martes, 3 de mayo de 2011

LAS CAPAS DE LA TIERRA

EL NUCLEO

El núcleo de la Tierra es su esfera central, la más interna de las que constituyen la estructura de la Tierra. Está formado principalmente por hierro (Fe) y níquel (Ni). Tiene un radio de 3.486 km, mayor que el planeta Marte. La presión en su interior es millones de veces la presión en la superficie y la temperatura puede superar los 6.700 °C.1 Consta de núcleo externo líquido aunque no todos los geofísicos están de acuerdo con esto, y núcleo interno sólido. Anteriormente era conocido con el nombre de Nife debido a su riqueza en níquel y hierro.


Características
La densidad media de la Tierra es de 5.515 kg/m3, la mayor del Sistema Solar. Dado que la densidad media de los materiales de la superficie oscila entre 2.600 y 3.500 kg/m3, deben existir materiales más densos en el núcleo de nuestro planeta. La sismología aporta otras evidencias de la alta densidad del núcleo. Se calcula que la densidad media del núcleo es de 1.100 kg/m3.
Los meteoritos aportan datos sobre la composición del núcleo, ya que se cree que son restos del material a partir del cual se formó la Tierra. Hay meteoritos rocosos formados por rocas similares a las peridotitas y meteoritos metálicos compuestos por hierro y níquel; los primeros se consideran similares a las rocas que forman el manto terrestre, mientras que los segundos se supone que son representativos de la composición del núcleo. Según los últimos datos, el núcleo se compone de hierro con 5-10% de níquel y menores cantidades de elementos más ligeros, tal vez azufre y oxígeno.1
Subdivisiones del núcleo
Los datos sísmicos muestran que el núcleo está dividido en dos partes, un núcleo externo líquido de aproximadamente 2.270 km de grosor y un núcleo interno sólido con un radio de unos 1.220 km; ambos están separados por la discontinuidad de Lehmann.
Núcleo externo
Se cree que el núcleo externo es líquido y está compuesto de hierro mezclado con níquel y pocos rastros de elementos más ligeros. La mayoría de los científicos cree que la convección del núcleo externo, combinada con la rotación de dicho núcleo causada por la rotación de la Tierra (efecto de Coriolis), causan el campo magnético terrestre a través de un proceso explicado por la hipótesis de la dínamo.
Núcleo interno
El núcleo interno sólido fue descubierto en 1936 por Inge Lehmann y se cree que está compuesto principalmente por hierro hasta un 70%, de níquel 20% entre otros metales pesados como iridio, plomo y titanio; algunos científicos piensan que podría estar en la forma de un solo cristal de hierro extremadamente duro y pesado que forma una aleación. Especulaciones recientes sugieren que la parte más interna del núcleo está enriquecida por elementos muy pesados, con números atómicos por encima de 55, lo que incluiría oro, mercurio y uranio.
El núcleo interno sólido es demasiado caliente como para sostener un campo magnético permanente (ver temperatura de Curie) pero probablemente actúa como un estabilizador del campo magnético generado por el núcleo externo líquido.

EL MANTO

El manto terrestre es la capa de la Tierra que se encuentra directamente debajo de la corteza, prolongándose en profundidad hasta el límite exterior del núcleo (ocupa aproximadamente el 87% de la tierra). El manto terrestre se extiende desde cerca de 33 km de profundidad (o alrededor de 8 km en las zonas oceánicas) hasta los 2.900 km (transición al núcleo). La diferenciación del manto se inició hace cerca de 3.800 millones de años, cuando la segregación gravimétrica de los componentes del protoplaneta Tierra produjo la actual estratificación. La presión en la parte inferior del manto ronda los 140 GPa (unas 1.400.000 atmósferas). Se divide en dos partes: manto interno, sólido, elástico; y manto externo, fluido, viscoso.
El manto se diferencia principalmente de la corteza por sus características químicas y su comportamiento mecánico, lo que implica la existencia de una clara alteración súbita (una discontinuidad) en las propiedades físicas de los materiales, que es conocida como discontinuidad de Mohorovičić, o simplemente Moho, en homenaje a Andrija Mohorovičić, el geofísico que la descubrió. Esta discontinuidad marca la frontera entre la corteza y el manto.
Durante tiempo se pensó que la Moho representaba la frontera entre la estructura rígida de la corteza y la zona más plástica del manto, siendo la zona donde tendría lugar el movimiento entre las placas de la litosfera rígida y la astenosfera plástica. Sin embargo, estudios recientes han demostrado que esa frontera se ubica mucho más abajo, en pleno manto superior, a una profundidad del orden de los 70 km bajo la corteza oceánica y de los 150 km bajo la corteza continental. Así, el manto que se sitúa inmediatamente debajo de la corteza está compuesto por materiales relativamente fríos (aprox. 100°C), rígido y fundido con la corteza, a pesar de estar separado de ella por la Moho. Ello demuestra que la Moho es en realidad una discontinuidad composicional y no una zona de separación dinámica.

Composición

La principal alteración mecánica en la Moho se evidencia en la velocidad de las ondas sísmicas, que aumenta sustancialmente, dada la mayor densidad de los materiales del manto (ya que la velocidad de propagación de una vibración es proporcional a la densidad del material). Esa mayor densidad resulta, además del efecto del aumento de la presión, de las diferencias en su composición química, que es en realidad el principal elemento diferenciador entre corteza y manto: los materiales del manto son muy ricos en minerales máficos de hierro y magnesio, especialmente olivino y piroxeno. Debido al aumento de la proporción relativa de esos minerales, las rocas del manto —peridotita, dunita y eclogita— comparadas con las rocas de la cortezas, se caracterizan por un porcentaje de hierro y magnesio mucho mayor, en detrimento del silicio y del aluminio.
El cuadro siguiente da una composición aproximada de los materiales del manto en porcentaje de su masa total (% ponderal). Nótese que la composición del manto puede no ser uniforme, siendo de esperar un aumento gradual de la proporción Fe/Mg con la profundidad; se estima que varíe de 0,25 en el manto superior a 0,6 en el manto inferior.
Subdivisiones del manto
Si bien no existen diferencias marcadas ni discontinuidades obvias en el interior del manto, pero sí gradientes que reflejan el aumento de la presión y de la temperatura, es común dividir el manto en dos capas:
  • el manto superior (de la Moho a los 650 km de profundidad); y
  • el manto inferior (de los 650 km de profundidad al límite externo del núcleo).
Manto superior
El manto superior (o manto externo) se inicia en la Moho, que está a una profundidad media de 6 km bajo la corteza oceánica y a una profundidad media de 35,5 km bajo la corteza continental, aunque puede alcanzar en ésta última profundidades superiores a 400 km en las zonas de subducción.
Las velocidades de las ondas sísmicas medidas en esta capa son típicamente de 8,0 a 8,2 km/s, que son mayores que las registradas en la corteza inferior (6,5 a 7,8 km/s). Los datos geofísicos demuestran que entre 50 y 200 km (o más en las zonas de subducción) de profundidad ocurre una disminución en la velocidad de las ondas P (longitudinales) y una fuerte atenuación de las ondas S (transversales), de ahí que esta región sea conocida como zona de baja velocidad.
Evidencias basadas en datos geofísicos, geológicos y petrológicos, y la comparación con cuerpos extraterrestres, indican que la composición del manto superior es peridotítica. Las peridotitas son una familia de rocas ultrabásicas, mayoritariamente compuestas por olivino magnésico (aprox. un 80%) y piroxeno (aprox. un 20%). Aunque son raras en la superficie, las peridotitas afloran en algunas islas oceánicas, en capas levantadas por la orogénesis y en raras kimberlitas.
Experiencias de fusión de peridotitas muestran que su fusión parcial puede originar los basaltos oceánicos en las condiciones de presión y temperatura existentes en el manto superior. Este proceso ocurre probablemente en la zona de baja velocidad, lo que explica la reducción de las velocidad sísmica por la fusión parcial de los materiales.
Los estudios efectuados en ofiolitas y en la litosfera oceánica demuestran que la formación de la corteza oceánica (con sus escasos 5 km de espesor medio) se efectúa a partir de la porción más superficial del manto superior. El grado de fusión parcial debe alcanzar los 25%, lo que empobrece a esta zona en componentes de temperatura de fusión baja. Existen pruebas indirectas de que el manto se vuelve menos empobrecido en silicatos con el aumento de la profundidad.
Las peridotitas del tipo granate-lherzolita (60% olivino, 30% orto y clinopiroxenos, y 10% espinelas, granates y plagioclasas), representan probablemente las peridotitas del manto primitivo, que al sufrir fusión parcial, originan magmas basálticos, dejando como residuos harzburgitas (80% olivino, 20% ortopiroxenos) y dunitas (olivino). Teniendo en cuenta las relaciones de presión y temperatura, la conclusión es que en profundidades menores la mineralogía está dominada por el complejo plagioclasa-lherzolita (que se encuentra frecuentemente en en ofiolitas) y que, con el aumento de la presión, pasará a dominar el complejo espinela-lherzolita (que forma a veces nódulos en basaltos alcalinos). En presiones mayores, la mineralogía más estable es la del complejo granate-lherzolita (que forma nódulos en kimberlitas).
Manto inferior
El manto inferior (o manto interno) se inicia cerca de los 650 km de profundidad y se extiende hasta a la discontinuidad de Gutemberg, situada a 2.700 - 2.890 km de profundidad, en la transición al núcleo. El manto inferior está separado de la astenosfera por la discontinuidad de Repetti, siendo pues una zona esencialmente sólida y de muy baja plasticidad.
La densidad en esta región aumenta linealmente de 4,6 a 5,5. Aparentemente, en el manto inferior no ocurre ningún cambio de fase importante, a pesar de que se dan pequeños gradientes en la velocidad de propagación de las ondas sísmicas a los 1.230 km y 1.540 km de profundidad. De esta forma, se cree que el aumento en la velocidad de las ondas sísmicas debe ocurrir principalmente como resultado de la compactación de un material de composición uniforme. Se han propuesto varios modelos que sugieren que el manto inferior contiene más hierro que el manto superior.
La temperatura varía de 1.000º C a 3.000° C, aumentando con la profundidad y con el calor producido por la desintegración radioactiva y por conducción a partir del núcleo externo (donde la producción de calor por fricción que experimentan los flujos que generan el geomagnetismo es grande).

LA LITOSFERA O LITÓSFERA

La litosfera o litósfera (del griego litos, "piedra" y σφαίρα, "esfera") es la capa superficial de la Tierra sólida, caracterizada por su rigidez. Está formada por la corteza terrestre y por la zona contigua, la más externa, del manto residual, y «flota» sobre la astenósfera, una capa «blanda» que forma parte del manto superior. Es la zona donde se produce, en interacción con la astenósfera, la tectónica de placas.
La litosfera está fragmentada en una serie de placas tectónicas o litosféricas, en cuyos bordes se concentran los fenómenos geológicos endógenos, como el magmatismo (incluido el vulcanismo), la sismicidad o la orogénesis. Las placas pueden ser oceánicas o mixtas, cubiertas en parte por corteza de tipo continental.
  • Litosfera térmica. Bajo este concepto la litosfera constituye la capa límite superior fría de la convección del manto. En otras palabras la litosfera se diferencia térmicamente de la astenósfera por ser conductiva (y no convectiva) y por poseer un gradiente geotérmico elevado. Algunos autores proponen que el límite inferior de la litosfera se encuentra en la isoterma 600 °C, debido a que a partir de esta temperatura el olivino comienza a ser dúctil (o plástico).
  • Litosfera sísmica. La base de la litosfera se caracteriza por una reducción en la velocidad de propagación de las ondas S y una elevada atenuación de las ondas P. Esta definición tiene la ventaja que es fácilmente detectable a través de estudios sismológicos.
Las litosferas térmica y sísmica tienen espesores equivalentes. En general, el espesor de la litosfera elástica es mayor a los otros dos.

LA TROPOSFERA

La troposfera es la capa más baja de la atmósfera de la Tierra. La troposfera comienza a nivel del suelo y sube a una altura de 7 a 20 kilómetros (4 a 12 millas, ó 23 000 a 65 000 pies) sobre el nivel del mar. La mayor parte de la masa (cerca de 75-80%) de la atmósfera está en la troposfera. Casi todos los estados del tiempo ocurren en esta capa. El aire es más caliente en la parte inferior de la troposfera cerca del nivel del suelo. Más arriba, el aire se enfría. La presión y la densidad del aire también son menores en elevadas altitudes. La capa sobre la troposfera se llama la estratosfera.
Casi todo el vapor de agua y párticulas de polvo de la atmósfera se encuentran en la troposfera. Es esto por lo que la mayoría de las nubes también se encuentran en esta capa más baja. La parte inferior de la troposfera, justo sobre la superficie de la tierra, se llama la "capa límite". En lugares donde la superficie de la Tierra tiene "relieve" (montañas, bosques) los vientos en la capa de límite están mezclados. En lugares con superficies lisas (sobre el agua o hielo) los vientos son más fluidos. Los vientos sobre la capa límite no son muy afectados por las superficies.
La troposfera se calienta desde abajo. La luz del sol calienta la Tierra u océano, lo que a su vez irradia calor hacia el aire sobre ella. Este aire caliente tiende a elevarse. Esto mantiene "mezclado" el aire de la troposfera. La parte superior de la troposfera es bastante fría. ¡La temperatura allí es de aproximadamente -55° C (- 64° F)! A medida que se sube, el aire también se hace más "ligero". Es por esto que los escaladores de montaña a veces necesitan el oxígeno embotellado para poder respirar.
El límite entre la parte superior de la troposfera y la estratosfera (la capa sobre ella) se llama tropopausa. La altura de la tropopausa depende de la latitud, estación, si es de día o de noche. Cerca del ecuador, la tropopausa tiene cerca de 20 kilómetros (12 millas ó 65 000 pies) sobre el nivel del mar. En invierno, cerca de los polos, la tropopausa es mucho más baja. Tiene cerca de 7 kilómetros (4 millas ó 23 000 pies) de alto. La corriente de aire está debajo de la tropopausa. ¡Este "río de aire" se desplaza a 400 km/hr (250 mph)!

LA ESTRATOSFERA O ESTRATÓSFERA

La estratosfera o estratósfera es una de las capas más importantes de la atmósfera, esta se sitúa entre la troposfera y la mesosfera, y se extiende desde unos 11 hasta unos 50 km de la superficie. La temperatura aumenta progresivamente desde los -55 °C de la tropopausa hasta alcanzar los 0 °C de la estratopausa, aunque según algunos autores puede alcanzar incluso los 17 °C o más. Es decir, en esta capa la temperatura aumenta con la altitud, al contrario de lo que ocurre en las capas superior e inferior. Esto es debido principalmente a la absorción de las moléculas de ozono que absorben radiación electromagnética en la región del ultravioleta.
En la parte baja de la estratósfera la temperatura es relativamente estable, y en toda la capa hay muy poca humedad.
La estratósfera es una región en donde se producen diferentes procesos radiactivos, dinámicos y químicos. La mezcla horizontal de los componentes gaseosos se produce mucho más rápidamente que la mezcla vertical.
A una altura aproximadamente de 2.5 veces la altura del Everest y unas 50 veces el Empire State de New York sólo algunos aviones como el Mig-31 ruso pueden volar. Cerca del final de la Estratósfera se encuentra la capa de ozono que absorbe la mayoría de los rayos ultravioleta del Sol.

 LA MESOSFERA

Parte de la atmósfera situada por encima de la estratosfera y por debajo de la termosfera. En la mesosfera la temperatura va disminuyendo a medida que se aumenta la altura, hasta llegar a unos -80 °C a los 80 kilómetros aproximadamente. Se extiende desde la estratopausa (zona de contacto entre la estratosfera y la mesosfera) hasta una altura de unos 80 km donde la temperatura vuelve a descender hasta unos -70 °C u -80 °C.
La mesosfera es la tercera capa (3º) de la atmósfera de la Tierra. La temperatura disminuye a medida que se sube, como sucede en la troposfera. Puede llegar a ser hasta de -90° C. Es la zona más fría de la atmósfera.
La mesosfera, que se extiende entre los 50 y 80 km de altura, contiene sólo cerca del 0,1% de la masa total del aire. Es importante por la ionización y las reacciones químicas que ocurren en ella. La baja densidad del aire en la mesosfera determina la formación de turbulencias y ondas atmosféricas que actúan a escalas espaciales y temporales muy grandes. La mesosfera es la región donde las naves espaciales que vuelven a la Tierra empiezan a notar la estructura de los vientos de fondo, y no sólo el freno aerodinámico. También en esta capa se observan las estrellas fugaces que son meteoroides que se han desintegrado en la termosfera.
La mesosfera forma parte de la atmósfera terrestre, está entre la estratósfera y la ionosfera, en ella se encuentran meteoritos

 LA IONOSFERA O IONÓSFERA

La ionosfera o ionósfera es la parte de la atmósfera terrestre ionizada permanentemente debido a la fotoionización que provoca la radiación solar. Se sitúa entre la mesosfera y la exosfera, y en promedio se extiende aproximadamente entre los 80 km y los 500 km de altitud, aunque los límites inferior y superior varían según autores y se quedan en 80-90 y 600-800 km respectivamente. Por otra parte, algunos consideran que la alta ionosfera constituye el límite inferior de la magnetosfera, solapándose ligeramente ambas capas (entre los 500 y 600-800km). La ionosfera también se conoce como termosfera4 por las elevadas temperaturas que se alcanzan en ella debido a que los gases están en general ionizados. Si el sol está activo, las temperaturas en la termosfera pueden llegar a 1.500 °C; sin embargo, estas elevadas temperaturas no se corresponden con la sensación de calor que tendríamos en la troposfera porque en la termosfera la densidad es muchísimo más baja. Los gases aparecen ionizados porque esta capa absorbe las radiaciones solares de menor longitud de onda (rayos gamma y rayos X) que son altamente energéticos.
Entre las propiedades de la ionosfera, encontramos que esta capa contribuye esencialmente en la reflexión de las ondas de radio emitidas desde la superficie terrestre, lo que posibilita que éstas puedan viajar grandes distancias sobre la Tierra gracias a las partículas de iones (cargadas de electricidad) presentes en esta capa. Además, en esta capa se desintegran la mayoría de meteoroides, a una altura entre 80 y 110 km, debido al rozamiento con el aire y dan lugar a meteoros o estrellas fugaces.
Pero las estrellas fugaces no son el único fenómeno luminoso que ocurre en esta capa. En las regiones polares las partículas cargadas portadas por el viento solar son atrapadas por el campo magnético terrestre incidiendo sobre la parte superior de la ionosfera y dando lugar a la formación de auroras.
Características
La ionosfera es un sistema dinámico, en constante cambio, gobernado por múltiples parámetros, de los cuales tienen una influencia destacable todas las variaciones que se producen en la atmósfera, como:
  • La variación de las condiciones meteorológicas,
  • Las emisiones electromagnéticas
  • Las variaciones que se producen en el campo magnético terrestre.
Por lo tanto se puede considerar a la ionosfera como un monitor de gran precisión de los cambios atmosféricos. De hecho se han realizado numerosos estudios para, por ejemplo, medir las variaciones ionosféricas y emplearlas para predecir de los terremotos que se producirán en la tierra.
Un caso real de aplicación de estas medidas fue el terremoto de mayo de 1960 en Chile, donde se detectó en la ionosfera, con 6 días de antelación, un aumento en la generación de Emisiones Electromagnéticas.
El método más preciso actualmente para medir esas variaciones ionosféricas son los ionogramas.
Para tratar cada una de las peculiaridades que acontecen en la ionosfera, ésta se estructuró en una serie de regiones.

LA EXOSFERA O EXÓSFERA

La exosfera o exósfera es la capa de la atmósfera terrestre en la que los gases poco a poco se dispersan hasta que la composición es similar a la del espacio exterior. Es la última capa de la atmósfera, se localiza por encima de la termosfera, aproximadamente a unos 600 km de altitud, en contacto con el espacio exterior, donde existe prácticamente el vacío. Es la región atmosférica más distante de la superficie terrestre. En esta capa la temperatura no varía y el aire pierde sus cualidades físico–químicas.
Su límite inferior se localiza a una altitud generalmente de entre 600 y 700 km, aproximadamente. Su límite con el espacio llega en promedio a los 10.000 km por lo que la exosfera está contenida en la magnetosfera (500-60.000 km), que representa el campo magnético de la Tierra. En esa región, hay un alto contenido de polvo cósmico que cae sobre la Tierra y que hace aumentar su peso en unas 20.000 toneladas. Es la zona de tránsito entre la atmósfera terrestre y el espacio interplanetario y en ella se pueden encontrar satélites meteorológicos de órbita polar.
En la exosfera, el 'concepto popular' de temperatura desaparece, ya que la densidad del aire es casi despreciable; además contiene un flujo o bien llamado plasma, que es el que desde el exterior se le ve como los Cinturones de Van Allen. Aquí es el único lugar donde los gases pueden escapar ya que la influencia de la fuerza de la gravedad no es tan grande. En la exosfera también se encuentran los satélites artificiales.
Está constituida por materia plasmática. En ella la ionización de las moléculas determina que la atracción del campo magnético terrestre sea mayor que la del gravitatorio (de ahí que también se la denomina magnetosfera).
Por lo tanto, las moléculas de los gases más ligeros poseen una velocidad media que les permite escapar hacia el espacio interplanetario sin que la fuerza gravitatoria de la Tierra sea suficiente para retenerlas.
Los gases que así se difunden en el vacío representan una pequeñísima parte de la atmósfera terrestre.

Publicado por en

No hay comentarios:

Publicar un comentario

Suscribirse a: Enviar comentarios (Atom)