EXPOSICIÓN

PLANETA TIERRA Unidades y fichas didácticas Ana Crespo y Ana Rodrigo

7.Tierra profunda: de la corteza al núcleo ¿Sabías que... la Tierra es una gigantesca máquina de calor y que el conocer su funcionamiento permite conocer y mitigar los riesgos naturales?

7.1 ¿Se parece nuestra Tierra a una gigantesca máquina de calor? La Tierra se originó hace unos 4.600 millones de años, a partir de la condensación de gases y polvos cósmicos procedentes del “Big Bang”. Desde entonces, funciona como una gigantesca máquina de calor, ya que la energía que almacenó entonces por el choque de las partículas se transformó en calor. Ahora, se enfría lentamente aunque desde dentro los elementos radiactivos que se siguen desintegrando la calienten un poco, y desde fuera lo hace el sol.Todavía nos quedan 5.000Ma hasta que se enfríe del todo...

Las fumarolas del cráter del Teide nos muestran que vivimos sobre una Tierra aún caliente.(Fotografía: C. González Lucas)

El núcleo de la Tierra es denso y caliente. Tiene una temperatura de 4.700ºC, y las presiones son tan enormes que a pesar de que la temperatura es muy elevada, es sólido. La parte externa de este núcleo es líquida. En este caso, pudo más la temperatura que la presión... Este núcleo está rodeado por lo que se llama el manto, que a su vez da paso a los últimos 10 a 30km de corteza, el soporte de la biosfera. Modelo en 3D de la estructura interna de la Tierra. Las finas líneas blancas representan los límites de placas. Los colores corresponden a las temperaturas, siendo los tonos rojos los más clientes y los azules los más fríos. La corteza es la capa apenas visible que rodea el globo. (Fuente: Bunge et al. 1995)

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Pero la Tierra no es una simple cebolla con distintas capas de temperatura homogénea.Tanto en el interior del núcleo como en el manto, existen heterogeneidades de temperaturas que hacen que se produzcan movimientos muy lentos en el interior de esta máquina de calor que es nuestro Planeta. El movimiento se transmite a la fina corteza sobre la que vivimos y produce los movimientos de los continentes. Durante este gigantesco baile, los océanos se abren y se cierran, se forman cordilleras de montañas y volcanes, y todo va acompañado por terremotos. Es la tectónica de placas.

7.2 ¿Cómo se puede ver en el interior de la Tierra? El sondeo más profundo que jamás se ha hecho sólo alcanzó un poco más de 12 km de profundidad. ¿Cómo conocemos los 6.400km restantes hasta el centro de la Tierra? La física aplicada al conocimiento de la Tierra, la geofísica, es la ciencia que permite ver el interior de la Tierra. Con diversos métodos, algunos de ellos muy sofisticados, se pueden apreciar las variaciones espaciales de las propiedades físicas de la Tierra, tales como velocidad de las ondas, densidad, temperatura, conductividad eléctrica, etc... Los terremotos no sólo traen destrucción. Son particularmente útiles para los geofísicos, ya que las ondas sísmicas viajan en el interior del Planeta. Su velocidad depende de las propiedades del medio que atraviesan, y se refractan como la luz cuando cruzan un límite entre dos medios con marcada diferencia de velocidad. Al medir el tiempo que tardan en llegar las ondas generadas por un terremoto (¡¡¡o por un ensayo nuclear!!!) en las distintas estaciones sísmicas diseminadas a lo largo de la superficie terrestre, los geofísicos pueden asomarse al interior de la Tierra. Así se conocen los límites entre corteza, manto y núcleo.

Vista del interior de la Tierra que muestra la trayectoria de las ondas sísmicas que se propagan a través del globo. Las ondas P (compresivas) se propagan tanto en líquidos como en sólidos, mientras que las ondas S (de cizalla) solo se propagan en sólidos. A la derecha y abajo, se muestran esquemáticamente las ondas que se reciben en distintas estaciones sísmicas repartidas en superficie. Cualquier punto situado a más de 105º del terremoto no recibirá ondas sísmicas. Aunque tampoco hay ondas P después de los 105º, esas ondas son registradas más allá de los 140º. Este tipo de observación permite deducir qué parte del núcleo es líquido (en amarillo en el esquema).

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Los métodos geofísicos permiten también visualizar los resultados de la tectónica de placas. Las placas que se hunden debajo de las otras son más densas, más frías, y las ondas símicas que viajan en ellas son más rápidas. En este ejemplo, se ve cómo parte de la placa africana se hundió debajo de la placa ibérica, formándose las Béticas.

El corte hasta una profundidad de 1000km está localizado en el mapa de arriba que representa el extremo oeste del Mediterráneo. En el corte, la placa africana que se hundió por debajo de Iberia figura como una especie de calcetín azul. Las diferencias de colores representan diferencias de velocidades de ondas símicas. Si la placa es más fría (azul) o más caliente (rojo), las ondas son más rápidas o más lentas, respectivamente. (Fuente: Cavazza et al. 2004)

7.3 ¿Se mueve la Tierra? A escala humana, la Tierra parece inamovible. De vez en cuando, sin embargo, los terremotos están aquí para recordarnos que estamos viviendo sobre un planeta que se mueve. Desde que la Tierra existe y su corteza se ha solidificado, los continentes no han dejado de moverse y los océanos de crearse. Como la Tierra no aumenta de tamaño y es esférica, hay zonas donde desaparecen océanos por debajo de los continentes, y continentes que llegan a chocar los unos contra los otros. Aunque las velocidades sean muy lentas, del orden de unos pocos centímetros por año, las masas son tales que se forman las cordilleras de montañas. A nivel global, el mejor ejemplo es el del Himalaya, que resulta de la colisión de la placa Índica contra la placa Euroasiática, en la que se sigue empotrando a la velocidad de 5cm por año.

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Sobre este esquema se muestra el movimiento relativo de la placa Índica respecto a la placa Euroasiática desde hace 71 millones de años (Fuente: P. Dèzes, 1999).

Cuando se observa la topografía general del Himalaya, se ve muy bien cómo gran parte de Asia se “arrugó” bajo el efecto de la colisión. Cabe destacar que la cordillera del Himalaya sigue subiendo. (Fuente: NOAA)

En España, las placas Ibérica y Europea se enfrentaron hace unos 80Ma para formar los Pirineos. Hace 30Ma, le tocó a Iberia y África, y se formaron las Béticas y las montañas del Rif, en Marruecos. Desde hace poco, con el desarrollo de los GPS (Sistemas de Posicionamiento Global), se pueden medir directamente estos movimientos observando la Tierra desde satélites. Iberia se aleja de América del Norte a la velocidad de 2cm/años, mientras que se acerca de África a la friolera de 5mm/año... El resultado de estos movimientos no se ve solamente con aparatos sofisticados. A veces, en el paisaje o en el talud de una carretera, se puede ver cómo la Tierra se ha deformado. El registro está en forma de pliegues y fallas. Con tiempo y un poco de calor, las rocas se pueden plegar como plastilina. Cuando se fracturan, es probable que la formación de fallas estuviera acompañada por un terremoto.

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Estos pliegues tan pequeños parecen encajes de bolillos... (Fotografía: A. Crespo-Blanc)

... y estas capas rotas por pequeñas fracturas, ¡un dominó! (Fotografía: A. Casas)

7.4 Dinámica terrestre y Sociedad: ¿tienen algo que ver? Aunque imperceptibles para los humanos que no tengan aparatos sofisticados que los midan, los movimientos verticales y horizontales caracterizan la corteza terrestre sobre la que vivimos. Esta movilidad explica la formación y distribución de los océanos, de los continentes, de las cordilleras de montañas y de los mares interiores. A su vez, la superficie terrestre está continuamente expuesta a la lluvia, al sol, al viento,... y se produce una constante competición entre erosión, un proceso externo, y creación de relieves, un proceso cuya causa última se encuentra en el interior de la Tierra. El hombre vive sobre esta Tierra dinámica en la que las masas se redistribuyen continuamente, tanto lateral como verticalmente. La tectónica de placas es la causa de muchos de los riesgos geológicos a los que estamos expuestos.Terremotos, tsunamis y erupciones volcánicas se generan esencialmente a lo largo de los límites de placas. Por otra parte, la creación o desaparición de relieves puede tener una influencia decisiva sobre el clima, las costas y los sistemas fluviales de los que dependemos. Por ejemplo, la formación del Himalaya, el resultado de la colisión entre la placa Índica y Eurasia, creó una barrera a la circulación atmosférica que indujo cambios climáticos locales, como el desarrollo del monzón del sureste asiático.

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Desde el transbordador espacial de la NASA se aprecia muy bien la barrera topográfica que representa el Himalaya. A la izquierda se ve la llanura del Ganges. La zona nevada es el área donde se encuentran los “ocho miles” y a la derecha, se observa el Tíbet. (Fotografía: NASA)

Si somos capaces de mejorar nuestro conocimiento sobre la dinámica de la Tierra profunda (observación, modelización y cuantificación de los procesos), combinándolos con los que tenemos sobre la vulnerabilidad del hábitat humano, podremos predecir y mitigar los riesgos naturales. Así, contribuiremos a crear una Sociedad más segura.

7. 5 Curiosidades Hacía tiempo que los cartógrafos que habían establecido los primeros mapas un poco precisos del nuevo mundo se habían dado cuenta de las formas complementarias de África y América del Sur. Francis Bacon en 1620 fue de los primeros que llamó la atención sobre este hecho. Alfred Wegener (1880-1930), meteorólogo de profesión, enunció por primera vez la teoría de la deriva de los continentes en 1912. Fue en un viaje a Groenlandia, observando cómo se fragmentaba la capa de hielo al final de un invierno. Los trozos de hielo eran los continentes, y el agua que infiltraba en las grietas, los océanos... Sin embargo, en aquella época los océanos eran unos grandes desconocidos, no se conocía la topografía de los fondos marinos y a Wegener le faltaba un motor para crear los océanos y rellenar el vacío que se produce cuando se separan los continentes.Y la teoría que hoy día representa un paradigma en las Ciencias de la Tierra cayó en el olvido, hasta 1965 cuando Tuzo Wilson (1908-1993) la “redescubrió”. El movimiento de la parte líquida del núcleo origina el campo magnético terrestre. Es probable que el hierro fundido que forma el núcleo gire en espiral, y que debido a su carga eléctrica genere un campo electromagnético en constante cambio. Islandia es uno de los pocos países cuyo territorio crece sin que se escuchen ruidos de guerra. Se sitúa sobre una zona donde se abren los océanos, una dorsal oceánica, a una velocidad del orden de 2cm/año. Aún hoy día, se notan los efectos residuales de la última glaciación de hace 10.000 años. La fusión del hielo y la disminución correspondiente del peso sobre Escandinavia hacen que está última suba del orden de 1cm por año.

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8. Océanos: el abismo del tiempo ¿Sabías que... una quinta parte de la población mundial vive a menos de 30km de las líneas de costa?

8.1 ¿Hay montañas en los océanos? Los océanos cubren los dos tercios de nuestra Tierra, pero hace poco que se estudian desde el punto de vista geológico. Muchos científicos opinan que se conoce mejor la topografía de Marte o de Venus que la de los fondos oceánicos... Los sónars y los magnetómetros, unos aparatos desarrollados durante la Segunda Guerra Mundial para detectar los submarinos, fueron instrumentos clave para conocer la topografía de los fondos oceánicos. Con ellos se descubrieron unas formidables cadenas de montañas por debajo del agua, lo que representó un hito en el conocimiento de los océanos.

Topografía submarina del Atlántico norte, donde se aprecian relieves importantes en medio del océano. Los colores morados indican profundidades del orden de 5.000 a 6.000m, mientras que la dorsal medio oceánica se sitúa a una profundidad de 2.000 a 3.000m. (Fuente: NOAA)

Estas cadenas que llegan a tener 800km de ancho rodean totalmente la Tierra. Se pueden seguir a lo largo de 60.000km. Se elevan unos 2.500 a 3.000m por encima del fondo del océano, a su vez situado a unos 5.000 a 6.000m de profundidad. Si se vaciara el agua los océanos, estas elevaciones serían el rasgo topográfico más prominente de nuestro planeta. Se llaman las dorsales medio oceánicas.

8.2 ¿En qué se parece un océano a una cinta transportadora? En los años sesenta, los geólogos y geofísicos descubrieron que en la cresta de las dorsales surge el magma desde el interior de la Tierra. Es el lugar donde se crea una nueva corteza oceánica al enfriarse el magma, y así se expanden los océanos. Se separan los dos labios de la dorsal a una velocidad media de una decena de centímetros por año.

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Expansión y desaparición de los fondos oceánicos. En la dorsal medio oceánica se crea corteza por ascenso y cristalización de magma, mientras que en las zonas de subducción, desaparece la corteza oceánica debajo de los continentes. El motor es el calor de la Tierra, que crea corrientes de convección en el manto.

Pero, ¿cómo pueden expandirse los océanos en una Tierra de tamaño fijo? En algunos lugares, estos mismos océanos vuelven a desaparecer: las placas oceánicas se hunden debajo de los continentes, a veces debajo de otros océanos, y terminan fundiéndose. La Tierra recicla los propios materiales que ha creado...

Edad de los fondos oceánicos. Las partes azules son las más antiguas, de 180 millones de años. En rojo oscuro, se muestran las que se acaban de crear. (Fuente: NOAA)

Así, los océanos se parecen a gigantescas cintas transportadoras: la corteza oceánica creada hace millones de años en las dorsales se destruye en las llamadas zonas de subducción, y no existen suelos oceánicos más viejos de 180Ma, mientras que en los continentes, las rocas más antiguas tienen una edad de 3.800Ma. Los científicos son capaces de reconstruir el camino de la cinta transportadora cuando se conoce la edad del suelo oceánico. Juntando los dos labios de la dorsal de la misma edad, se puede reconstruir el baile de las placas tectónicas, desde hace 180Ma. La apertura del Atlántico es un ejemplo de este tipo de esquema. También se ha registrado en el suelo oceánico la apertura del Golfo de Vizcaya hace 130Ma, cuando Iberia se desgajó de Francia, giró y se empotró hace 80Ma en el país vecino, formando los Pirineos.

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8.3 ¿Existen recursos minerales en los fondos oceánicos? Lejos de las zonas tectónicamente activas, la transición de los continentes a los océanos se hace a través de una plataforma suavemente inclinada que se extiende debajo del mar, desde la línea de costa hasta el borde de las cuencas oceánicas profundas. Fue tierra seca durante la última glaciación. No suele tener una profundidad mayor de 200m, y dada su escasa pendiente, tiene una anchura media de cerca de 90 km.

Imagen de la topografía y batimetría de la costa de California, construida a partir de datos de radares. La ciudad de Los Ángeles se sitúa en la esquina izquierda de la llanura situada al lado de la línea de costa. (Fuente NASA Visible Earth, USGS Pacific Sea-Floor Mapping Project)

El agua que la cubre contiene vida marina en abundancia y la mayor parte de la pesca se realiza en esta zona.Además, la cuarta parte de la producción mundial de petróleo y gas se encuentra en estas plataformas. Las dorsales medio oceánicas, donde se crea nueva corteza oceánica, son aún unas grandes desconocidas. Allí, el vulcanismo es muy activo: en un año, la energía que se desprende durante el enfriamiento del magma que surge, equivale a la mitad de la energía total generada por el hombre. También se escapan fluidos hidrotermales a 400ºC, muy ricos en metales disueltos que precipitan cuando se enfrían, formando así los yacimientos más grandes del mundo. Y quizás en estas condiciones extremas fue donde se originó la vida...

Fumarolas submarinas localizadas en la dorsal medio oceánica situada en el Atlántico central. (Fuente: Leibniz Institute of Marine Sciences, Meteor Cruise 68)

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Pero, ¿quién puede explotar estos recursos a profundidades que alcanzan los 2500m? Hasta ahora, la boca de los sondeos petrolíferos más profundos no se ha iniciado a más de 150m de profundidad debajo del agua. El reto tecnológico es inmenso...

8.4 ¿Se nos van las playas? La quinta parte de la población mundial, 1.147 millones de personas, vive a menos de 30km de la costa.

Composición de imágenes de satélite de Europa de noche, donde se aprecia muy bien la concentración de la población en las costas y en grandes núcleos urbanos. (Fuente: Defense Meteorological Satellite Program y Operational Linescan System)

En España, salvo en la capital y algunas grandes ciudades, la mayoría de la población se aglutina en las costas mediterráneas y atlánticas. Vivir en la costa implica asumir algunos riesgos geológicos, como por ejemplo el de un tsunami.

Cartel de advertencia de riesgo de tsunami en Indonesia. (Fotografía: IGME)

En Diciembre de 2004, un enorme terremoto localizado en el Océano Índico desencadenó una gigantesca ola que arrasó sus costas. Se cobró la vida de 280.000 personas.

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Foto satélite de la zona de Banda Aceh, antes y después del tsunami de Diciembre de 2004 (Fuente: NOAA)

Sin embargo, hay otro peligro que acecha las costas, más lento y por lo tanto menos perceptible a escala de la vida humana. No amenaza vidas humanas, pero tiene un coste económico enorme: la erosión de las playas. Las costas son lugares dinámicos que se modifican rápidamente en respuesta a un cambio producido por la naturaleza (tormentas, variaciones del nivel del mar...) o por el hombre. Hay equilibrio cuando la cantidad de sedimentos aportados por los ríos es igual a la cantidad de arena que se lleva la corriente producida por las olas cuando rompen sobre una playa. Pero a menudo, la presión turística hace que se modifique el perfil de una playa por la construcción de espigones, diques, rompeolas o malecones. El desequilibrio provocado siempre tiene consecuencias nefastas: se acumula la arena corriente arriba de la construcción, mientras que se erosionan las playas corriente abajo. Estos fenómenos son fácilmente predecibles por los geólogos, pero... ¡se les suele consultar una vez creado el problema!

Modificación de la dinámica de una playa por la construcción de un puerto deportivo (Alicante) (Fotografía: IGME)

En España, en 2006 recibimos casi 60 millones de turistas, la mayoría en las zonas costeras: si no cuidamos de nuestras costas a través de la prevención basada en los conocimientos adquiridos por las Ciencias de la Tierra, mataremos la gallina de los huevos de oro...

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8.5 Curiosidades En 1755, el terremoto de Lisboa generó un tsunami catastrófico en el Golfo de Cádiz. En el puerto de Cádiz las olas rompieron las murallas y el mar invadió la ciudad hasta tres veces, ocasionando numerosas víctimas.

Grabado de la destrucción asociada al terremoto de Lisboa del 1755. (Fuente:Wikipedia)

Para los geólogos, el mar Mediterráneo es un océano: parte de su fondo está representado por corteza oceánica (en azul oscuro en esta figura).

Topografía y batimetría del área mediterránea. (Fuente:Wikipedia)

Hace unos 6 millones de años se cerró el estrecho de Gibraltar, debido a la convergencia entre África e Iberia, y el Mediterráneo empezó a secarse como un charco. En esa época se depositaron enormes cantidades de sales. El Mar Rojo es un lugar donde se están separando las placas de África y Arabia. Se está viviendo en directo el nacimiento de un océano... Cuando las olas no son paralelas a la playa, el flujo y reflujo del agua mueve lateralmente la arena. Así, poco a poco, un grano de arena puede recorrer medio kilómetro en un día. En total, en una playa de 1km de largo, se mueven 150.000m3 de arena, el equivalente a 290.000 toneladas.

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