumen de la Tierra y casi una tercera parte de su masa total. El núcleo 
consiste en una capa externa líquida y una esfera interior sólida. 
- Densidad y composición: El núcleo tiene una densidad media de 11 g/cm^3 y en el 
centro de la Tierra 14 veces la densidad del agua. La corteza y el manto de la Tierra 
contienen un porcentaje mucho menor de hierro del que se encuentra en los restos del 
sistema solar, los geólogos concluyeron que el interior de la Tierra debe estar 
enriquecido con este material pesado. El hierro es la sustancia más abundante en el 
sistema solar que posee las propiedades sísmicas y una densidad que recuerda la medida 
para el núcleo. El núcleo es hierro con un 5-10% de níquel y menores cantidades de 
elementos más ligeros, entre ellos azufre y oxígeno. 
- Origen: La explicación más aceptada sugiere que el núcleo se formó al principio de la 
historia de la Tierra a partir de lo que en origen era un cuerpo relativamente homogéneo, 
durante el periodo de creación, la Tierra se calentó por la energía liberada por las 
colisiones de partículas que caían sobre ella, en este periodo de crecimiento la 
temperatura interna de la Tierra era lo bastante elevada como para fundir y movilizar el 
material acumulado. Materiales pesados ricos en hierro se reunieron y se hundieron 
hacia el centro. Las sustancias más ligeras flotaron hacia la superficie para formar la 
corteza. En su etapa de formación, el núcleo era líquido, cuando la Tierra empezó a 
enfriarse, el hierro del núcleo empezó a cristalizar y empezó a formarse el núcleo 
interno. El núcleo continúa enfriándose así que deberá crecer. 
 
El campo magnético terrestre: 
El núcleo con su esfera interna sólida rodeado de una capa líquida movil es apoyado por 
la existencia del campo magnético terrestre. El campo se comporta como si una barra 
imantada estuviera situada dentro de la Tierra. El campo magnético no puede tener su 
origen en un material permanentemente magnetizado, el interior de la Tierra está 
demasiado caliente para que cualquier material conserve su magnetismo. El núcleo está 
compuesto por un material conductor de la electricidad y que sea móvil. El campo 
magnético de la Tierra afecta a la rotación del núcleo interno sólido, el núcleo interno 
gira en dirección oeste a este aproximadamente 1 grado al año más deprisa que la 
superficie terrestre, hace una rotación extraordinaria cada 400 años, el eje de rotación 
del núcleo interno está desalineado unos 10 grados con respecto a los polos rotacionales 
de la Tierra. 
 
La maquina térmica del interior de la Tierra: 
El gradiente geotérmico varía de un lugar a otro. Tres procesos contribuyen al calor 
interno de la Tierra: 1) el calor emitido por la desintegración radiactiva de los isótopos 
de uranio, torio y potasio. 2) el calor liberado del hierro cristalizado para formar el 
núcleo interno sólido. 3) el calor liberado por la colisión de partículas durante la 
formación de nuestro planeta. 
- Flujo de calor en la corteza: En la corteza el flujo de calor se produce por conducción, 
es la transferencia de calor a través de la materia por actividad molecular, ocurre a un 
ritmo lento en las rocas de la corteza. La corteza tiende a actuar como un aislante que 
contribuye a explicar el enorme gradiente de temperatura mostrado por la corteza. 
- Convección del manto: El aumento de la temperatura con la profundidad en el manto 
es mucho más gradual, el manto debe tener un método más eficaz de transmisión de 
calor desde el núcleo hacia fuera. La convección es la transmisión de calor mediante el 
movimiento o la circulación de una sustancia, las rocas del manto deben ser capaces de 
fluir. El flujo convectivo del manto es el proceso más importante que actúa en el interior 
de la Tierra, es la fuerza capaz de impulsar las placas litosféricas rígidas a través del 
planeta y genera en última instancia las cordilleras montañosas de la Tierra y la 
actividad volcánica y sísmica de todo el mundo. En los bordes de placa convergente se 
produce flujo descendente si existe este mecanismo convectivo. El manto ha de 
comportarse como un sólido bajo ciertas condiciones y como un fluido en otras, es un 
material de comportamiento plástico, cuando se somete a esfuerzos breves como las 
ondas sísmicas se comporta como un sólido elástico y en respuesta a esfuerzos en 
periodos largos como un fluido.