Estructura Y Dinámica De La Tierra - Cniesrc's Blog

FRANCISCO JAVIER BARBA REGIDOREstructura y dinámica dela TierraIntroducción a los procesos geodinámicos globales2019

Estructura y dinámica de la Tierra20191. INTRODUCCIÓNLa Tierra es un planeta dinámico. Esta circunstancia, relativamente extraña en el contexto delSistema Solar, ha hecho de la Tierra un planeta diferente incluso entre los más parecidos a él,los denominados planetas terrestres o interiores.Fruto de esa dinámica, las cordilleras y los continentes que las soportan, los océanos y losvolcanes que los estiran, en su conjunto, han configurado, junto con los procesosmeteorológicos, todo un complejo de formas superficiales que son como un libro abierto de lapropia historia que lo ha construido.Sin embargo, nuestro conocimiento de toda esa dinámica y de la historia acaecida ha sufridoprofundos cambios en el breve plazo de los últimos 250 años, y, especialmente, en los últimosseis decenios. Desde Hutton a la actualidad, la ciencia geológica ha ido construyendo uncuerpo de doctrina cada vez más complejo -lo mismo o más que la misma historia del planeta-,que, con toda seguridad, será tanto o más complejo en las futuras próximas décadas. Latecnología de apoyo en el estudio de la estructura y de la dinámica terrestre ha proporcionadonovedosos e importantes datos, con imágenes notablemente inquietantes sobre el estadoprofundo de nuestro planeta y de las implicaciones que éste, y su evolución en el tiempo,pueden llegar a tener en los procesos superficiales. En definitiva, una imagen cambiante de laTierra.En la actualidad, algunas ideas tradicionales precisan de una reformulación, de unasimplificación acaso; a veces, de una ampliación o, por qué no, de una extirpación de losmanuales al uso, en donde sólo deben quedar como conceptos de uso ya obsoleto. Ladificultad de acercarnos a la actualidad de lo que hoy entendemos por estructura y dinámicaterrestre sugiere la necesidad de llevar a cabo una actualización en ese sentido. Esta es latarea que se va a iniciar a continuación.11

Estructura y dinámica de la Tierra201922

Estructura y dinámica de la Tierra20192. ESTRUCTURA TERRESTRE: NUEVOS MODELOS2.1. Las referenciasExisten numerosas referencias que nos acercan en los últimos casi cuarenta años a loscambios en la concepción de la estructura interna de la Tierra. No es fácilmente olvidable larecopilación titulada "Deriva Continental y Tectónica de Placas", llevada a cabo porH.Blume edic. en 1974, que, bajo la colección "Selecciones de Scientific American", tuvosucesivas reediciones en castellano hasta principios de los ochenta. Otra monografía de ciertointerés lo fue en su momento el número 86 de la revista Investigación y Ciencia, tituladoDinamismo terrestre (noviembre de 1983). Posteriormente, este texto fue sucesivamentereeditado, recogiéndose otros artículos que habían ido saliendo con posterioridad a aquél yque se referían a los aspectos dinámicos del planeta. El documento a que nos referimos, con eltítulo genérico "La Tierra: estructura y dinámica", fue editado bajo la selección de A. Udíasen 1988 por Prensa Científica, bajo la colección Libros de Investigación y Ciencia.Estas tres obras, recopilaciones a su vez de diversos artículos aparecidos en Investigación yCiencia hasta entonces, supusieron una pequeña revolución en el conjunto de losconocimientos que una buena parte de los profesores de Enseñanza Secundaria, que,habiendo iniciado su carrera docente antes de empezar a divulgarse la nueva teoría, tuvieronla oportunidad de conocer para empezar a tratar de ponerse al día en la nueva visión delplaneta.En este tiempo, además, se han venido editando en español por la Editorial Rueda una serie demanuales de uso bien conocido escritos por F. Anguita y algunos otros autores. Hasta aquí, eseviene a ser todo el bagaje de la información asequible y disponible en las librerías españolas.Cualquier intento para ponernos al día al respecto pasa irrevocablemente por la consulta detextos publicados especialmente en inglés y, ocasionalmente, en francés y sus filialesespañolas (Boillot, 1984; etc.). Una relación de algunas de estas referencias se incluye al finalen el capítulo de la Bibliografía.Algunas referencias más modernas acerca del tema hay que buscarlas en diferentes revistascientíficas. Unas, más generalistas (Science, Nature); otras, menos (Geology, TerraNova, etc.),pero todas ellas más elitistas que la ya mencionada y tradicional revista de divulgaciónInvestigación y Ciencia ("Scientific American") o su sucedánea francófona –y ya,desgraciadamente, desaparecida- Mundo Científico ("La Recherche").2.2. La estructura terrestre y la tecnologíaSe ha dicho que no hay ciencia sin tecnología; pero también que no puede haber revolucióntecnológica si la ciencia no contribuye a su desarrollo. Estamos, en consecuencia, ante undilema serio que conecta tan íntimamente la ciencia con la tecnología y ésta con la anteriorque prácticamente se nos muestran como un algo indisoluble. Si la gran revolución galileanade la Astronomía, por ejemplo, vino dada por el descubrimiento del telescopio comoherramienta de observación más precisa, la correspondiente al concepto que hoy tenemos dela Tierra y su interior -y su dinámica- ha venido dada por la creciente capacidad del serhumano de encontrar hasta en los sucesos catastróficos -los terremotos- la clave paradesentrañar los misterios del interior perturbado de ese mismo planeta. La sismología se nosha convertido en una de las más eficaces herramientas en este afán, y, junto con el estudio del33

Estructura y dinámica de la Tierra2019paleomagnetismo de las rocas, han sido las claves para explicarnos ciertas circunstancias depor qué los materiales geológicos están donde están y como están.2.2.1. Las primeras aproximaciones al conocimiento de la estructura interna de laTierra2.2.1.1. El momento de inercia y la densidad terrestre.La primera referencia acerca de cómo pueden variar las características físicas en el interior dela Tierra las encontramos en el momento de inercia, I, de la Tierra.En un cuerpo esférico, este parámetro viene dado por la expresión matemática I ZMR2, endonde M es la masa de ese cuerpo, R su radio y Z una constante cuyo valor es 2/3 si, en el casode un casquete esférico, toda su masa está concentrada en su superficie. Si, en cambio, la masase concentra en el centro, Z vale cero (Z 0). Si la densidad de la esfera es constante en todossus puntos, Z 2/5.Por ello, I nos da, por medio de Z, una idea de la concentración de masa respecto al centro delcuerpo. Si Z 2/5, la parte central será menos densa, por término medio, que la superficial, e,inversamente, en el caso de que Z 2/5, la parte central sería más densa en su conjunto que lasuperficial.Como en la Tierra Z 0'3306, esto es menor de 2/5, la densidad será, por término medio,mayor conforme nos acerquemos al centro.2.2.1.2. La variación de la densidad y de la presión en el interior terrestreContinuando con la metodología aportada por el método anterior, Bullen calculó lasdensidades en profundidad desde la parte superior del manto -donde supuso un valor de 3'32g/cm3, valor aproximadamente igual a la del olivino, mineral que creía constituyente de estazona-. A partir de estos datos, calculó la masa y el momento de inercia del manto. Luego,supuso que la densidad de la corteza era constante, deduciendo que su masa y su momento deinercia eran tan pequeños que los efectos sobre los cálculos siguientes resultarían mínimos.Restando las masas y los momentos de inercia de la corteza y el manto de las cantidadescorrespondientes a la totalidad de la Tierra, dedujo la masa y el momento de inercia delnúcleo. Asombrosamente, el valor de Znúcleo obtenido era de 0'57, esto es, más propio de uncuerpo con densidad decreciente con la profundidad.El propio Bullen reconocía que estos resultados no eran posibles; como veremos, las pruebassísmicas demuestran que el núcleo externo debe ser líquido, con lo que, gravitacionalmente,se puede comprender la inestabilidad de un líquido denso "flotando" sobre otro más ligero (!).Después de diversos análisis, se concluyó que casi con toda seguridad el valor de Z en elnúcleo debía ser de 0'385 a 0'390, que implica, en primer lugar que la densidad crecía con laprofundidad, y, en segundo lugar, que había algún error en la consideración de la densidad delmanto.La aceptación de un valor de Z para el núcleo menor de 0'4 implicaría una densidad para elmanto de hasta casi 37. Si el análisis de probabilidades de los tipos de rocas que pudieran sercompatibles con estos valores fue difícilmente concluyente en aquellos momentos, en laactualidad un incremento de este tipo puede ser entendido como debido a cambios en lascoordinaciones químicas de las fases minerales a medida que aumenta la profundidad y, portanto, la presión de carga.Un esquema actualmente aceptado de la distribución de las densidades en el interior terrestrese muestra en la figura 1, con un importante salto a los 2990 km de profundidad, límite queveremos marcado más adelante por medio de otros métodos de análisis.44

Estructura y dinámica de la Tierra2019Figura 1.Distribución de las densidades (banda de puntos) de los materiales geológicos en el interior de la Tierra y de lasvariaciones en la presión (línea quebrada).Extrapolando estos valores a las variaciones de la presión con la profundidad, la gráfica deBullen muestra la existencia de saltos equivalentes a los mostrados por las variaciones en ladensidad, lo que insiste en la heterogeneidad profunda del planeta, esto es, en su fuerteestructuración en capas separadas por superficies más o menos netas.2.2.2. La sismología y la tomografía sísmicaEl fundamento del método sísmico es bien conocido: los terremotos liberan energía partículaa partícula en forma de vibraciones profundas -las ondas profundas, P y S- que, al llegar a lasuperficie pueden, a la vez de descomponerse en ondas superficiales -y catastróficas-, llegar aser capturadas por sismógrafos más o menos eficaces que rápidamente puedenproporcionarnos datos de llegada de los trenes de onda que, una vez analizados y comparadoscon los registros de otras estaciones, nos suministrarán interesantes datos del retardo sufridopor las ondas sísmicas de profundidad, bien por haber recorrido caminos más largos, bien porhaber atravesado rocas menos dispuestas a dejar pasar esos trenes de onda, o todo locontrario.En efecto, la observación precisa del comportamiento de estas ondas aporta interesantesdeducciones de las variaciones de rigidez de las capas rocosas del interior terrestre. Ello vienedado por el hecho de que tanto la velocidad de propagación de las ondas P como la de lasondas S viene controlada directamente por el módulo de cizalla o "rigidez", , de modo que laexpresión de ambas velocidades es la siguiente (véase desarrollo en Udías y Mezcua, 1997, p.142a145):en donde Vp y Vs representan las velocidades respectivas de las ondas P y S, siendo K elcoeficiente volumétrico o de compresibilidad de las rocas, y p es la densidad de los materialesatravesados. Se deduce de aquí que la velocidad de ambas ondas depende directamente de larigidez, no de la densidad, de los materiales atravesados.De aquí, se puede deducir fácilmente que, sea cual sea el valor de K, de y de , Vp Vs. Esdecir, nos proporciona el fundamento de por qué las ondas P son más rápidas que las ondas S.Igualmente, se justifica que, en aquellos medios en que u sea nulo, las ondas S no se desplacen,pues su velocidad se anula.Además, como cualquier onda -de sonido, luminosa, etc.- que trate de pasar de un medio derigidez "x" a otro de rigidez "z", ésta tratará de hacerlo en función del ángulo de incidencia55