Semana 1: Composición, estructura y sistemas dinámicos de la Tierra.

Energía. Conceptos de mineral y de roca.

Clase 12 de marzo

• Sistema Tierra.• Estructura interna de la Tierra.• Capas definidas por su composición química.• Capas definidas por sus propiedades físicas.

Ref.: Ciencias de la Tierra (Tarbuck. E., Lutgens. F). 2005

Datos generales

Volumen: 1,083 x 1012 km3

Masa: 6 x 1021 ton

Densidad media (*): 5,517 g/cm3

Radio Ecuatorial: 6378 Km.

Radio polo/polo: 6357 Km.

El Sistema Tierra

Densidad rocas superficiales entorno a 2,7 g/cm3 => materiales internos más densos

Superficie de los continentes: 29% (15 x 107 km2)

Superficie de los océanos: 71% (9 x 107 km2 mar baja profundidad y 27 x 107 km2

mar alta profundidad)

Medio Físico terrestre:

Atmósfera (capa gaseosa que rodea la tierra)

Hidrosfera (agua bajo y sobre superficie de la tierra)

Tierra sólida

Biosfera (seres vivos + medio que los rodea presente en los medios físicos)

El Sistema Tierra

El Sistema TierraEl Sistema Tierra es impulsado por la energía proveniente de dos fuentes:

El Sol: impulsa los procesos externos que tienen lugar en la atmósfera, la hidrosfera y la superficie de la Tierra, es decir los procesos exógenos.

El clima global, la circulación de los océanos y los procesos geológicos asociados son accionados en la superficie por la energía del Sol.

http://observatorio.info/1997/11/escape-del-sol/

El interior de la Tierra: el calor que queda de cuando se formó nuestro planeta y el calor que está siendo continuamente generado por la desintegración radiactiva impulsa los procesos internos que producen las erupciones volcánicas, los terremotos y la formación de montañas y océanos, conocidos como procesos endógenos.

http://biologiaygeologia4oja.blogspot.com/2011/01/tema-10-de-la-energia-interna-de-la_08.html

http://tecnologysea.blogspot.com/

Hidrósfera

La hidrósfera es una masa de agua dinámica que está en movimiento continuo, evaporándose de los océanos a la atmósfera, precipitándose sobre la Tierra y volviendo de nuevo al océano por medio de los ríos.

Fuente de energía El Sol

http://blogdepcpi.wordpress.com/2009/12/18/tema-3-pcpi-i-los-porcentajes-y-la-hidrosfera/

• El océano es el componente más destacado de la hidrosfera: cubre casi el 71% de la superficie terrestre y representa alrededor del 97,5% del agua del planeta.

• La hidrosfera también incluye el agua dulce de ríos, lagos y glaciares que proporcionan agua dulce y esculpen y crean muchos de los paisajes de nuestro planeta.

http://www.agua-mineral.net/670/distintos-tipos-de-agua-definiciones/

Hidrósfera

Atmósfera

• La Tierra está rodeada por una capa gaseosa denominada atmósfera, una capa delgada y tenue.

• Proporciona el aire que respiramos, nos protege del calor solar y de las radiaciones ultravioleta.

• Los intercambios de energía que se producen de manera continua entre la atmósfera y la superficie de la Tierra y entre la atmósfera y el espacio, producen los efectos que denominamos tiempo y clima.

• Sin la meteorización y la erosión, la superficie de nuestro planeta se parecería mucho a la de la luna, que no ha cambiado apreciablemente en casi 3 mil millones de años.

http://bibliotecadeinvestigaciones.wordpress.com/ciencias-de-la-tierra/las-capas-de-la-atmosfera-y-su-contaminacion/

La Tierra Sólida• Debajo de la atmósfera y los océanos se encuentra la Tierra sólida.

• Muchos accidente geográficos superficiales representan expresiones externas del comportamiento dinámico de los materiales que se encuentran bajo la superficie.

• Examinando los rasgos superficiales más destacados y su extensión global, podemos obtener pistas para explicar los procesos dinámicos que han conformado nuestro planeta.

http://www.viajejet.com/las-7-maravillas-naturales-del-mundo/las-7-maravillas-naturales-del-mundo-canon-del-colorado/

ESTRUCTURA INTERNA DE LA TIERRA

•Los estudios geofísicos nos proporcionan datos generales del planeta tierra (masa, momento de inercia, entre otros)

•El estudio del comportamiento de las ondas sísmicas en profundidad permite obtener datos de la composición y estructura interna de la tierra

•El estudio de meteoritos y el de las propiedades de otros planetas del Sistema Solar, permite realizar importantes interpretaciones de la composición y estructura interna de la tierra

ESTRUCTURA INTERNA DE LA TIERRAFormación de la estructura en capas de la Tierra

• A medida que se acumulaba el material para formar la Tierra, el impacto de los restos de la nebulosa y la desintegración de los elementos radiactivos provocó un aumento constante de la temperatura en nuestro planeta.

• En este periodo la Tierra alcanzó la temperatura suficiente para la fusión del Ni y el Fe. Esta fusión produjo gotas de metal que penetraron al centro del planeta, formándose el núcleo denso rico en Fe.

http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/1ESO/hidrosfe/origen.htm

El 1º periodo de calentamiento provocó otro proceso de diferenciación química:

La fusión formó masas flotantes de roca fundida que ascendieron hacia la superficie, donde se solidificaron y formaron la corteza primitiva.

Estos materiales estaban enriquecidos en oxígeno y elementos litófilos, especialmente Si y Al, con cantidades menores de Ca, Na, K, Fe y Mg.

http://eltamiz.com/2008/06/07/el-sistema-solar-la-tierra-ii/

• Algunos elementos pesados como el Au y el U, con bajos puntos de fusión o muy solubles en la masa fundida, fueron retirados al interior de la Tierra y se concentraron en la corteza en desarrollo.

• Este primer período de segregación química estableció las 3 divisiones básicas del interior de la Tierra:

• Núcleo rico en Fe• Corteza primitiva, muy delgada• Capa más gruesa de la Tierra,

denominada manto, que se encuentra entre el núcleo y la corteza.

http://www.librosvivos.net/smtc/pagporformulario.asp?idIdioma=ES&TemaClave=1030&pagina=6&est=1

Durante el proceso de diferenciación química, grandes cantidades de compuestos gaseosos escaparon del interior del planeta (como actualmente ocurre en las erupciones volcánicas).

Gracias a este proceso, la atmósfera primitiva fue evolucionando y dando lugar a la aparición de la vida.

http://groups.google.com/group/astronomia-fisica-y-misiones-espaciales/web/la-tierra

• Luego, la corteza primitiva se perdió a causa de la erosión y otros procesos geológicos, por lo que no disponemos de un registro de su composición.

• La corteza continental se formó de manera gradual durante los últimos 4.000 millones de años.

http://celismoctezuma.blogspot.com/2010/11/la-litosfera.html

• Formación de 3 capas por diferenciación química: corteza, manto y núcleo.

• Diferenciación de capas por sus propiedades físicas: carácter sólido o líquido y cuán dúctil o resistentes son. Estas son litósfera, astenósfera, mesósfera (manto inferior), núcleo externo y núcleo interno.

• El conocimiento de ambas diferenciaciones es esencial para la comprensión de los procesos geológicos básicos.

ESTRUCTURA INTERNA DE LA TIERRA

Capas definidas por su composición química

http://fotosdeculturas.blogspot.com/2010/10/dibujos-de-la-estructura-interna-de-la.html

La cortezaCapa rocosa externa, comparativamente fina, se divide en corteza oceánica y continental.

http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/1ESO/Astro/contenido18.htm

Capas definidas por su composición química

Corteza oceánica:

• Compuesta de rocas ígneas oscuras, llamadas basaltos. • Espesor de alrededor de 7 km.• Tiene una composición química relativamente homogénea.• Las rocas de la corteza oceánica son más jóvenes (180 millones de años o menos) y más densas (aprox. 3 g/cm3) que las rocas continentales.

http://www.physicalgeography.net/fundamentals/10j.html

Corteza continental:

• Su composición consta de muchos tipos de rocas. La parte superior tiene la composición media de una roca granítica (granodiorita), mientras la parte inferior es más parecida al basalto.

• Tiene un espesor promedio entre 35 y 40 km, aunque puede superar los 70 km en algunas regiones montañosas.

• Las rocas continentales tienen una densidad media de 2,7 g/cm3 y se han descubierto algunas cuya edad supera los 4.000 millones de años.

http://www.divediscover.whoi.edu/tectonics/tectonics-collide.html

• El límite entre la corteza y el manto representa un cambio de composición química.

• El tipo de roca predominante en la parte superior del manto es la peridotita con densidad de 3,3 g/cm3. También hay Dunitas (de densidad similar)

•A mayor profundidad esta roca cambia y adopta una estructura cristalina más compacta y, por lo tanto, una mayor densidad.

El MantoEl manto es una envoltura rocosa sólida que se extiende hasta unos 2.900 km de profundidad y corresponde al 82% del volumen de la Tierra.

•El Fe en superficie tiene una densidad de 8,8 g/cm3

•A las profundidades del núcleo, las presiones de confinamiento varían entre 2000 a 3000 kilobares, por lo que el material rico en Fe tiene una densidad media de cerca de 11 g/cm3.

El NúcleoSe cree que la composición del núcleo es una aleación de Fe y Ni con cantidades menores de O, Si y S, elementos que forman fácilmente compuestos con el hierro.

http://factoides.com.ar/post/1042594069/temperatura-nucle-tierra-superficie-sol

Capas definidas por su propiedades físicas

http://fotosdeculturas.blogspot.com/2010/10/dibujos-de-la-estructura-interna-de-la.html

La Tierra puede dividirse en 5 capas principales en función de sus propiedades físicas y, por lo tanto, según su resistencia mecánica:

•Litósfera•Astenósfera•Mesósfera (manto inferior)•Núcleo externo•Núcleo interno.

• El interior de la Tierra se caracteriza por un aumento gradual de la temperatura, la presión y la densidad con la profundidad.

Capas definidas por su propiedades físicas

• El interior de la Tierra ha retenido mucha de la energía adquirida durante sus años de formación, a pesar que el calor fluye continuamente hacia la superficie.

• El aumento de presión con la profundidad, provoca un incremento en la densidad de las rocas, afectando su comportamiento mecánico.

100 km profundidad Temperatura entre 1200 y 1400°C

Centro de la Tierra Temperatura > 6700°C

Gradiente Geotérmico

•Si la temperatura supera el punto de fusión de un material, sus enlaces químicos se rompen y ocurre la fusión.

• La presión aumenta con la profundidad y tiende a aumentar la resistencia de la roca.

• La fusión va acompañada por un aumento de volumen, esta ocurre a temperaturas mayores en profundidad debido al efecto de la presión confinante.

• El aumento de la presión con la profundidad produce también un aumento de la densidad. Así, un material puede comportarse como un sólido quebradizo, deformarse como plasticina o incluso fundirse y transformarse en líquido.

• Este nivel consta de materiales con propiedades químicas diferentes, pero actúa como una unidad de comportamiento rígido, porque es frío y resistente. •Tiene un espesor medio de unos 100 km, pudiendo llegar a 250 km bajo los continentes.

• No toda la litósfera se comporta como un sólido quebradizo, como las rocas en la superficie. Las rocas de la litósfera se vuelven progresivamente más calientes y dúctiles al aumentar la profundidad.

La litósfera Es la capa externa de la Tierra que comprende la corteza y el manto superior, formando un nivel relativamente rígido y frío.

La astenósferaEs una capa blanda, comparativamente plástica ubicada debajo de la litósfera, en el manto superior (a unos 600 km de profundidad).

• Su parte superior tiene condiciones de presión y temperatura que permiten la existencia de una porción de roca fundida. Dentro de esta zona muy dúctil, la litósfera está mecánicamente separada de la capa inferior. Como consecuencia, la litósfera se mueve independientemente de la astenósfera.

• A la profundidad de la astenósfera superior, las rocas están cercanas a la temperatura de fusión por lo que son fáciles de deformar. Es por esto que la astenósfera superior es blanda, pues se aproxima a su punto de fusión.

http://www.windows2universe.org/earth/images/earths_crust_gif_image.html&lang=sp

• En esta zona el aumento de la presión contrarresta los efectos de la temperatura más elevada y la resistencia de las rocas crece de manera gradual con la profundidad.

• A pesar de su resistencia, las rocas de la mesósfera están todavía muy calientes y son capaces de fluir de una manera muy gradual.

Mesósfera o manto inferior

Es una capa más rígida ubicada bajo la zona dúctil de la parte superior de la astenósfera, entre los 660 y 2900 km de profundidad.

• El núcleo externo es una capa líquida de 2270 km de espesor. Las corrientes convectivas del hierro metálico es esta zona son las que generan el campo magnético de la Tierra.

• El núcleo interno es una esfera con un radio de 1216 km. A pesar de su temperatura más elevada, el material del núcleo interno es más resistente que el del núcleo externo (debido a la gran presión) y se comporta como un sólido.

El núcleoEstá compuesto principalmente por una aleación de hierro y níquel, se divide en 2 regiones que muestran resistencias mecánicas muy distintas.

http://ingenieriasismicaylaconstruccioncivil.blogspot.com/2010/02/interior-de-la-tierra_17.html

MATERIAL ESTADO KM DENSIDAD (g/cm3)

TEMPERATURA

(° C)

PRESION (Kb)

LITÓSFERA

CORTEZA Y PARTE DEL

MANTO RÍGIDO

0 – 20 2.75

5 – 50 3.0

900

10

50 – 100

3.3ASTENOSFERA FUSION

PARCIAL (PLÁSTICA)

100 - 400 10

ZONA TRANSICIÓN

TRANSICIÓN 400 – 900

MANTO INFERIOR

SÓLIDO 900 – 2900

5.7 400

NUCLEO EXTERIOR

LÍQUIDO 2900 – 5100

9.4 – 11.5 2900 1400

NUCLEO INTERIOR

SÓLIDO? 5100 - 6370

15 5000

Disc. Conrad

Disc. Moho

Disc. Gutenberg

•Disc. Conrad (superficie discontinua, que separa la corteza continental en dos materiales. El primero constituido con rocas metamórficas e

ígneas granodióriticas. La segunda, por rocas de composición basáltica (Si, Al, Mg))•Disc. Mohorovicic (zona transición entre corteza y manto terrestre, cambia materiales menos densos (Si, Al, Ca, Na, K) y materiales rocoso

mas densos (Si, Fe, Mg). Onda sísmicas S y P cambian de velocidad bruscamente).•Disc. Gutenberg (entre manto y núcleo. No atraviesa las onda S y las ondas P disminuyen velocidad)•Los elementos principales de la corteza, en orden de aparición son (O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg)•Punto de Curie. Temperatura en la cual un material ferromagnético pierde su magnetismo. En el caso de magma, los minerales que están

cristalizando registran el campo magnético de ese momento

El Sistema Tierra

LA CORTEZA RESPONDE CONTINUAMENTE A LA FUERZA DE LA GRAVEDAD, Y MANTIENE

UN BALANCE GRAVITACIONAL O ISOSTASIA

TODO AJUSTE ISOSTÁTICO, ESTO ES LA TENDENCIA AL PUNTO DE EQUILIBRIO

GRAVITACIONAL ENTRE CORTEZA Y MANTO, HACE QUE LA PRIMERA DESPLACE EL MANTO

DE ACUERDO CON SU VOLUMEN Y DENSIDAD

LAGRAVEDAD ES LA FUERZA QUE CONTROLATODOS LOS AJUSTES ISOSTÁTICOS

CUALQUIER CAMBIO POR ADICIÓN O REMOCIÓNDE MATERIAL EN LA SUPERFICIE CAUSA UN

AJUSTE ISOSTÁTICO (los relieves montañosos altos tiene raíces profundas en el manto)

TODO TIPO DE CARGA O DESCARGA EN SUPERFICIE PRODUCE MOVIMIENTOS VERTICALES DE LA

LITÓSFERA.

• Tarbuck, E. y Lutgens, F. Ciencias de la Tierra: Una introducción a la Geología Física. 710 pag. Pearson Education. •http://www.geovirtual.cl/geologiageneral/ggcap02c.htm

•http://redescolar.ilce.edu.mx/educontinua/geografia/tierra_mueve/rocas_minerales/etapa4.htm

Referencias