Estructura y Dinámica de la Tierra

El Universo y la Formación de la Tierra

El Universo es un inmenso espacio, en su mayor parte vacío, donde se encuentran millones de cuerpos celestes como estrellas, planetas y nebulosas, y materia que no podemos observar directamente llamada materia oscura (materia que no emite radiación y cuya presencia se detecta por sus efectos gravitatorios). La Tierra se formó por acreción de asteroides hace aproximadamente 4.500 millones de años. En sus primeros 100 millones de años experimentó dos procesos cruciales:

1. Diferenciación en capas: se formaron el núcleo, manto, corteza y una envoltura gaseosa que daría lugar a la atmósfera e hidrosfera. La fusión de la masa de la Tierra se debió a tres fuentes de calor: impactos de asteroides, rozamiento por hundimiento de materiales densos y desintegración de elementos radiactivos. La hidrosfera se formó cuando la corteza se solidificó lo suficiente para mantener agua líquida.
2. Colisión planetaria: la colisión con un planeta del tamaño de Marte expulsó material al espacio, formando un anillo de polvo y rocas que, por acreción, dio origen a la Luna.

Métodos de Estudio de la Tierra

Métodos Directos

• Volcanes: expulsan lava, gases y rocas, informando sobre el interior de la Tierra.
• Sondeos: extraen muestras del subsuelo, informando sobre la parte superior de la corteza.
• Minas: se obtienen rocas de la corteza, observando la distribución de materiales y midiendo el incremento de temperatura.
• Yunque de diamante: reproduce las condiciones de temperatura y presión del manto.
• Espectrografía, microscopía electrónica, difractometría de rayos x: permiten conocer la composición y estructura cristalina de los minerales.
• Microscopio petrográfico: permite conocer la composición mineral de las rocas y estudiar la cristalografía de los minerales.

Métodos Indirectos

• Magnetografía: permite conocer la dirección, inclinación e intensidad del campo magnético. Las variaciones se consideran anomalías magnéticas, indicando la presencia de materiales en el subsuelo que desvían las líneas de campo magnético.
• Estudio de meteoritos: sus materiales permiten conocer la composición media de la Tierra y deducir qué elementos puede haber en capas más profundas.
• Medición de isótopos: la cantidad de neutrones en el núcleo diferencia los isótopos.
• Dataciones radiométricas: se utilizan para conocer la edad de una muestra de roca.
• Método gravimétrico: detecta variaciones del campo gravitatorio debidas a la distribución de masas rocosas en el interior terrestre.
• Método sísmico: detecta las superficies de separación (discontinuidades sísmicas) entre materiales de diferente composición o estado, ya que en ellas se desvían las ondas sísmicas. Existen dos tipos de ondas sísmicas:
  • Ondas P: longitudinales, se propagan en todos los medios y son las primeras en registrarse.
  • Ondas S: transversales, se propagan solo en sólidos y son más lentas.

Estructura de la Tierra

Según Composición

• Corteza: capa externa separada del manto por la discontinuidad de Mohorovicic. Hay dos tipos:
  • Continental: forma los continentes, espesor entre 30 y 70 km, compuesta principalmente por granito.
  • Oceánica: forma el fondo de los océanos, espesor 10 km, compuesta principalmente por basalto.
• Manto: capa más extensa, formada por peridotitas.
• Núcleo: capa más interna, formada principalmente por hierro y níquel.

Según Propiedades Dinámicas

• Litosfera: capa rígida formada por la corteza y la parte superior del manto. Hay dos tipos:
  • Continental: granítica, espesor entre 100 y 200 km.
  • Oceánica: basáltica, espesor entre 30 y 50 km.
• Manto superior sublitosférico: espesor variable, rígido.
• Manto inferior: desde la discontinuidad de Repetti hasta la de Gutenberg.
• Núcleo externo: estado fundido, no se propagan ondas S.
• Núcleo interno: estado sólido debido a la alta presión.

Energía Oscura, Fusión Nuclear, Planetesimales y Acreción

La energía oscura es una fuerza gravitatoria repulsiva que se manifiesta a escala universal y acelera la expansión del universo. La fusión nuclear es la unión de núcleos de dos átomos para formar uno mayor. Un planetesimal es un objeto sólido con suficiente gravedad para atraer otros cuerpos. La acreción es el proceso de agregación de cuerpos para formar uno mayor.

Nacimiento y Muerte de las Estrellas

Tras el Big Bang, los primeros átomos formaron nebulosas. En zonas más densas, la gravedad provocó la contracción del gas, originando la primera generación de estrellas. En el interior de las estrellas, las altas temperaturas y presiones provocan fusión nuclear, donde el hidrógeno forma átomos más complejos. Al agotarse el hidrógeno, la estrella se enfría y la gravedad atrae la materia hacia su núcleo. Luego, se expande y finalmente se contrae, quedando un núcleo denso y frío. La masa expulsada forma una nebulosa con los elementos químicos formados en la estrella.

Formación del Sistema Solar

El Sistema Solar se originó a partir de una nebulosa solar.

Atmósfera

Estructura Vertical

La atmósfera transporta calor, protege de meteoritos y radiaciones solares. En la troposfera, la convección genera el ciclo del agua. En la estratosfera, la temperatura aumenta con la altitud. En la ionosfera, la temperatura es alta por la absorción de radiación ultravioleta.

Estructura Horizontal y Zonas Climáticas

El aire frío se desplaza de los polos al ecuador, y el aire caliente de los trópicos a los polos. La rotación de la Tierra desvía estas masas de aire, formando tres masas en movimiento: polar, templada y tropical. Las zonas de convergencia entre estas masas originan las zonas climáticas.

Hidrosfera

La hidrosfera incluye toda el agua del planeta. Se formó junto con la atmósfera por desgasificación del manto y el agua aportada por asteroides. El ciclo del agua, impulsado por la energía solar, realiza erosión, transporte de materiales y modelado del relieve.

Hidrosfera y Clima

El clima determina la dinámica de las aguas continentales, y esta está determinada por la dinámica oceánica. Las corrientes oceánicas transportan calor desde el ecuador hacia latitudes más altas, regulando las diferencias térmicas entre regiones.

Biosfera

La biosfera es el conjunto de todos los seres vivos de la Tierra.

Influencia de la Biosfera

• Atmósfera: la fotosíntesis produce O₂ y consume CO₂; las bacterias desnitrificantes producen N atmosférico; la evapotranspiración aporta humedad al aire.
• Hidrosfera: la fotosíntesis disminuye el CO₂ disuelto; la acumulación de conchas origina depósitos de calizas; los arrecifes de coral influyen en las corrientes marinas.
• Geosfera: la actividad biológica origina rocas calizas, produce meteorización, forma el suelo, relantiza la erosión y facilita la infiltración del agua; la acumulación de restos orgánicos forma carbón y petróleo.

Causas de la Reducción de la Biodiversidad

Periodos de desertización, glaciaciones, anoxia oceánica, impactos de asteroides y la actividad humana han contribuido a la reducción de la biodiversidad.

Teoría de la Deriva Continental (Wegener)

La teoría de Wegener propuso que los continentes se movían. Las pruebas incluían:

• Geológicas: coincidencia en la edad de rocas graníticas y continuidad de cadenas montañosas.
• Geográficas: los continentes encajan como un rompecabezas.
• Paleoclimáticas: distribución de depósitos glaciales.
• Paleontológicas: fósiles de las mismas especies en continentes separados.

Investigación de los Fondos Oceánicos

Las dorsales oceánicas son relieves volcánicos con fisuras que emiten lava basáltica, sin sedimentos, con bandeado paleomagnético simétrico y edad de basaltos que aumenta con la distancia a la dorsal.

Extensión del Fondo Oceánico (Hess)

Hess propuso que las dorsales son fracturas por donde sale material del manto, formando nueva corteza oceánica y separando los continentes.

Litosfera Continental y Oceánica

La litosfera continental, formada por granito, no se hunde en el manto. La litosfera oceánica, formada por basalto, sí se hunde (subducción). La subducción se acelera a sí misma debido al aumento de densidad de la placa que subduce.

Bordes de Placa

• Destructivos: zonas de subducción con movimiento convergente de placas.
• Constructivos: dorsales oceánicas con creación de litosfera.
• Pasivos (fallas transformantes): movimiento de cizalla sin creación ni destrucción de litosfera.

Dinámica de las Placas Litosféricas

La litosfera es la parte visible de la máquina térmica terrestre. El enfriamiento de la Tierra se ha ralentizado por la desintegración de elementos radiactivos y la cristalización del núcleo.

Procesos Generados por la Convección del Manto

• Vulcanismo: evacua calor y aporta gases a la atmósfera.
• Reciclado de la corteza basáltica: forma los fondos oceánicos.
• Acumulación de material en la corteza granítica: su baja densidad impide que sea arrastrada al manto.

Convergencia entre Placas

• Oceánica-Oceánica: se forma un arco de islas volcánico, una fosa oceánica profunda y la placa subducente se hunde con gran inclinación.
• Oceánica-Continental: se forma un prisma de acreción, un orógeno en el borde continental con actividad volcánica, y la placa subducente se hunde con menor inclinación.
• Continental-Continental: se forma un orógeno de colisión, con intensa deformación y metamorfismo de rocas, y las dos litosferas quedan incrustadas.

Procesos Geológicos Intraplaca

• Litosfera oceánica: se forman islas volcánicas o mesetas basálticas.
• Litosfera continental: se produce abombamiento, fracturación y formación de un rift con inyección de magmas basálticos.

Ciclo de Wilson

Describe el ciclo de apertura y cierre de océanos, con etapas de rifting, expansión del fondo oceánico, subducción y colisión continental.

Isostasia

Explica el hundimiento y levantamiento vertical de la litosfera debido al equilibrio isostático con el manto.

Cuencas Sedimentarias

Zonas donde se acumulan sedimentos.