Estructura de la Tierra
estructura interna del planeta Tierra, que consta de varias capas esféricas concéntricas
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La estructura de la Tierra está formada por capas esféricas concéntricas: una corteza sólida de silicatos exterior, una astenosfera y un manto altamente viscosos, un núcleo externo líquido (mucho menos viscoso que el manto) y un núcleo interno sólido.[1] La comprensión científica de la estructura interna de la Tierra se basa en observaciones de topografía y batimetría, el estudio de rocas en afloramientos, muestras traídas a la superficie desde grandes profundidades por volcanes o actividad volcánica, el análisis de las ondas sísmicas que atraviesan el interior del planeta, las mediciones de los campos gravitacionales y magnéticos planetarios, y los experimentos con sólidos cristalinos a presiones y temperaturas características del interior profundo.[2]
| Estructura de la Tierra | ||
|---|---|---|
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| Capas internas de la Tierra | ||
| Discontinuidades globales | ||
| Discontinuidades regionales | ||
Evolución de la superficie
Pangea y la deriva continental
Hace aproximadamente 270 millones de años, existía un supercontinente llamado Pangea (que incluía casi todos los continentes de la Tierra) que cubría un tercio de la superficie planetaria, y el océano mundial Panthalassa lo rodeaba.[3] La fragmentación del supercontinente comenzó hace aproximadamente 200 millones de años (a principios del Jurásico), proceso del cual surgieron los continentes actuales (Asia, África, América del Norte, América del Sur, la Antártida, Europa y Australia) y los cinco océanos (Pacífico, Atlántico, Índico, Antártico y Ártico).[4] La teoría de la deriva continental, propuesta por Alfred Wegener a principios del siglo XX, fue el precursor de la moderna tectónica de placas.[5]
Características físicas
Masa, volumen y densidad
| Capa | Porcentaje en masa |
|---|---|
| Corteza | 0.473 |
| Manto | 67.3 |
| Núcleo externo | 30.8 |
| Núcleo interno | 1.7 |
La masa de la Tierra es aproximadamente 5.9722 × 1024 kg,[6] con un volumen cercano a 1.08321 × 1012 km³ y una densidad media de 5.513 g/cm³, lo que la convierte en el planeta más denso del sistema solar.[7] Si no hubiera compresión gravitacional, Mercurio sería el planeta más denso.[8]
La Tierra es el más grande de los cuatro planetas interiores (rocosos), pero es muy pequeño en comparación con los gigantes gaseosos. Mercurio es el planeta más pequeño del sistema solar y tiene aproximadamente el 4.5% del tamaño (volumen) de la Tierra. Venus tiene aproximadamente el 86% del tamaño de la Tierra y es el planeta más cercano a ella. Marte tiene aproximadamente el 15% del tamaño de la Tierra. Júpiter es el planeta más grande y puede albergar 1.321 planetas del tamaño de la Tierra en su volumen.[9] Saturno es el segundo más grande, con capacidad para 764 planetas del tamaño de la Tierra.
Gravedad de la Tierra
La gravedad es la fuerza de atracción universal que ejerce la Tierra sobre todos los objetos. A principios del siglo XVI, astrónomos como Galileo Galilei y Tycho Brahe establecieron el modelo heliocéntrico, y Johannes Kepler demostró que los planetas giran en órbitas elípticas alrededor del Sol. Fue Isaac Newton quien formuló la ley de gravitación universal, explicando que la misma fuerza que hace caer una manzana mantiene a la Luna en órbita.[10] En la Tierra, todos los objetos tienen peso debido a la atracción gravitatoria, que es proporcional a su masa.
La fuerza ejercida por la gravedad terrestre se utiliza para calcular la masa de la Tierra. Los astrónomos también pueden calcular la masa de la Tierra observando el movimiento de los satélites en órbita.[11] La gravedad estándar en la superficie terrestre es de 9.80665 m/s² (aproximadamente 32.1740 ft/s²). Este valor es la gravedad promedio a 45° de latitud al nivel del mar y se utiliza en cálculos de ingeniería. La gravedad varía por varias razones:[12]
- Rotación de la Tierra: la fuerza centrífuga reduce la gravedad aparente, por lo que una persona pesa ligeramente menos en el ecuador que en los polos. La rotación afecta la gravedad en aproximadamente 0.03 m/s².
- Altitud: a mayor altitud, los objetos están más lejos del centro de la Tierra, lo que reduce la gravedad. A 1,000 metros de altura, la gravedad disminuye aproximadamente 0.0001 m/s².
- Variaciones de densidad del subsuelo: la gravedad es función de la masa local; la presencia de rocas densas (como minerales de hierro) o menos densas (como cuencas sedimentarias) causa anomalías gravimétricas.
- Efectos de marea: las atracciones gravitacionales del Sol y la Luna provocan variaciones periódicas muy pequeñas en la gravedad (aproximadamente 0.0000003 m/s²).
Elementos y compuestos constituyentes
La Tierra está compuesta de minerales, lava, líquidos y compuestos volátiles. El oxígeno es el elemento más abundante en la parte rocosa del planeta (corteza y manto). Además del oxígeno, la mayoría de las rocas son silicatos. Solo algunas rocas sedimentarias, como la caliza, carecen de silicio pero contienen oxígeno en forma de carbonatos. Estas rocas se encuentran cerca de la superficie de la corteza. Los principales compuestos de la corteza y el manto son óxidos: dióxido de silicio (SiO2), óxido de aluminio (Al2O3), óxido de magnesio (MgO), óxido de hierro (FeO), óxido de calcio (CaO), óxido de sodio (Na2O) y óxido de potasio (K2O).[13]
Algunos elementos de la estructura terrestre se conocen como elementos de tierras raras o metales de tierras raras (REE, por sus siglas en inglés). Estos incluyen: escandio (Sc), itrio (Y), lantano (La), cerio (Ce), praseodimio (Pr), neodimio (Nd), prometio (Pm), samario (Sm), europio (Eu), gadolinio (Gd), terbio (Tb), disprosio (Dy), holmio (Ho), erbio (Er), tulio (Tm), iterbio (Yb) y lutecio (Lu).[14] Cuando se alean con otros metales, algunos pueden mejorar las propiedades magnéticas, la resistencia a altas temperaturas y otras características. Por ejemplo, los imanes de alta resistencia (neodimio-hierro-boro, NdFeB) son esenciales en muchas tecnologías modernas.[15]
| Elemento | Símbolo | Corteza | Manto | Núcleo | Total |
|---|---|---|---|---|---|
| Hierro | |||||
| Oxígeno | |||||
| Silicio | |||||
| Magnesio | |||||
| Azufre | |||||
| Níquel | |||||
| Calcio | |||||
| Aluminio | |||||
| Sodio | |||||
| Potasio | |||||
| Otros elementos |
Estructuras externas de la Tierra
Magnetósfera
La magnetósfera de la Tierra es la región del espacio que rodea al planeta donde las partículas cargadas del viento solar interactúan con el campo magnético terrestre. La presión del viento solar comprime la magnetosfera en el "lado diurno" (orientado al Sol) a aproximadamente 10 radios terrestres (unos 63,700 km). En el "lado nocturno", la magnetosfera se extiende formando una larga cola magnética (magnetotail) que puede alcanzar cientos de radios terrestres.[17] Las partículas cargadas atrapadas en la magnetosfera interactúan con la atmósfera superior cerca de los polos, creando las auroras boreales y australes.[18]
Capas superficiales (Geosfera)
Las tres capas composicionales de la superficie de la Tierra son:
- Litosfera: la capa rocosa sólida que comprende la corteza y la parte superior del manto. Incluye los continentes y las islas, también conocida como tierra firme.
- Hidrosfera: comprende todos los cuerpos de agua dulce o salada (océanos, mares, lagos, ríos, aguas subterráneas, glaciares). Cubre aproximadamente el 71% de la superficie terrestre.[19]
- Atmósfera: la capa de gases que rodea la Tierra, compuesta principalmente por nitrógeno (78%) y oxígeno (21%).[20]
Litósfera
La litosfera es la capa exterior sólida de la Tierra, formada por la corteza y la porción superior del manto. Se extiende desde la superficie hasta una profundidad de entre 50 y 280 km (31 a 174 millas). La variación en el espesor se debe a la diferencia entre la corteza oceánica (más delgada, de 5-10 km) y la corteza continental (más gruesa, de 25-70 km).[21]
Deriva continental y placas tectónicas
A principios del siglo XX, el científico alemán Alfred Wegener propuso la teoría de que los continentes estaban en movimiento, a la que denominó deriva continental. Wegener observó que la costa occidental de África y la oriental de Sudamérica encajaban como piezas de un rompecabezas. No fue el primero en notarlo, pero fue el primero en reunir abundante evidencia geológica y biológica para apoyar la idea. Por ejemplo, fósiles del antiguo reptil Mesosaurus (de aproximadamente 1 metro de longitud) se han encontrado tanto en Sudáfrica como en América del Sur, pero este animal no podía nadar largas distancias a través del Océano Atlántico.[22]
Wegener propuso que todos los continentes estuvieron unidos en un supercontinente al que llamó Pangea (del griego "todas las tierras").[23]
 | |
| Nombre | Tamaño (km²) |
|---|---|
| color #fc3305 Asia | 44 391 162 |
| color #f5ec03 África | 30 244 049 |
| color #02ea38 Norteamérica | 24 247 339 |
| color #02a220 Sudamérica | 17 821 029 |
| color #2461fc Antártida | 14 245 000 |
| color #b40425 Europa | 10 354 636 |
| color #c50c9c Oceanía | 7 686 884 |
El colapso de Pangea comenzó hace aproximadamente 200 millones de años durante el Jurásico. Los pasos principales fueron:[24]
- Hace ~180 millones de años: formación del Océano Atlántico central entre el noroeste de África y América del Norte, y del suroeste del Océano Índico entre África y la Antártida.
- Hace ~140 millones de años: separación de África y América del Sur, formándose el Atlántico Sur.
- Hace ~80 millones de años: América del Norte se separa de Europa; Australia se separa de la Antártida; la India se separa de Madagascar.
- Hace ~50 millones de años: colisión de la India con Eurasia, formando la cordillera del Himalaya.
Continentes y océanos
Actualmente se reconocen siete continentes: Asia, África, América del Norte, América del Sur, Europa, Australia y la Antártida. Algunos geógrafos combinan Asia y Europa en un solo continente (Eurasia), resultando en seis continentes. En algunos lugares se enseñan cinco continentes: Eurasia, Australia, África, la Antártida y las Américas. El concepto de continente no es puramente físico sino también cultural: por ejemplo, Asia y Europa son una única masa terrestre (Eurasia), pero se consideran continentes separados por razones históricas y culturales.[25] Las islas cercanas a los continentes suelen considerarse parte de ese continente (por ejemplo, Groenlandia es políticamente parte de Europa pero geográficamente parte de América del Norte). Algunas islas, como Nueva Zelanda, Hawái y las islas de Polinesia, no se consideran parte de ningún continente; la región del Pacífico junto con Australia se denomina Oceanía.
El Monte Everest, con 8,850 metros (29,035 pies) sobre el nivel del mar, es el punto más alto de la Tierra. Se encuentra en el Himalaya, en la Región Autónoma del Tíbet (China), Asia.[26]
Los océanos cubren el 71% de la superficie de la Tierra y son fundamentales para la vida y la regulación del clima. Los cinco océanos interconectados son:[27]
 | |
| Nombre | Tamaño (km²) |
|---|---|
| Océano Pacífico | 155 557 000 |
| Océano Atlántico | 76 762 000 |
| Océano Índico | 68 556 000 |
| Océano Antártico | 20 337 000 |
| Océano Ártico | 14 056 000 |
La Fosa de las Marianas es el punto más bajo de la superficie de la Tierra, alcanzando una profundidad de 10,924 metros (35,840 pies) bajo el nivel del mar en su punto más profundo (el Challenger Deep). Se encuentra en el Océano Pacífico occidental.[28]
Accidentes geográficos
Los accidentes geográficos pueden ser de gran escala (montañas, colinas, mesetas, llanuras) o de menor escala (buttes, cañones, valles, cuencas hidrográficas). Son el resultado de procesos tectónicos (movimiento de placas, levantamiento) y de la erosión (agua, viento, hielo). Ambos procesos actúan durante largos períodos, a veces millones de años.[29]
Los principales tipos de relieve incluyen:
- Relieve montañoso: elevaciones altas y prominentes, con pendientes pronunciadas y cumbres (picos). Las montañas suelen formar largas cadenas o cordilleras. Ejemplo: los Andes en Sudamérica, el Himalaya en Asia.
- Relieve continental: elementos de la topografía terrestre, como montañas (incluyendo conos volcánicos), mesetas y valles.
- Relieve fluvial: resultado del movimiento del agua. Incluye formas sedimentarias (llanuras de inundación, abanicos aluviales, deltas) y erosivas (valles, quebradas, cañones). El Gran Cañón del Colorado es un ejemplo espectacular de relieve fluvial erosivo.[30]
- Relieve glaciar: formado por la acción de los glaciares. Durante la última glaciación (que terminó hace unos 15,000-20,000 años), más del 30% de la superficie terrestre estaba cubierta de hielo. Ejemplos: fiordos, valles en U, morrenas.[31]
- Relieve costero y oceánico: formado por la acción de las olas y las corrientes marinas (playas, acantilados, arrecifes). El fondo oceánico presenta vastas cordilleras (dorsales oceánicas), llanuras abisales, fosas y montes submarinos.[32]
- Relieve volcánico: generado por erupciones volcánicas, incluye volcanes, calderas, domos de lava y mesetas basálticas.
- Relieve eólico: formado por la erosión o sedimentación del viento, común en regiones áridas. Ejemplos: dunas de arena, pavimento desértico, yardangs.[33]
Impacto humano
El Antropoceno es el nombre propuesto para una nueva era geológica (no oficialmente reconocida por la Comisión Internacional de Estratigrafía) que se caracteriza por el impacto significativo de la actividad humana en la geología y los ecosistemas de la Tierra. El inicio del Antropoceno se ha propuesto en la segunda mitad del siglo XVIII (coincidiendo con la Revolución Industrial), aunque otras propuestas lo sitúan a mediados del siglo XX (la "Gran Aceleración" posterior a la Segunda Guerra Mundial).[34] Los cambios antropogénicos incluyen la modificación de la superficie terrestre (urbanización, deforestación, agricultura), la alteración de la atmósfera (cambio climático, capa de ozono), la acidificación de los océanos y la alteración de los ciclos biogeoquímicos (nitrógeno, fósforo, carbono).[35]
Atmósfera
La atmósfera terrestre es la capa gaseosa que rodea la Tierra, siendo la capa más externa y menos densa del planeta. Está constituida por una mezcla de gases llamada aire. El 75% de la masa atmosférica se encuentra en los primeros 11 km de altura desde la superficie del mar.[36] Los principales gases son el nitrógeno (78%) y el oxígeno (21%), seguidos del argón, el dióxido de carbono y el vapor de agua.[37]
Capas de la atmósfera
Troposfera
Es la capa más baja, situada desde la superficie hasta unos 10-12 km de altitud (menor en los polos, mayor en el ecuador). En ella se producen los movimientos verticales y horizontales del aire (vientos), y ocurren la mayoría de los fenómenos meteorológicos: nubes, lluvias, tormentas, cambios de temperatura. La temperatura disminuye con la altitud a una tasa media de 6.5 °C por kilómetro (gradiente térmico vertical).[38]
Estratosfera
Se extiende desde los 10-12 km hasta aproximadamente 50 km de altitud. Los gases se encuentran estratificados por peso, formando capas. Contiene la capa de ozono (entre 15 y 35 km), que absorbe la mayor parte de la dañina radiación ultravioleta (UV) del Sol, protegiendo la vida en la superficie.[39] Las cantidades de oxígeno y dióxido de carbono son muy bajas, y aumenta la proporción de hidrógeno. La temperatura en la estratosfera inferior es de aproximadamente -60 °C, y aumenta con la altura hasta alcanzar 10-17 °C en la estratopausa (límite superior), debido a la absorción de UV por el ozono.
Mesosfera
Se extiende desde la estratopausa (≈50 km) hasta unos 80-85 km de altitud. La temperatura disminuye con la altura hasta alcanzar unos -80 °C o -90 °C en la mesopausa, la capa más fría de la atmósfera. En la mesosfera se desintegran la mayoría de los meteoritos que entran en la atmósfera, produciendo las estrellas fugaces.[40]
Termosfera
Se extiende desde la mesopausa (≈85 km) hasta unos 400-600 km de altitud. En ella, los gases están ionizados por la radiación solar extrema (UV y rayos X), formando la ionosfera, que contiene capas de átomos y moléculas cargadas eléctricamente (iones). La ionosfera refleja las ondas de radio, posibilitando las comunicaciones de radio de larga distancia.[41] El gas predominante es el nitrógeno. La temperatura aumenta con la altura desde unos -76 °C hasta alcanzar 1500 °C o más (aunque el aire es tan tenue que no hay sensación de calor). Su límite superior es la termopausa (≈500-600 km).
Exosfera
Es la capa más externa, desde la termopausa (≈500-600 km) hasta aproximadamente 10,000 km, donde se difunde gradualmente hacia el espacio exterior. Los gases son extremadamente tenues (casi vacío). En la exosfera, el concepto de temperatura pierde significado (la temperatura cinética es alta, pero la densidad es tan baja que la transferencia de calor es insignificante). Contiene los cinturones de Van Allen (partículas cargadas atrapadas por el campo magnético terrestre) y es la órbita de muchos satélites artificiales, incluyendo los de órbita polar. Los gases más ligeros (hidrógeno, helio) pueden escapar de la atracción gravitatoria de la Tierra en esta capa.[42]
| ppmv: partes por millón por volumen | |
| Gas | Volumen |
|---|---|
| Nitrógeno (N2) | 780.840 ppmv (78,084 %) |
| Oxígeno (O2) | 209.460 ppmv (20,946 %) |
| Argón (Ar) | 9.340 ppmv (0,934 %) |
| Dióxido de carbono (CO2) | 400 ppmv (0,04 %) |
| Neón (Ne) | 18,18 ppmv (0,001818 %) |
| Helio (He) | 5,24 ppmv (0,000524 %) |
| Metano (CH4) | 1,79 ppmv (0,000179 %) |
| Kriptón (Kr) | 1,14 ppmv (0.000114 %) |
| Hidrógeno (H2) | 0,55 ppmv (0,000055 %) |
| Óxido nitroso (N2O) | 0,3 ppmv (0,00003 %) |
| Xenón (Xe) | 0,09 ppmv (9x10−6 %) |
| Ozono (O3) | 0,0-0,07 ppmv (0 % a 7x10−6 %) |
| Dióxido de nitrógeno (NO2) | 0,02 ppmv (2x10−6 %) |
| Yodo (I) | 0,01 ppmv (1x10−6 %) |
| Monóxido de carbono (CO) | 0,1 ppmv |
| Amoniaco (NH3) | trazas |
| Excluido por ser aire seco | |
| Agua (vapor) (H2O) | –0,40 % a nivel atmosférico, en superficie: 1 %-4 % |
Estructuras internas de la Tierra
Estudio de la estructura interna
Hace tres siglos, Isaac Newton estudió los planetas y las fuerzas gravitacionales, calculando que la densidad promedio de la Tierra era aproximadamente el doble de la densidad de las rocas superficiales. Por lo tanto, dedujo que el interior terrestre debía estar compuesto por rocas mucho más densas.[10] El conocimiento actual del interior de la Tierra se basa principalmente en:[45]
- El estudio de las rutas y características de las ondas sísmicas generadas por terremotos.
- Experimentos en minerales y rocas superficiales a altas temperaturas y presiones (experimentos de laboratorio con celdas de yunque de diamante y cañones de gas).
- Observaciones geológicas de rocas superficiales.
- Estudios del movimiento de la Tierra en el sistema solar, la gravedad, el campo magnético y el flujo de calor interno (gradiente geotérmico).
Las ondas sísmicas se dividen en dos grupos: ondas corporales (que viajan a través del interior) y ondas superficiales (que viajan cerca de la superficie). Las ondas corporales se dividen en:[46]
- Ondas P (primarias o longitudinales): son ondas de compresión que pueden propagarse en sólidos y líquidos.
- Ondas S (secundarias o transversales): son ondas de cizalla que solo pueden propagarse en sólidos (no en líquidos). La ausencia de ondas S en el núcleo externo fue la primera evidencia de que este es líquido.
Además de estos métodos geofísicos, se han perforado pozos profundos (como el Pozo superprofundo de Kola en Rusia, con 12,262 metros de profundidad), aunque solo alcanzan una fracción ínfima del camino hacia el manto.[45]
Capas internas de la Tierra
La estructura de la Tierra se puede definir de dos maneras complementarias:[47]
- Por propiedades mecánicas (reología): litosfera (rígida), astenosfera (dúctil), manto mesosférico (más rígido), núcleo externo (líquido viscoso) y núcleo interno (sólido).
- Por composición química: corteza (silicatos ricos en elementos ligeros), manto superior (peridotita, silicatos de magnesio y hierro), manto inferior (silicatos de alta presión, bridgmanita), núcleo externo (hierro + níquel + elementos ligeros, líquido), núcleo interno (hierro + níquel, sólido).
Las capas composicionales se encuentran a las siguientes profundidades aproximadas debajo de la superficie:[48]
| Profundidad (km) | Grosor (km) | Capa |
|---|---|---|
| 0–35 | 5–75 | Corteza |
| 0-80 | 5-200 | Litosfera |
| 35–2890 | ≈2855 | Manto |
| 35–660 | ≈625 | ... Manto superior |
| 80–220 | ≈140 | ... Astenosfera |
| 410–660 | ≈250 | ... Zona de transición |
| 660–2890 | ≈2230 | ... Manto inferior |
| 2740–2890 | ≈150 | ... capa D" (pronunciada "doble prima") |
| 2890-6360 | ≈3470 | Núcleo |
| 2890–5150 | ≈2260 | Núcleo externo |
| 5150–6360 | ≈1210 | Núcleo interno |
La estratificación de la Tierra se ha inferido indirectamente utilizando los tiempos de viaje de las ondas sísmicas refractadas y reflejadas generadas por terremotos. El núcleo externo líquido no permite que las ondas S lo atraviesen (formando la "sombra sísmica" de las ondas S). Las velocidades de las ondas P y S cambian en cada discontinuidad debido a cambios en la densidad y rigidez del material, causando refracción (cambio de dirección) según la ley de Snell, similar a cómo la luz se desvía al pasar a través de un prisma. Los reflejos ocurren en grandes contrastes de impedancia sísmica (como en el límite núcleo-manto), análogos a la luz reflejada en un espejo.[49]
Corteza
La corteza terrestre varía en espesor de 5 a 70 km.[50] Las partes delgadas son la corteza oceánica (5-10 km), que subyace a las cuencas oceánicas y está compuesta de rocas ígneas densas máficas (ricas en magnesio y hierro), principalmente basalto. La corteza más gruesa es la corteza continental (25-70 km), que es menos densa y está compuesta de rocas de silicatos de aluminio, potasio y sodio (félsicas), principalmente granito.[51]
Antiguamente, las rocas de la corteza se dividían en dos categorías principales: sial (rocas ricas en sílice y aluminio, típicas de la corteza continental) y sima (rocas ricas en sílice y magnesio, típicas de la corteza oceánica). El límite entre la corteza y el manto ocurre en dos niveles: primero, una discontinuidad en la velocidad sísmica conocida como discontinuidad de Mohorovičić (Moho), que se cree que representa un cambio de composición de rocas con feldespato plagioclasa (corteza) a rocas sin feldespato (manto, principalmente peridotita).[52] En segundo lugar, en la corteza oceánica, existe una discontinuidad química entre los acumulados ultramáficos y las harzburgitas tectonizadas, observada en las secuencias de ofiolita (fragmentos de corteza oceánica obducidos sobre la corteza continental).[53]
Las rocas más antiguas de la corteza terrestre (en afloramiento) tienen aproximadamente 4.0 mil millones de años, pero los granos minerales más antiguos conocidos (circones detríticos del Jack Hills en Australia Occidental) tienen aproximadamente 4.404 mil millones de años, lo que indica que la Tierra ha tenido una corteza sólida durante al menos 4.4 mil millones de años.[54]
Manto
El manto terrestre se extiende desde la base de la corteza (discontinuidad de Moho) hasta una profundidad de 2890 km, siendo la capa más gruesa de la Tierra (aproximadamente el 84% del volumen del planeta).[55] El manto se divide en manto superior e inferior, separados por la zona de transición (entre 410 y 660 km de profundidad).[56] La parte más baja del manto, adyacente al límite núcleo-manto (a unos 2740-2890 km), se conoce como capa D" (pronunciada "doble prima").[57] La presión en la base del manto es de aproximadamente 140 GPa (1.4 millones de atmósferas).[58]
El manto está compuesto de rocas de silicato (principalmente peridotita y bridgmanita) ricas en hierro y magnesio en relación con la corteza suprayacente.[59] Aunque es sólido, las altas temperaturas (que oscilan entre 500 °C en la parte superior del manto y 3700 °C en la base) hacen que el material de silicato sea lo suficientemente dúctil como para fluir en escalas de tiempo geológicas (millones de años).[60] La convección del manto (movimiento lento de material sólido pero dúctil) es el motor de la tectónica de placas en la superficie.[61] La viscosidad del manto varía entre 1021 y 1024 Pa·s, dependiendo de la profundidad.[62] En comparación, la viscosidad del agua es aproximadamente 10−3 Pa·s y la del betún (brea) es de aproximadamente 107 Pa·s. La fuente de calor que impulsa la convección incluye el calor primordial remanente de la formación del planeta y el calor generado por la desintegración radiactiva de elementos como uranio, torio y potasio en la corteza y el manto.[63]
Núcleo
La densidad media de la Tierra es 5.515 g/cm³, mientras que la densidad media de las rocas superficiales es de aproximadamente 3.0 g/cm³. Por lo tanto, debe haber materiales mucho más densos en el interior de la Tierra. Esta conclusión se conoce desde el experimento de Schiehallion (realizado en la década de 1770), en el que Charles Hutton estimó que la densidad media de la Tierra era aproximadamente 9/5 de la densidad de las rocas superficiales, deduciendo que el interior debe ser metálico.[64] Henry Cavendish, en su experimento de balanza de torsión de 1798, obtuvo un valor de 5.45 g/cm³, dentro del 1% del valor moderno.
Las mediciones sísmicas muestran que el núcleo está dividido en dos partes:[65]
- Núcleo interno: sólido, con un radio de ≈1220 km. Densidad: 12,600–13,000 kg/m³.
- Núcleo externo: líquido, que se extiende desde ≈1220 km hasta ≈3400 km de radio (≈2260 km de espesor). Densidad: 9,900–12,200 kg/m³.
Se cree que el núcleo está compuesto principalmente de hierro (aproximadamente 80-85%), junto con níquel (5-10%) y uno o más elementos ligeros (azufre, oxígeno, silicio, carbono).[66] El proceso que llevó a la formación del núcleo se denomina diferenciación planetaria (o la catástrofe del hierro): durante los primeros millones de años de la historia de la Tierra (hace aproximadamente 4,500 millones de años), el calor generado por la desintegración radiactiva y las colisiones planetarias fundió el planeta, permitiendo que los metales pesados (hierro, níquel) se hundieran hacia el centro, mientras que los silicatos más ligeros flotaron hacia la superficie, formando el manto y la corteza primitivos.[67] El punto de fusión del hierro es aproximadamente 1,538 °C (2,800 °F).
Algunos han sugerido que el núcleo interno podría ser un solo cristal de hiero con estructura hexagonal compacta (hcp).[68][69]
Núcleo externo
El núcleo externo líquido rodea al núcleo interno. La hipótesis de la dínamo propone que la convección del hierro líquido conductor en el núcleo externo, combinada con el efecto Coriolis debido a la rotación de la Tierra, genera el campo magnético de la Tierra (geodínamo).[70] El núcleo interno sólido está demasiado caliente para mantener un campo magnético permanente (está por encima de la temperatura de Curie del hierro, que es de aproximadamente 770 °C), pero probablemente actúa estabilizando el campo generado en el núcleo externo. La intensidad promedio del campo magnético en el núcleo externo se estima en 25 Gauss (2.5 mT), aproximadamente 50 veces más fuerte que el campo magnético en la superficie terrestre (≈0.5 Gauss).[71][72]
Núcleo interno
El núcleo interno fue descubierto en 1936 por la sismóloga danesa Inge Lehmann.[73] Dado que esta capa puede transmitir ondas de cizalla (ondas S), debe ser sólida. La evidencia experimental de la estructura cristalina del núcleo interno ha sido objeto de debate. Algunos estudios de laboratorio con celdas de yunque de diamante (condiciones estáticas) a presiones similares a las del núcleo producen temperaturas de fusión aproximadamente 2000 K más bajas que los estudios con láser de choque (condiciones dinámicas).[74][75] Investigaciones más recientes con rayos X en muestras de aleaciones de hierro-níquel sometidas a presiones extremas (mediante celdas de yunque de diamante y calentamiento a ≈4000 K) apoyan la teoría de que el núcleo interno está compuesto por cristales gigantes de hiero alineados de norte a sur.[76][77]
Especulaciones recientes sugieren que la parte más interna del núcleo podría estar enriquecida en elementos siderófilos (afines al hierro) como oro, platino y otros metales del grupo del platino.[78]
La evidencia sismológica ha sugerido que el núcleo interno podría girar ligeramente más rápido que el resto del planeta (superrotación del núcleo interno), aunque estudios más recientes (2011) indican que esta hipótesis no es concluyente y el comportamiento podría ser oscilatorio o caótico.[79][80]
La fuente de calor que mantiene el núcleo fundido y genera el gradiente geotérmico es una combinación de:[81]
- Calor remanente de la formación del planeta (energía de acreción y compresión).
- Calor generado por la desintegración radiactiva de elementos de larga vida media (principalmente uranio-238, torio-232 y potasio-40) en la corteza y el manto.
- Calor liberado por la solidificación del núcleo interno (calor latente de fusión).
