Unidad 1 La estructura de la Tierra

La estructura y composición de la Tierra
La Tierra es el tercer planeta del Sistema Solar, por su proximidad al Sol. Es un planeta
relativamente pequeño que se incluye, junto con Mercurio, Venus y Marte, dentro de los "planetas
rocosos" con una densidad media más alta que el resto de los planetas, los "planetas gaseosos". La
Geología, la ciencia que estudia a Tierra, se ocupa de describir y explicar, por una parte, la estructura
y composición del planeta; por otra, observando estas estructuras y composición actual, se intenta
reconstruir los acontecimientos que han afectado a nuestro planeta a lo largo de su historia, una
historia de 4.500 m.a. Naturalmente, resulta mucho más sencilla la reconstrucción de los procesos
recientes, y lo que afectan a las zonas superficiales, a las que tenemos un acceso directo. El
conocimiento científico es mucho menos preciso cuando se trata de acontecimientos lejanos en el
tiempo, o referentes a las capas internas del planeta.
La organización en capas de la Tierra
Sabemos que la Tierra está organizada en capas
concéntricas de diferente composición. Las capas más
externas (corteza, hidrosfera y atmósfera) podemos
El método sísmico
Es un método indirecto de obtención de datos para el estudio
del interior de la Tierra que ha sido especialmente importante
para determinar la organización en capas de la misma. Cuando
se produce un sismo, se propaga en forma de ondas en todas las
direcciones. Existen dos características especialmente útiles
para ello:

observarlas directamente, tanto los materiales que las
forman como los límites entre ellas. Por debajo de la
corteza también los materiales de la Tierra se organizan
en capas, que se han detectado por métodos indirectos de obtención de datos, principalmente el
método sísmico. Observando la velocidad de transmisión de las ondas P y S a diferentes

La velocidad de transmisión de las ondas depende de la
naturaleza de los materiales. La variación en esta
velocidad permite pues detectar cambios en estos
materiales.
Las ondas S sólo se transmiten en medios sólidos, ya
que son ondas elásticas. Así se detectan cambios de
estado físico en los materiales.
profundidades, se han detectado discontinuidades (zonas de la Tierra donde la velocidad de las ondas cambia bruscamente) que se interpretan como límites
entre las diferentes capas, es decir, zonas donde la naturaleza de los materiales que forman la Tierra cambian de forma brusca. Por este método se identifica
la zona inferior de la corteza, así como el manto (superior e inferior) y el núcleo (externo e interno). Estas capas suelen llamarse composicionales, ya que la
diferencia entre ellas radica en los materiales que las forman.
Los materiales que forman la Tierra
El planeta se forma en su origen a partir de la acreción de planetesimales (sólidos de un tamaño relativamente reducido) existentes en el disco inicial
de materia que dio origen al sistema solar. Inicialmente por choques fortuitos, y posteriormente por gravedad, se va incrementando la masa y la temperatura
del protoplaneta que llevó a la fusión casi total del sistema.
Diferenciación en capas en el protoplaneta
Esta diferenciación en capas tuvo lugar en la época pregeológica 1 . Todas las hipótesis de origen de la Tierra están de acuerdo en la existencia
de una época, anterior a los 4.000 m.a., en la que a una temperatura, al menos, de 2000ºC, el estado de fusión de los materiales permitía la movilidad de
los mismos. En este estado, la gravedad define la existencia de cuatro fases diferentes, que de la zona externa a la zona interna de la Tierra serían:

Gases y vapores, a partir de la cual se originará la atmósfera. En estos gases y vapores no están presentes, o al menos no en la cantidad
esperada de acuerdo con la composición global del universo, el helio y el hidrógeno, que se habrían perdido debido a la alta temperatura y a la insuficiente
gravedad originada por la masa del planeta en formación.

1
Silicatos en fusión, a partir de la que se origina la corteza y el manto.
Se considera que empieza el tiempo geológico con la aparición de las primeras rocas, es decir de los primeros componentes sólidos del planeta Tierra. Se denomina por lo
tanto "tiempo pregeológico" a la fase en que la Tierra (protoplaneta) se encontraba en estado de fusión.

Sulfuros en fusión, que se localizan en el núcleo.

Metales en fusión., a partir de la que se origina mayoritariamente el núcleo.
El conjunto de elementos que conformó la masa inicial de la Tierra se distribuyó entre estas cuatro fases, de acuerdo con su afinidad química por los
elementos mayoritarios en ellas. De esta forma, quedan retenidos en la corteza algunos elementos pesados, o están presentes en el núcleo o en el manto
elementos menos pesados.
Esta diferenciación en capas de la Tierra (diferenciación geoquímica primaria)
determinó globalmente la organización en capas, pero no fue el único proceso de
diferenciación. Efectivamente, la Tierra empieza a perder calor, especialmente en las capas
más
externas, con lo que:
a)
En la fase de silicatos en fusión, cuando la temperatura en ella baja de los
2000ºC, comienzan a formarse cristales. De nuevo los más densos (nesosilicatos con
cationes metálicos, como el hierro o el magnesio) descienden en el seno de esta fase,
todavía mayoritariamente fundida, y los más ligeros se concentran en las zonas superficiales. Aparece así la diferenciación (secundaria) entre la corteza
inferior y la corteza superior.
b)
Por otra parte en la atmósfera, en la que la temperatura debió descender de forma rápida, se produce la condensación de grandes
cantidades de vapor de agua, que precipitan sobre la Tierra en unas primeras lluvias que dan origen a la hidrosfera. Estas aguas calientes (a 90, 80ºC),
al discurrir sobre la corteza disolvieron sales, dando origen al agua salada (este proceso, llamado diferenciación terciaria, se sigue desarrollando en la
actualidad, puesto que la hidrosfera y la atmósfera siguen actuando sobre la corteza modificando su composición). Los océanos calientes que se
originan son ricos en sales, pero también en determinadas moléculas en disolución procedentes de la atmósfera (metano, amoniaco, etc.),
constituyendo el medio adecuado para el origen de la vida.
Características de los materiales de las diferentes capas
Las capas consideradas actualmente son consecuencia de los anteriores procesos.
a) El núcleo estaría formado por una aleación de metales pesados, sobre todo hierro y níquel, aunque debe considerarse la presencia de
elementos más ligeros para justificar algunos daros de observación como la densidad global de la Tierra. En todo caso, esta hipótesis se
confirma por la existencia de meteoritos con esta misma composición química que se suponen procedentes de antiguos asteroides de por
su tamaño han sufrido una diferenciación análoga a la de la Tierra.
b) Tanto el manto como la corteza están formados mayoritariamente por rocas silicatadas, que se encuentran puntualmente en estado de
fusión (magmas). Los silicatos son minerales cuyas redes cristalinas están formadas por una combinación de silicio y oxígeno en forma de
tetraedro (sílice). Los diferentes tetraedros se unen entre ellos formando diferentes redes que dan origen a silicatos de diferente densidad,
y son saturados por cationes. Resultan así minerales de mayor densidad, en el manto, o más ligeros, en la corteza.
c) La hidrosfera terrestre está formada por agua en estado sólido –hielo-, y por disoluciones acuosas de diferente salinidad que forman los
ríos, lagos y mares, junto con una serie de materiales de diferente tamaño que se encuentran en suspensión (arenas, limos) y que antes o
después pasarán a formar parte de la corteza formando rocas sedimentarias.
d) La atmósfera es una mezcla de gases, en su mayoría en estado molecular. Hay que señalar, sin embargo, que en determinadas capas de la
atmósfera estos gases se encuentran ionizados, sobre todo por la incidencia de los rayos del Sol (ionosfera).
Estado físico de las capas internas de la Tierra
Todos los materiales pueden variar su estado físico dependiendo de las condiciones de presión
y temperatura en las que se encuentran. Experimentalmente, se puede determinar el estado
físico en el que se presenta una determinada sustancia dadas unas condiciones (P/T). A partir
de estas experiencias se establecen los diagramas de fases.
En la Tierra, las condiciones de presión y temperatura aumentan con la profundidad. El estado físico de cada capa o zona del interior del
planeta depende, pues, de tres condiciones:
a) De la composición mineralógica, ya que cada sustancia presenta diferente diagrama de fases.
b) De la temperatura a la que se encuentra. En principio, la temperatura creciente hacia el interior del planeta hace que los materiales
tiendan a estar en estado fundido en zonas profundas.
c) De la presión a la que se encuentran. En principio, la presión creciente hacia el interior del planeta hace que los materiales tiendan a
permanecer en estado sólido hacia el interior del planeta.
La realidad es que los materiales se presentan en estado sólido (rocas) o fundido (magmas), y que en determinadas zonas del interior
de la Tierra pequeñas variaciones de presión, temperatura y/o composición química produzcan la fusión de rocas o la consolidación de
magmas.

El núcleo interno es sólido, mientras en núcleo externo se encuentra en estado fundido. Estos datos son coherentes con los
obtenidos del estudio de transmisión de ondas sísmicas. Igualmente son coherentes con la existencia del campo magnético
terrestre, que se generaría por el desplazamiento más lento del núcleo sólido en el seno del material líquido del núcleo externo.

El manto está mayoritariamente en estado sólido. Sin embargo, las condiciones en determinadas zonas provocan la formación
de magmas: está constatada la existencia de puntos calientes, probablemente por la concentración en esa zona de elementos
radioactivos, cuya descomposición sube localmente la temperatura. A medida que los materiales más calientes ascienden, y
debido al descenso de la presión, se transforman en magmas. Durante años se ha postulado la existencia de una capa en la zona
superior del manto (la astenosfera), que tendría amplias zonas de estado semisólido por la incorporación de agua oceánica en
las zonas de subducción. En todo caso, estas corrientes de convección del manto generan diversos efectos sobre la zona superior
sólida (litosfera): vulcanismo, intrusiones o tectónica de placas.

La corteza, junto con la parte superior del manto, se encuentra en estado sólido constituyendo la litosfera. Aún así, también en
la corteza se pueden generar puntualmente magmas, debido al incremento de temperatura generado, por ejemplo, por la
fricción de materiales en las zonas de subducción.