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CONTENIDOS

456 � BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 1.° BACHILLERATO � © SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. �

La estructuradel planeta Tierra

14

1. Conocer la estructura y composición del interiorterrestre; sus capas y discontinuidades.

2. Definir los procesos de magnetismo terrestre, atraccióngravitatoria y sus anomalías.

3. Conocer la estructura y composición de la litosfera y de la astenosfera.

4. Describir los procesos que originaron la energía térmicade la Tierra.

5. Analizar las corrientes de convección del interiorterrestre como consecuencia del gradiente geotérmico.

6. Describir la atmósfera, su origen, evolución y la composición actual.

7. Identificar la estructura de la atmósfera.

8. Definir la hidrosfera, sus efectos sobre el clima y las consecuencias de las corrientes oceánicas.

9. Conocer la interacción de la biosfera con los demássistemas del planeta.

OBJETIVOS

CONCEPTOS PROCEDIMIENTOS, DESTREZAS Y HABILIDADES

ACTITUDES

• La corteza y el manto de la Tierra.(Objetivo 1)

• El núcleo terrestre. (Objetivo 1)• Las anomalías magnéticas

y gravimétricas. (Objetivo 2)• La litosfera y el discutido paradigma

de la astenosfera. (Objetivo 3)• La máquina térmica del interior

terrestre. (Objetivos 4 y 5)• Los sistemas fluidos. La atmósfera

y la hidrosfera. (Objetivos 6 , 7 y 8)• La parte viva del planeta. La biosfera.

(Objetivo 9)

• Interpretación de sismogramas,localización del foco sísmico.

• Análisis e interpretación de esquemas y dibujos.

• Simulación de la discontinuidad de Repetti en el laboratorio. (Objetivo 1)

• Valorar la importancia de los modelos y teorías comoinstrumentos para interpretar los mecanismos que rigen el medionatural.

• Reconocer la importancia de los métodos indirectos en el estudio de fenómenos que son inaccesibles a las técnicasde observación habituales.

CRITERIOS DE EVALUACIÓN Preguntas Preguntas prueba 1 prueba 2

Diferenciar la estructura y composición de las capas del interior terrestrey sus discontinuidades. (Objetivo 1)

Conocer el origen del campo magnético terrestre, las anomalías magnéticas y gravimétricas. (Objetivo 2)

Identificar las funciones de la litosfera y de la astenosfera. (Objetivo 3)

Entender los procesos responsables de la energía térmica del interior terrestre. (Objetivo 4)

Conocer la composición y función de la atmósfera. (Objetivo 6 y 7)

Reconocer la importancia de la hidrosfera en el clima de la Tierra y los efectos de las corrientes oceánicas. (Objetivo 6)

Identificar la influencia de la biosfera con los demás sistemas del planeta. (Objetivo 9)

1, 2 1, 2

3, 4 3, 4

5 5

6 6

8, 9 8, 9

10 10

7 7

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RESUMEN14El estudio del interior terrestreLos métodos indirectos de estudio nos permiten conocer el interior de la Tierra. Gracias a los terremotos de gran magnitud, producen ondas sísmicas que recorren todo el planeta y se reflejan varias veces en las principales discontinuidades.

El método sísmico permite detectar discontinuidades sísmicas, que son las superficies de separación entre materiales de distinta composición o de diferente estado.

Las discontinuidades sísmicasEl método sísmico como herramienta para conocer la estructura interna de la Tierra, se desarrolló en la primera mitad del siglo XX. La estructura de la Tierra quedó así establecidadefinitivamente con sus cinco capas concéntricas:

• Andrija Mohorovicic fue el primero que propuso que la Tierra estaba formada por capasconcéntricas, e identificó la discontinuidad que separa la corteza del manto.

• Beno Gutenberg fijo la profundidad del manto en 2 900 km de profundidad, pronosticó que el centro del planeta estaba ocupado por un núcleo mucho más denso que el manto,cuya composición era metálica y de naturaleza líquida.

• Ilse Lehman dedujo que en el interior del núcleo líquido había un núcleo sólido cuya superficie se encontraba a 5 150 km de profundidad.

• William Repetti localizó una discontinuidad dentro del manto. Localizada a 670 km de profundidad permitió separar el manto en dos partes: el manto superior y el mantoinferior.

La corteza de la TierraEl granito tiene una densidad entre 2 600 y 2 700 kg/m3, mientras que la densidad del basaltoestá entre 2 700 y 3 200 kg/m3. La gran diferencia de densidad entre la corteza graníticay el manto impide que puedan mezclarse. Se diferencian dos tipos de corteza:

• La corteza del fondo de los océanos contiene principalmente basalto, encima se encuentrauna capa de sedimentos cuyo espesor disminuye conforme nos alejamos de la costa. Las rocas del fondo oceánico no superan los de 200 millones de años.

Capa

Discontinuidadque la

delimita ensu base

Espesor

Porcentajeque contiene

de la masade la Tierra

Densidadmedia

(kg/m3)

Materialesprincipales

en sucomposición

CortezaMohorovicic(10,70 km)

10-70 km 0,3 % 2 300-2 700 Granito

Manto

SuperiorRepetti

(670 km)600 km 15,2 % 3 400-4 000

Peridotitas

InferiorGutenberg (2 900 km)

2 230 km 52 % 4 400-6 000

Núcleo

ExternoLehman (5 150)

2 250 km 20,8 % 9 800-12 000 80 % de hierro;20 % de níquel

y otrosmetalesInterno –

Es una esferade 1 220 km

de radio1,7 % 12 000-12 500

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RESUMEN14• La corteza de los continentes está constituida principalmente por granito

(85 % de su masa), también tiene rocas metamórficas, volcánicas y sedimentarias, que alcanzan grandes espesores. Estas rocas son las más antiguas de la corteza, estándatadas con 4 000 millones de años de antigüedad.

El mantoLa composición del manto es más homogénea que la de la corteza. Su principal componenteson las peridotitas, un grupo de rocas cuyos principales minerales son los olivinosy los piroxenos.

En la discontinuidad de Gutenberg entran en contacto el manto rocoso y el núcleo de hierrolíquido. La temperatura se encuentra cerca de los 3 000 °C. En esta zona los estudios sísmicosdelatan la presencia de una capa de entre 100 y 400 km de grosor que forma la transición entre el manto y el núcleo: es la capa D”, puede estar formada por la decantación de los restosmás densos del manto, que flotan sobre el núcleo externo.

El núcleo terrestreEl núcleo terrestre está compuesto por al menos un 80 % de hierro y más de un 10 % de níquel. El resto de su masa, menos del 10 %, está formado probablemente por oxígeno, carbono y azufre, tres elementos no metálicos que se combinan fácilmente con el hierro.

El núcleo externo líquido se encuentra a más de 3 000 °C y a una presión de varios millones de atmósferas, su base se encuentra unos 1 000 °C más caliente que su parte superior; esta gran diferencia de temperatura, unida a su fluidez, produce violentas corrientes de convección.Los átomos de hierro están en parte ionizados, por lo que las cargas positivas y negativas sonarrastradas por separado, siguiendo trayectorias circulares que engendran el campo magnéticoque percibimos en la superficie. La rotación terrestre orienta estas corrientes de convección, por lo que los polos magnéticos están muy cerca de los polos geográficos.

El paleomagnetismo o magnetismo remanente de las rocas antiguas permite ver que el campo magnético terrestre ha pasado por épocas en que se ha debilitado notablementehasta casi desaparecer, y a continuación ha invertido su polaridad, este acontecimiento ha ocurrido más de veinte veces en los últimos cinco millones de años.

Las anomalías magnéticas y gravimétricasEn el campo magnético terrestre y en el campo gravitatorio pueden presentarse anomalías.

El campo magnético terrestre presenta variaciones o anomalías que ponen de manifiesto la presencia de materiales metálicos o acuíferos. Los magnetómetros son los instrumentos que permiten medir la dirección, la inclinación y la intensidad del campo magnético.

La materia, por el simple hecho de poseer masa, forma un campo gravitatorio que produceun efecto de atracción sobre el resto de la materia situada en sus proximidades. Cuando en una zona el valor de g es algo mayor que lo calculado teniendo en cuenta el radio terrestre en ese punto y otros factores, se considera que en ese lugar hay una anomalía gravimétrica positiva, mientras que si el valor de g es menor, se trata de una anomalía gravimétrica negativa.

La litosfera y la astenosferaLa litosfera es una capa rígida, que esta formada por la parte más superficial del mantosuperior y corteza. Se encuentra fracturada en placas litosféricas, que son bloques de diversostamaños y que según el tipo de corteza son: placas litosféricas oceánicas, formadas por corteza oceánica basáltica con un grosor de entre 30 y 50 km, y placas litosféricascontinentales compuestas por corteza continental granítica y una porción de mantoperidotítico, alcanzando grosores de entre 70 y 150 km.

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RESUMEN14Don Anderson delimitó la astenosfera entre los 60 y los 250 km. La definió como una capamuy heterogénea, que se observaba solo en algunas zonas del globo terrestre.

La astenosfera es la zona donde confluyen las violentas corrientes de convección ascendentesy descendentes del manto que arrastran y empujan la litosfera desde su base.

La máquina térmica del interior terrestre Casi la totalidad de la energía térmica que posee la Tierra en su interior es por calor residualproducido durante su formación. Este calor se debe principalmente a tres procesos: el intensobombardeo meteorítico durante la fase de acreción del planeta; la diferenciacióngravitatoria por densidades, con la consiguiente formación del núcleo que va transformandola energía potencial gravitatoria en energía térmica; y la desintegración de elementosradiactivos, que producen el calentamiento de los materiales bombardeados por las partículassubatómicas generadas, transformando la energía nuclear en energía térmica.

La pérdida del calor interno de la Tierra fue y sigue siendo el vulcanismo. Las rocas fundidas son vertidas al exterior y se enfrían rápidamente.

El gradiente geotérmico es el incremento de temperatura cuando se profundiza desde la corteza hacia el interior de la Tierra. El núcleo interno produce grandes cantidades de calor, la convección del núcleo externo traslada hasta la base del manto ese calor, y de nuevo la convección del manto evacua eficazmente hacia la superficie ese calor.

Los sistemas fluidos. La atmósferaLa atmósfera es la envoltura gaseosa de un planeta.

La abundancia de oxígeno en la atmósfera produce una distribución muy peculiar de las temperaturas. Entre los 20 y los 50 km de altitud, las moléculas de oxígeno (O2) absorbeneficazmente la radiación ultravioleta procedente del Sol, que las rompe liberando dos átomosde oxígeno. Estos átomos se enlazan rápidamente con otra molécula de oxígeno formando una molécula de ozono (O3), que también absorbe luz ultravioleta. La absorción de energíahace que la ozonosfera tenga una temperatura relativamente alta.

La convección de la troposfera da lugar al ciclo del agua y hace funcionar los agentesgeológicos. En la estratosfera la temperatura aumenta con la altitud, lo que determina que en ella no haya convección.

Además de los movimientos convectivos que hacen ascender el aire caliente hacia la parte alta de la troposfera, hay también un movimiento convectivo a gran escala que tiende a llevar el aire frío de los polos hacia el ecuador, y el aire caliente de las zonas tropicales hacia los polos.

Atmósfera y condiciones en

una Tierra sin vida

Situación de la Tierra

actualExplicación de la diferencia

Dióxido de carbono 98 % 0,03 % Se utiliza en la fotosíntesis.

Nitrógeno 1,9 % 78 %Se produce en la descomposición de la materia orgánica.

Oxígeno casi inapreciable 21 % Se produce en la fotosíntesis.

Argón 0,9 % 0,9 % –

Ácido sulfúrico 2-6 % casi inapreciable Precipita en la lluvia.

Temperaturaen la superficie

240-340 °C 15 °CAl no haber mucho CO2 en la atmósfera,el efecto invernadero es muy suave.

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RESUMEN14En cada hemisferio se forman tres masas de aire bastante independientes entre sí: el aire polar,situado sobre los polos y que llega hasta los 60 grados de latitud norte y sur, el aire templado, queforma un cinturón entre los 60 y los 30 grados de latitud, y el aire tropical, que forma otro cinturónentre los 30 grados de latitud y el ecuador. Las zonas donde estos cinturones se tocan entre síreciben el nombre de zonas de convergencia, y es precisamente la interacción entre lasdiferentes masas de aire en estas zonas de convergencia la que da lugar a las zonas climáticas.

Los sistemas fluidos. La hidrosferaSobre la corteza sólida se fue acumulando el agua procedente de la condensación del vaporexpulsado por los volcanes. Desde entonces aquella hidrosfera primitiva ha ido aumentando elvolumen a medida que la actividad volcánica seguía aportando vapor de agua a la superficie terrestre.

El ciclo del agua puede explicarse como una máquina que funciona con energía solar,produce un trabajo de erosión, movilización de los materiales rocosos y modelado del relieve. El transporte lleva las sales solubles hacia los océanos, permitiendo allí su acumulación. La salinidad de los océanos procede del lavado de los continentes.

En las regiones polares el agua se encuentra en estado sólido dentro de los glaciares; en lasregiones templadas y ecuatoriales debido a la pluviosidad alta hay grandes ríos y lagos; en las zonas tropicales desérticas se produce una ausencia casi total de agua.

Las masas de agua se estratifican con la profundidad, separándose en dos partes, una profunda fría y otra superficial más cálida. La diferencia de temperatura hace difícil que se produzca mezcla vertical. La interfase entre ambas recibe el nombre de termoclina.

El intercambio de calor entre el agua y el aire determina que las corrientes oceánicas transporten grandes cantidades de calor desde las zonas ecuatoriales hacia los polos, y esto amortigua las diferencias térmicas existentes entre las regiones más calientes y las más frías del planeta.

Las corrientes oceánicas se forman por la diferencia de insolación y la evaporación en las zonas tropicales, que incrementa la densidad del agua al aumentar la salinidad y haceque tienda a hundirse, pero la tendencia a la flotabilidad producida por la alta temperaturapredomina, y el agua forma una corriente cálida por el Atlántico, llamada corriente del Golfo.

El agua cuando cede su temperatura a la atmósfera provoca una corriente descendente quellega al fondo del océano Atlántico y lo recorre hacia el sur. Se forma así un río submarino que discurre por los fondos oceánicos de todo el mundo y que recibe el nombre de corrientetermohalina, haciendo referencia a que son la temperatura y la salinidad las causantesde su formación.

La parte viva del planeta. La biosferaLa biosfera es el conjunto de todos los seres vivos de la Tierra, desde las bacterias hasta los vegetales y animales. Mantiene un intenso intercambio de materia y energía con los demássistemas del planeta: la hidrosfera, la atmósfera y la geosfera, e influye de forma decisiva en su composición y en su dinámica.

En la década de 1960, James Lovelock analiza el papel de la biosfera y su relación con los demás sistemas del planeta. Su teoría de Gaia trata de transmitir la idea de que la vidano era solo una propiedad de los seres vivos, sino una propiedad del planeta Tierra.

A diferencia de los demás sistemas, la biosfera está sometida al proceso de evolución, que da lugar a una diversidad creciente de seres vivos y a su expansión por la superficieterrestre colonizando todos los ambientes. De forma periódica, esta diversidad se ha vistodrásticamente reducida debido a diferentes procesos, como periodos de desertización,glaciaciones que han cubierto de hielo grandes extensiones de los continentes y de los océanos, periodos de anoxia oceánica, en los que la hidrosfera ha permanecido con muy poco oxígeno disuelto, impactos de meteoritos, o directamente la aparición del ser humano y su actividad industrial y agrícola.

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RECURSOS PARA EL AULA

LOS GASES VOLCÁNICOS: LA ATMÓSFERA Y LA HIDROSFERAFICHA 114

Aunque la fracción gaseosa de la mayor parte de los mag-mas constituye tan solo del 1 al 6 % de su peso total, lacantidad de gases emitidos en una erupción puede lle-gar a superar varios miles de toneladas al día. La pro-porción de los gases volcánicos puede variar en los dis-tintos tipos de vulcanismo, pero los valores medios delos análisis de las emisiones suelen indicar la presenciade un 70 % de vapor de agua, un 15 % de dióxido de car-bono, un 5 % de nitrógeno, un 5 % de dióxido de azufre,y menores cantidades de cloro, hidrógeno, argón, mo-nóxido de carbono, etc.

A partir de estos datos resulta fácil imaginar que los ga-ses aportados por las erupciones contribuyen significati-vamente a configurar las características químicas del ai-re de nuestra atmósfera. Pero... ¿la atmósfera terrestrees el resultado de la simple acumulación de los gases vol-cánicos?

La composición y proporciones de los gases del aire ennuestra atmósfera actual ya nos ponen de manifiesto laescasa coincidencia con los gases volcánicos. El gas ma-yoritario del aire es el nitrógeno (78 % en volumen), lesigue el oxígeno molecular (21 %) y, ya con porcenta-jes menores, el vapor de agua (1 %), el argón (0,9 %) yel dióxido de carbono (0,03 %), entre otros que, aunquecon porcentajes muy bajos, resultan enormemente influ-yentes en determinados procesos (hidrógeno molecular,metano, dióxido de nitrógeno, monóxido de carbono,ozono [O3]), etc.

Aunque hasta hace algunos años se atribuía el origende nuestra atmósfera a la desgasificación magmática, lasinvestigaciones actuales apuestan decididamente por unagénesis ligada al mismo proceso de acreción de materiapor el cual se formó la Tierra. Según este modelo, los cho-ques tardíos de planetesimales o asteroides ricos en sus-tancias volátiles habrían aportado los ingredientes ga-

seosos de la atmósfera primitiva. La radiación solar, la tem-peratura exterior del planeta y los intercambios con losfundidos rocosos primitivos regularían su evolución ini-cial. Según esta hipótesis, el vapor de agua se habría con-densado para formar la hidrosfera una vez que la tem-peratura hubiese descendido suficientemente; los gasesmás ligeros habrían escapado hacia el espacio exterior, yla escasa capacidad de reacción del nitrógeno habría fa-vorecido su acumulación.

La Tierra ocupa y ocupó en las etapas finales de formacióndel Sistema Solar un lugar privilegiado. Una posición de-masiado próxima al Sol le hubiese hecho sufrir las conse-cuencias de la intensa radiación ultravioleta que disocialas moléculas de vapor de agua para producir hidrógenoy oxígeno. El hidrógeno, muy ligero, se pierde progresiva-mente hacia el espacio. El oxígeno, muy reactivo, se incor-pora a otros ciclos. Aunque estas pérdidas netas de aguadebieron tener lugar durante cierto tiempo, posiblemen-te fueron compensadas por la evaporación de agua pro-cedente de las rocas superficiales del planeta. Parece serque el agua, el nitrógeno y el carbono debieron existirya desde la culminación del proceso de acreción con unamasa total, comparable a la presente, situada entre la at-mósfera y la hidrosfera. Así pues, ¿qué papel tuvieron losvolcanes en este asunto? ¿De dónde surgió el oxígeno?

La composición del aire de la atmósfera primitiva debióser modificada por la emisión de gases volcánicos. Su evo-lución posterior debe interpretarse en el marco de uncomplejo sistema de interrelaciones en las que la tem-peratura del planeta, la presencia de agua, la desgasifica-ción volcánica y el ciclo del dióxido de carbono son tansolo algunos de los factores influyentes. En este pro-ceso, la aparición de la vida (y la fotosíntesis), la pre-sencia de agua y el sostenimiento de la actividad volcá-nica han sido fundamentales.

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MAGNETISMO Y LA ORIENTACIÓN DE LAS PARTÍCULAS DE HIERROFICHA 214

Uno de los fenómenos que más han contribuido al estu-dio de las variaciones del campo magnético terrestre y aldesarrollo de la tectónica de placas es la magnetizaciónremanente de las rocas. Este fenómeno se debe a la pro-piedad de algunas rocas que contienen partículas de hierro (Fe) de adquirir una magnetización producida porla presencia de un campo externo, que permanece esta-ble aunque desaparezca o cambie dicho campo. Esta

magnetización permanecerá estable siempre que la roca no sufra un incremento de temperatura que supereel punto de Curie, en cuyo caso, como hemos visto en elapartado anterior, pierde sus propiedades magnéticas.En general, la magnetización de las rocas se produce durante su formación, de forma que en la roca queda registrada la dirección y polaridad del campo magnéticoterrestre que existía en el momento de su formación.

a bCampo magnético externo

Orientación de las partículas de hierro imantadas. Algunas rocas que contienen partículas de hierro (Fe) tienen lapropiedad de imantarse y orientarse en dirección paralela al campo magnético terrestre cuando la temperatura es in-ferior al punto de Curie.

a) Por encima del punto de Curie, el calor agita los átomos de forma que estos se orientan de forma aleatoria.

b) Por debajo del punto de Curie y en presencia de un campo magnético externo, los átomos se imantan y orientanen dirección paralela a dicho campo.

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INVERSIÓN DE LA POLARIDAD DEL CAMPO MAGNÉTICO TERRESTREFICHA 314

Las inversiones quedan perfectamente registradas enlas coladas de lavas y en los sedimentos marinos. Enla siguiente figura cada capa representa distintos periodos geológicos cuya edad puede establecersepor medios radiométricos. Este dato, junto con la me-dición de la dirección del magnetismo remanente,permite establecer la secuencia temporal de cambiosde la polaridad del campo geomagnético, es decir, se puede deducir la estratigrafía magnética o mag-netoestratigrafía.

Campo magnéticoactual

SUBCRON CRON / ÉPOCACRON

1Brunhes(Normal)

2Matuyama

(Inversa)

3Gauss

(Normal)

4Gilbert

(Inversa)

Jaramillo

Olduvai

Réunion

KaenaMammouth

Cochiti

Nunivak

Normal

Inversa

0,5

1,0

2,0

3,0

4,0

Edad

(mill

ones

de

años

)

Edad

(mill

ones

de

años

)

0

5

10

15

20

1

2

3

456

78

910

11

121314

15

16

17

18

19

PLEIS

TOCE

NOPL

IOCE

NOM

IOCE

NO

Épocas de polaridad normal e inversa del campo magnético terrestre durante los últimos22 millones de años.

Registro de la inversión de polaridad. La colada más reciente (parte superior) muestra la polaridad del cam-po magnético actual. Las coladas más antiguas (tonos grises) registran la polaridad del campo existente cuandola lava solidificó.

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LAS CAPAS DE LA TIERRAFICHA 414

Manto superior

Corteza continental(25-70 km)

Corteza oceánica(6-12 km)

670 km

2 900

5 120

4 980

Manto inferior

Núcleo externo

Discontinuidad de Wiechert-Gutenberg

Discontinuidad de Lehmann

Discontinuidad de Mohorovicic

Núcleo interno

COMPOSICIÓN QUÍMICA COMPORTAMIENTO MECÁNICO

Núcleo interno

Núcleo externo

Mesosfera

Astenosfera

Litosfera

Endosfera

Zona transicional

Nivel D"

6 371 km

65-120

250-350

Zona de baja velocidad

7

35

670

2 885

5 144

6 371

400

2 850

2 750

3 330

3 5403 720

3 9904 380

5 5709 900

12 20012 800

13 100

oceánica

continentalCORTEZA

MANTO SUPERIOR

MANTO INFERIOR

NÚCLEO EXTERNO

NÚCLEO INTERNO

*: 1 bar � 0,987 atmósferas � 105 Pa � 0,1 MPa.

Estructura basada en la composición

química

ESTRUCTURA INTERNA DE LA TIERRA

8,0 - 8,1

7,8

8,1

8,99,13

10,2710,75

13,718,06

10,3611,3

0,09

1,402,70

3,82

13,68

33,00

36,00

LITOSFERA

Litosfera oceánica = 65 km

Litosfera continental = 120 km

ASTENOSFERA

MESOSFERA

NÚCLEO EXTERNO

NÚCLEO INTERNO

Profundidad media (km)

Velocidad ondas P (km/s)

Densidad media

(kg/m3)

Presión(104 MPa)*

Estructura basada en el comportamiento mecánico de las rocas

Discontinuidad de Gutenberg

Discontinuidad de Mohorovicic

Las capas del planeta. A la izquierda, definidas por la composición química de los mate-riales. A la derecha, por su comportamiento mecánico.

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MEDIR LO INALCANZABLE. EL YUNQUE DE DIAMANTEFICHA 514

El yunque de diamante es un dispositivo capaz de repro-ducir en su interior la temperatura y presión que hay enlas profundidades de la Tierra.

La muestra que se va a estudiar se comprime en el inte-rior de una arandela entre las puntas de dos diaman-tes. Así, se alcanzan presiones superiores a 3,5 mega-bar (3,5 � 106 veces la presión atmosférica). Además, secalienta mediante el enfoque de un rayo láser de poten-cia variable que, al ser absorbido por la muestra, hace su-bir su temperatura entre 25 y 5 000 °C. Dicha radiación es

capaz de atravesar el diamante sin ser absorbida y, portanto, el yunque ni se calienta ni se deforma.

En el yunque se introducen las muestras con las compo-siciones químicas que se cree que existen en las diferen-tes capas de la Tierra, se las somete a las condiciones depresión y temperatura reinantes a distintas profundida-des y se observa cómo se forman en su interior fases mi-nerales estables en esas condiciones tan extremas. Así seconocen los cambios de fase de los diferentes niveles delmanto, de la capa D” e incluso del núcleo terrestre.

La célula de yunque de diamante reproduce en el laboratorio las condiciones de presión ytemperatura del interior del planeta.

Acceso óptico

Yunquesde diamantes

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LA TEMPERATURA DEL INTERIOR DE LA TIERRAFICHA 614

Actividades

¿Qué temperatura tendría el centro la Tierra si se mantuviera el gradiente geotérmico de la corteza?

¿Cuál es la causa de su descenso?2

1

El incremento de la temperatura conla profundidad ha podido evaluarsedirectamente en explotaciones mi-neras, túneles, sondeos y perforacio-nes con fines científicos. No obstante,los datos recogidos tan solo aportaninformación de los 10 primeros kiló-metros.

Los valores alcanzados en profundi-dad han permitido establecer que latemperatura aumenta con la profun-didad a razón de 1 °C cada 33 m dedescenso, aproximadamente. Estarelación de proporcionalidad recibeel nombre de gradiente geotérmi-co y parece mantener esta tendenciaa lo largo de las primeras decenasde kilómetros. Sin embargo, el flujode calor interno que alcanza la su-perficie terrestre no es homogéneo yesto determina que en algunas zo-nas de la Tierra el gradiente geotér-mico sea más elevado que en otras.

Por debajo de los primeros 100 kmse ha interpretado que el gradientegeotérmico disminuye en profundi-dad influenciado por el incrementode presión y por los cambios compo-sicionales de las rocas. Actualmente sepiensa que al llegar a la discontinui-dad de Wiechert-Gutenberg se alcan-za una temperatura de unos 3 700 °Cy que en el centro del planeta podríandarse unas temperaturas de unos4 500 °C. Los recientes estudios de to-mografía sísmica han puesto al des-cubierto, por ejemplo, marcadas irre-gularidades en la temperatura delmanto. La tomografía sísmica consis-te en una técnica de análisis de la tem-peratura de zonas profundas de la geosfera, basada en el procesamientoinformático de las pequeñas diferen-cias en las velocidades de propagaciónde las ondas sísmicas.

Estimación de la temperatura en el interior terrestre. La variación de temperatu-ra puede estimarse a partir de datos experimentales (en las zonas superficiales) y deextrapolación de datos sísmicos y de laboratorio (para las zonas profundas).

1000

1000

2000

3000

4000

5000

6000

Geoterma

Punto de fusión de las rocas

2000

Manto

Núcleo externo

Núcleo interno

Temperatura (°C)

3000 4000 5000

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CAPAS Y DISCONTINUIDADES

ESQUEMA MUDO 114 RECURSOS PARA EL AULA

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CORTEZA Y MANTO TERRESTRE


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ESTRUCTURA VERTICAL DE LA ATMÓSFERA


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SUGERENCIAS14EN LA RED

INSTITUTO NACIONAL DE TÉCNICASAEROSPACIALES

www.inta.es/

El Instituto Nacional de Técnicas Aeroespaciales es un organismo que investiga el desarrollo tecnológicoaeroespacial.

INSTITUTO ANDALUZ DE GEOFÍSICA

www.ugr.es/~iag/ins.html

El Instituto Andaluz de Geofísica y Prevención de DesastresSísmicos desarrolla todos los campos de la sismología,desde el instrumental hasta los programas de prevenciónsísmica y riesgo sísmico.

MINISTERIO DE FOMENTO

www.fomento.es/MFOM/LANG_CASTELLANO/DIRECCIONES_GENERALES/INSTITUTO_GEOGRAFICO/Geofisica/

Web del Ministerio de Fomento en la que muestra los diferentes métodos de estudio que tiene el Estado en este campo de la geofísica.

INSTITUTO ESPAÑOL DE OCEANOGRAFÍA

www.ieo.es/inicial.htm

El Instituto Español de Oceanografía presenta sus estudiosdel mar y los océanos. Sus líneas de investigación se centran con especial atención en el aprovechamientosostenible de los recursos marinos.

CENTRO SISMOLÓGICO EURO-MEDITERRÁNEO

www.emsc-csem.org/index.php?page=home

Web en inglés del Centro Sismológico Euro-Mediterráneo,tiene toda la información sísmica de esta zona, además de enlaces con otros centros importantes.

LIBROS

Procesos geológicos internosFRANCISCO ANGUITA y FERNANDO MORENO. Ed. RuedaCon este libro, que es un clásico de la geología, sus autores transmiten sus conocimientos sobre los acontecimientos que suceden en el interior de la Tierra.

Introducción a la geología prácticaDAVID GÓMEZ ORTIZ. Ed. Universitaria Ramón ArecesUn libro que resume los conocimientos mínimos a nivelgeológico para desarrollar trabajos de investigación sobre el terreno, muy bueno para ver métodos de estudioy análisis de datos.

Riesgos naturalesJORGE OLCINA SANTOS y FRANCISCO JAVIER AYALA CAICEDO.Ed. ArielEl libro analiza desde un punto de vista multidisciplinar la peligrosidad de la naturaleza, ofrece un análisisdetallado pero accesible para los docentes.

Historias curiosas de la ciencia: todo aquello que usted quería saber sobre la ciencia y nunca se atrevió a preguntarCYRIL AYDON. Ed. Ma Non TroppoEl autor nos explica por medio de pequeños artículos lo que deberíamos saber sobre el mundo, el universo y otros acontecimientos.

Fundamentos de geofísica JULIO MEZCUA RODRÍGUEZ y AGUSTÍN UDIAS VALLINA.Alianza EditorialEl libro está organizado en tres grandes bloques:gravimetría, sismología y geomagnetismo, aunque se hanañadido otros, como: la inducción eléctrica, la geotermia, la radiactividad y el magnetismo externo. Es una obra de consulta para aclarar las ideas.

DVD/PELÍCULAS

Planeta feroz, clima extremo. Discovery ChannelEn este documental se muestran las imágenes másimpactantes de los fenómenos atmosféricos.

Contacto (Contact)Dirigida por Robert Zemeckis, la película relata las luchasque se desencadenan entre los científicos que investigan el universo ante un acontecimiento singular.

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En relación con las capas de la Tierra, completa el siguiente dibujo con los nombres de las mismas y la composición principal de cada una de ellas.

¿Dónde se sitúa la capa D’’ y qué movimientos presenta?

Explica brevemente cuál es el origen del campo magnético terrestre.

¿Qué es una anomalía gravimétrica negativa? ¿A qué puede deberse?

Indica qué consideraciones se realizaban sobre la astenosfera por parte de los científicos durante las décadas de 1970 y 1980.

¿Cuál es la aportación de los elementos radiactivos a la energía térmica que posee?

a) ¿Cuál es la principal diferencia entre la estratosfera y la troposfera en cuanto a las corrientes de convección?

b) ¿Cómo se distribuyen las masas de aire en los hemisferios de la Tierra?

¿Qué ocurre cuando una corriente oceánica cálida encuentra una masa de aire frío y seco? Cita un ejemplo que conozcas de este caso.

a) ¿Cómo relacionarías la actividad volcánica con la hidrosfera?

b) ¿Qué es una termoclina?

La biosfera mantiene un intenso intercambio de materia y energía con los demás sistemas del planeta: hidrosfera, atmósfera y geosfera. Indica al menos un proceso o actividad que tenga lugar en la biosfera y afecte a:

a) La atmósfera.

b) La geosfera.

c) La hidrosfera.

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EVALUACIÓN

PRUEBA DE EVALUACIÓN 114833582 _ 0456-0485.qxd 10/6/08 16:35 Página 471


EVALUACIÓN

PRUEBA DE EVALUACIÓN 214En relación con las discontinuidades del interior terrestre, completa el siguiente dibujo con los nombres de las mismas y la localización exacta entre las capas.

Explica cómo se formó el núcleo metálico de la Tierra, constituido fundamentalmente por hierro, y el manto rocosoformado por peridotita.

¿A qué se debe la diferencia en la intensidad del campo gravitatorio que se aprecia entre la corteza oceánicay la corteza continental?

Explica brevemente qué es una anomalía magnética e indica una de las causas que pueden provocar dicha anomalía.

¿Por qué actualmente se considera que la astenosfera ha perdido su importancia como nivel de despeguede la litosfera?

¿Cuál es la aportación de la diferenciación gravitatoria por densidades a la energía térmica que posee la Tierra?

Explica cuáles fueron los procesos que originaron la atmósfera actual y cuándo ocurrió.

¿Qué ocurre cuando una corriente oceánica fría encuentra una masa de aire caliente y húmedo? Cita un ejemplo que conozcas de este caso.

Explica a qué denominamos corriente termohalina y cuáles son las causantes de su formación.

La biosfera mantiene un intenso intercambio de materia y energía con los demás sistemas del planeta:hidrosfera, atmósfera y geosfera. Indica al menos un proceso o actividad que tenga lugar en la biosfera y afecte a:

a) La atmósfera.

b) La geosfera.

c) La hidrosfera.

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¿Cómo explicarías que la edad de las rocas continentales más antiguas sea de unos 4 000 millones de años y sinembargo no se hayan encontrado rocas en el fondo oceánico con edad superior a los 185 millones de años?

El paleomagnetismo es la disciplina que se encarga del estudio del campo magnético de la Tierra en el pasado,¿cómo es posible realizar este estudio?, ¿podría realizarse un estudio del campo gravitatorio en el pasado?

Sabiendo que la densidad media de todo el planeta es de 5,52 g/cm3, indica cómo se puede deducir que la densidaddel manto terrestre es superior que la de los materiales de la corteza.

En los trabajos científicos actuales no existen prácticamente menciones a la astenosfera, sino radiografías del mantoen las que aparecen superpenachos y avalanchas o cascadas subductivas. Busca información e indica a qué serefieren estos términos.

Relaciona el calentamiento de la Tierra durante su formación con la estructura en capas que posee.

La atmósfera es la envoltura gaseosa que rodea a la Tierra y se extiende hasta unos 10 000 km de altitud. ¿Cuáles son las capas que se diferencian en la atmósfera? Indica la característica principal de cada una de las capas.

¿Por qué se dice que el ozono es un contaminante de primer orden en la troposfera? ¿Cuáles son sus principalesefectos en la troposfera?

Explica qué representan los siguientes dibujos con relación a las corrientes oceánicas:

En el océano se denomina termoclina a la zona en la cual la temperatura del agua tiene una rápida disminución en sentido vertical con poco aumento de la profundidad. ¿Cuáles son los factores que determinan la posición de la termoclina?

La biosfera es el conjunto de todos los seres vivos de la Tierra, desde las bacterias hasta las plantas y animales. Señala algunos de los efectos de la biosfera sobre la hidrosfera.

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ATENCIÓN A LA DIVERSIDAD

AMPLIACIÓN14

Calor cedidopor el aireal agua

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ATENCIÓN A LA DIVERSIDAD

REFUERZO14Completa la siguiente tabla:

¿Cuáles son las consecuencias de la diferencia de grosor y densidad entre la corteza oceánica y la corteza continental?

¿Qué es la capa D”? ¿Qué tipo de materiales la constituyen?

Indica cuál es el origen del núcleo metálico de hierro presente en todos los planetas en la actualidad.

¿Por qué motivo algunos puntos terrestres presentan anomalías magnéticas? ¿Y anomalías gravimétricas?

En relación con el gradiente geotérmico desde la superficie de la Tierra hacia su interior, indica los efectos de los siguientes fenómenos:

a) Vulcanismo.

b) Convención del manto.

c) Convención del núcleo externo.

d) Cristalización del hierro fundido del núcleo externo.

¿Cuál es el gas más abundante en la atmósfera? ¿De dónde procede este gas?

a) ¿Por qué se forman tres masas de aire diferenciadas en cada hemisferio?

b) ¿Qué originan las zonas de contacto entre dos masas de aire?

¿A qué denominamos corriente termohalina? ¿Por dónde discurre?

La biosfera mantiene un intenso intercambio de materia y energía con los demás sistemas del planeta: hidrosfera,atmósfera y geosfera. Indica cómo afectan los siguientes componentes de la biosfera sobre el sistemacorrespondiente:

a) La actividad fotosintética.

b) Los arrecifes de coral.

c) La cubierta vegetal.

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CapaDiscontinuidad

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Densidadmedia (kg/m3)

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ORIENTACIONES PARA UN EXAMEN 114

Capa EspesorDensidad

(g/cm3)Composición

Mantosuperior 600 km 3,4-4

Peridotitasinferior 2 230 km 4,5-6

Diseño y justificación de un modelo de la estructura de la Tierra en función de la densidad de los materiales1. A la luz de los resultados expuestos en la tabla, puedes observar que las capas de la Tierra

están dispuestas en un orden creciente de densidad desde la más externa a la más interna. Así pues, la capa concéntrica terrestre más externa es la atmósfera, compuesta por un conjunto de gases que forman una envuelta alrededor de la Tierra atrapados por el campo gravitatorioterrestre. La hidrosfera, aunque no constituye una capa continua se sitúa atendiendo a la densidaddel agua entre la atmósfera y la primera de las capas sólidas de la geosfera. La corteza, la más ligera de las capas terrestres sólidas, se dispone sobre el manto y este a su vez rodea a la capa de mayor densidad, el núcleo. El manto y el núcleo se subdividen en capas que siguen diferenciándose en función de la densidad. Se trata ahora de que deduzcasel modelo de la estructura de la Tierrra que se ajuste a dicha información. Este modelo en capasestratificadas atendiendo a un gradiente de densidades solo es posible si en algún momentodurante el transcurso de la formación el planeta Tierra, hubiera sido posible la fusión de losmateriales iniciales. Según la teoría del origen de nuestro planeta, por condensación de polvoy gas se formaría un protoplaneta más bien frío y homogéneo en un principio, pero la contraccióncontinua y la radiactividad de los elementos más pesados contribuyó al calentamiento y a la fusiónde los materiales originales. Esta fusión permitiría la explicación de la disposición actual. Sejustificaría así que los materiales más densos migraran hacia el interior del planeta quedando losmás ligeros o menos densos en zonas más superficiales. Los elementos más pesados, como el Ni yel Fe, migraron hacia la zona del actual núcleo, y los silicatos permanecieron por encima. Laatmósfera y la hidrosfera primitivas se originaron procedentes de las erupciones volcánicas.

2. Aquí se trata de que demuestres tus conocimientos a cerca de los métodos indirectos para el estudiode la Tierra. La densidad, así como otras características de los materiales se deducen a través de estetipo de métodos geológicos. Tendrás que indicar la importancia del método sísmico, que es el quemás información ha aportado sobre las características físicas y estructura del interior terrestre.

Observa la siguiente tabla sobre el valor medio de la densidad de los materiales que constituyen las distintas capas terrestres y contesta a las preguntas que se formulan a continuación.

1. Diseña y justifica un modelo en capas que explique la estructura del planeta Tierra, ¿Se puede relacionar con la teoría que explica la formación de la Tierra?

2. Señala los métodos empleados para conocer la densidad media de aquellos materiales terrestres sobre los que no se puede acceder directamente.

Practica

Observa los datos referidos al manto. ¿Qué explicacióndarías a la diferencia de la densidad en los materialesdel manto superior respecto de los del manto inferiory, por tanto, a su disposición?, ¿cómo es posible que la misma composición de rocas pueda dar capascon distinta densidad?

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Capas Densidad media (g/cm3)

Atmósfera 0,0013

Hidrosfera 1

Corteza 2,3 - 2,7

Manto superior 3,4 - 4

Manto inferior 4,5 - 6

Núcleo externo 9,8 - 12

Núcleo interno 12 - 12,5

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ORIENTACIONES PARA UN EXAMEN 214

Análisis de las interacciones entre subsistemas de la TierraTendrás que argumentar las diferencias que encuentres entre las dos imágenes y proponer un modeloevolutivo en el contexto de los sistemas. Una teoría basada en este aspecto lo constituye la teoría de Gaiaformulada por James Lovelock en la década de 1960, que debes conocer y tratar en esta respuesta.

Es importante que insistas en que el sistema Tierra está formado por una serie de unidades, consideradassubsistemas, que interaccionan entre sí. Así pues, se pueden distinguir la atmósfera, la hidrosfera, la geosfera y la biosfera como unidades, sistemas a su vez, con una gran relación de interdependencia.

La biosfera repercute sobre los subsistemas y estos sobre la biosfera en una dependencia recíproca.Interesa que hagas hincapié en que las consecuencias importantes de esta modificación.

1. En el caso que nos ocupa, la disparidad de los componentes y otras características, como la temperatura entre dos momentos de la historia de la Tierra (al comienzo y actual) del subsistema atmósfera, se debe a la influencia de otro subsistema, la biosfera. La atmósfera no ha tenido siempre la misma composición ni las mismas características pasando de una situacióninicial (primitiva) a la actual.

La composición de la atmósfera primitiva resulta de la emisión de gases por la actividad volcánicamuy abundante durante el periodo de formación del planeta. Ello explica la alta concentración de dióxido de carbono y la casi nula existencia de oxígeno. La vida aparece hace unos 3 800 millonesde años pero todavía sin la estrategia metabólica de fotosíntesis. Es probable que los primerosautótrofos fotosintéticos aparecieran hace 3 400 millones de años.

Se cree que las primeras cianobacterias tienen entre 2 500 y 2 700 millones de años. Las cianobacteriasserán los primeros organismos que liberen al medio oxígeno como consecuencia de la ruptura de la molécula de agua en la fotosíntesis. Aún debían pasar muchos miles de años para que comenzararealmente el aumento espectacular y gradual de oxígeno en la atmósfera y, a su vez, la disminución de dióxido de carbono utilizado por estos organismos fotosintéticos para obtener la materia orgánicamediante un conjunto de reacciones de síntesis.

2. La variación de la temperatura debes correlacionarla con el efecto invernadero. El dióxido de carbono es un gas de efecto invernadero. A mayor concentración de dióxido de carbono, más es la cantidad de radiación infrarroja que queda atrapada sin poder irradiar al exterior del planeta. Lo que significa que a mayor concentración de gas efecto invernadero, mayor temperatura media. Por tanto, es lógico que a medida que disminuía la concentración de dióxido de carbono, se redujera el valor de la temperatura media.

A continuación se presentan los porcentajes en volumen de algunos componentes de la atmósfera en dos momentos muy distintos. En un cuadro se representa la situación actual de la atmósfera y en el otro se reproducen algunas características que debió tener la atmósfera primitiva. Observa los datos y contesta a las preguntas que se formulan.

1. ¿Qué explicación tiene el cambio de lacomposición química de la atmósfera primitiva a la atmósfera actual?

2. Compara el valor de la temperatura media en lasdos situaciones, ¿a qué es debido ese cambio?

CO2: 98 %

O2: inapreciable

Temperatura: 240-230 °C

Atmósfera primitiva

CO2: 0,03 %

O2: 21 %

Temperatura: 15 °C

Atmósfera actual

Practica

Las fábricas biológicas productoras de carbonatos sehan desarrollado en numerosas ocasiones a lo largo de la historia de la vida en la Tierra sobre plataformasde mares someros. ¿Qué relación existe entre distintossistemas de la Tierra en este ejemplo? Justifícalo.

Explica la formación del suelo desde la perspectiva de la interacción entre los subsistemas que forman la Tierra.

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SOLUCIONARIO14RECUERDA Y CONTESTA

1. El método sísmico es el que más datos ha aportado sobre la es-tructura interna de la Tierra.

2. La corteza y el manto están firmemente adheridos, de formaque la parte más superficial del manto superior, junto con la cor-teza, forman una capa rígida, denominada litosfera. Esta se en-cuentra fracturada en bloques de diversos tamaños y formas,que son las placas litosféricas y pueden ser: placas litosféricasoceánicas o placas litosféricas continentales.

3. Las dicontinuidades son cambios bruscos en la velocidad depropagación de las ondas sísmicas.

Podemos destacar la discontinuidad de Mohorovicic, que sepa-ra la corteza del manto, y la discontinuidad de Gutenberg, quesepara el manto del núcleo externo.

ACTIVIDADES

14.1. Según los datos de la tabla, el espesor de la corteza es deunos 70 km y el del manto, considerando superior e infe-rior, es de 2 830 km. Por tanto, la distancia entre la basede la corteza y la base del manto es de 2 830 – 70 = 2 760 km.

Para calcular el tiempo que tardaría una masa de roca enrecorrer esa distancia a una velocidad de 5 cm/año:

v = distancia/tiempo

5 cm/año = 2,76 × 108 cm/tiempo , entonces tiempo == 5,52 × 106 años.

14.2. Durante las décadas de 1970 y 1980 se dio por supuesto quela astenosfera era una capa continua situada bajo la litos-fera, que actuaba como lubricante o nivel de despegue yque sin ella, el movimiento de la litosfera sería imposible, de-bido al rozamiento con el manto subyacente. Sin embargo,los estudios sísmicos, cada vez más detallados, no detec-taban la presencia de esta astenosfera en todos los lugares.

Posteriormente, gracias a la física de los fluidos, se llegó ala conclusión de que es el manto el que con sus corrien-

tes de convección ascendentes y descendentes mueve lalitosfera desde su base.

14.3. La diferencia de temperatura entre el núcleo externo e in-terno de la Tierra origina las corrientes de convección enel núcleo externo y estas corrientes originan el campo mag-nético terrestre. Si el campo magnético es muy débil enMarte significa que su núcleo no posee temperaturas tanaltas que originen corrientes de convección; además, laausencia de actividad volcánica también indicaría queno existen rocas fundidas en su interior, por tanto, las tem-peraturas deben ser mucho menores que en el interior dela Tierra.

Un núcleo grande de hierro fundido generaría un fuer-te campo magnético; en consecuencia, la mayoría delhierro debió permanecer en las capas externas de Mar-te, haciendo que la superficie fuera roja a causa de la oxi-dación.

14.4. La teledetección también se conoce como percepciónremota, es la técnica que permite obtener información so-bre un objeto, superficie o fenómeno a través del análisisde los datos adquiridos por un instrumento que no estáen contacto con él.

Los datos del campo gravitatorio obtenidos por satélitesde observación sí se pueden considerar como una técni-ca de teledetección.

14.5. La fórmula sería la siguiente:

F = G × (m × M )/d2

Donde: G = 6,67 × 10−11 N × m2/kg2

m y M, las masa de los objetos.

d, la distancia que separa los objetos.

14.6. Presentaría anomalía gravimétrica positiva debido a queen esa zona, por la presencia de basaltos, el valor de gsería mayor de lo esperado.

14.7.

Atmósfera Origen Composición Cómo desapareció

Primera

En la zona central del Sistema Solar había una gran acumulación de hidrógeno y helio, queacabó comprimiéndose bajo su propio peso yoriginando el Sol. Alrededor de esta protoestrellagiraban los planetas, formados por un núcleorocoso y una gruesa atmósfera constituidatambién por hidrógeno y helio.

Hidrógenoy helio

Una lluvia de partículas procedentesdel Sol, llamada viento solar, barrió la atmósfera de la Tierra, quedódespojada de su envoltura gaseosa y se perdió la primera atmósfera,convirtiéndose en rocas desnudas.

Segunda

Salida de grandes cantidades de gases de suinterior, el viento solar continuó llevándose estosgases de su superficie. Sin embargo, la fusión de la Tierra por el calentamiento del Sol provocó la formación del núcleo metálico, la Tierraadquirió una magnetosfera capaz de desviar las partículas cargadas que componen el vientosolar. Una vez a salvo de aquella devastadoralluvia de partículas, los gases volcánicosempezaron a acumularse sobre la superficieterrestre.

Vapor de agua, dióxidode carbono y óxidos

de azufre.

Desaparece hace unos 3 800millones de años con la aparición dela vida en la Tierra y el consumo de dióxido de carbono y producción de oxígeno mediante la fotosíntesis.

Tercera

Por acumulación de oxígeno en la atmósfera,durante 1 000 millones de años.

Dióxido de carbono,nitrógeno, oxígeno y

otros gases en muy bajaproporción.

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Discontinuidadde Repetti

Discontinuidadde Gutenberg

Discontinuidadde Lehman

CortezaManto

superior

Mantoinferior

Núcleoexterno

Núcleointerno

Discontinuidadde Mohorovicic


SOLUCIONARIO1414.8. En la troposfera, la convección da lugar al ciclo del agua

y hace funcionar los agentes geológicos, ya que el vaporde agua al ascender se enfría, condensa y origina las nu-bes y las precipitaciones. En cambio, en la estratosfera latemperatura aumenta con la altitud, lo que determina queen ella no haya convección.

14.9. Cuando las masas de aire se desplazan en dirección nor-te-sur, son desviadas de su trayectoria por el movimientode rotación de la Tierra, por lo que no llega a completarsela mezcla del aire frío con el caliente, sino que en cada he-misferio se forman tres masas de aire bastante indepen-dientes entre sí:

– El aire polar, situado sobre los polos y que llega hasta los60 grados de latitud norte y sur.

– El aire templado, que forma un cinturón entre los 60 ylos 30 grados de latitud.

– El aire tropical, que forma otro cinturón entre los 30 gra-dos de latitud y el ecuador.

– Estas masas de aire presentan un movimiento de con-vección acoplado, de manera que cada una gira deforma coherente con las adyacentes. Las zonas dondeestos cinturones se tocan entre sí reciben el nombre dezonas de convergencia, y es precisamente la interacciónentre las diferentes masas de aire en estas zonas de con-vergencia la que da lugar a las zonas climáticas.

14.10. Una termoclina es la interfase entre el agua fría y el aguacálida en una masa de agua.

Una masa de agua estratificada es aquella en la que el aguaestá separada en dos partes, una profunda fría y otra su-perficial más cálida. El agua caliente es menos densa queel agua fría y tiende a flotar sobre ella.

14.11. Las masas de agua estratificadas son muy estables y enellas es difícil que se produzca mezcla vertical y, por tanto,convección.

14.12. La termoclina será más marcada en un clima caluroso queen uno frío.

14.13. Los periodos de anoxia oceánica son aquellos en los quela hidrosfera ha permanecido con muy poco oxígeno di-suelto, disminuyendo en consecuencia, la biodiversidadmarina.

La existencia de corrientes profundas en los océanos difi-cultan la posibilidad de anoxia.

LABORATORIO

14.14. Porque el agua salada es más densa y se queda en el fon-do del recipiente y sobre ella permanecen los papelitosque no pueden hundirse porque son menos densos, porencima de los papelitos queda el agua dulce.

14.15. Los papelitos que corresponden con la litosfera oceánica yla capa de sal del fondo con el manto inferior de la Tierra.

14.16. A medida que el agua se calienta, se forman corrientes deagua del fondo que ascienden hacia la superficie, pero cuan-do llegan a la discontinuidad, la densidad mucho menor delagua dulce les hace hundirse. Algunas corrientes consiguenascender dentro del agua dulce y llegan a rozar la superficie,para hundirse a continuación. Los papelitos son arrastradoshacia arriba y hacia abajo por estas corrientes. Algunos per-manecen durante un rato en la superficie y se hunden a con-tinuación. Los que quedan apoyados sobre la discontinui-dad se hunden también a veces hacia el «núcleo» de sal,descendiendo a través del «manto inferior» de agua salada.

ACTIVIDADES DE REPASO

11.17.

14.18. Cualquier objeto hecho de una sustancia que sea porosay fácilmente compresible, presenta esta propiedad: lagomaespuma de las esponjas, un trozo de corcho, elporexpan (o «corcho blanco»), etc., son sustancias queaumentan su densidad al comprimirlas, sin cambiar su com-posición. Incluso el aire, o cualquier gas, puede ser un ejem-plo válido que cumple esa característica.

14.19. La capa D” se presenta entre 100 y 400 km y se encuen-tra en la zona de transición entre el manto y el núcleo.

Los materiales que forman la capa D” son arrastrados porlas corrientes de convección del manto, y del mismo modo que son acumulados sobre la superficie del núcleo,pueden ser también arrastrados hacia arriba por las co-rrientes ascendentes.

14.20. Existen diversas teorías sobre el origen de la Luna, la másaceptada actualmente sostiene que en los inicios de la exis-tencia de la Tierra, un planeta de tipo terrestre, colisionócon la Tierra y parte del planeta, junto con materiales dela zona impactada, originaría la Luna, que quedó orbitan-do en torno a nuestro planeta.

Si esta teoría fuese cierta sí se explica que la composiciónde la Luna sea similar a la del manto terrestre.

Aire polar

Airetemplado

Alisios

Vientos del Oeste

Vientos del Este

Vientos del Oeste

Vientos del Este

Aire polar

Airetemplado

Aire

trop

ical

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SOLUCIONARIO14


14.21. Las corrientes de convección del núcleo externo origi-nan el campo magnético terrestre. Parte de los átomos dehierro están ionizados, por lo que las cargas positivas y ne-gativas son arrastradas por separado, siguiendo trayecto-rias circulares que engendran un campo magnético quepercibimos en la superficie. La rotación terrestre orientaestas corrientes de convección, por lo que los polos mag-néticos están muy cerca de los polos geográficos.

El campo magnético que rodea la Tierra protege a nuestroplaneta de los rayos cósmicos, y por tanto a la vida que con-tiene, también ayuda a conservar nuestra atmósfera.

14.22. La dirección, inclinación e intensidad del campo magné-tico se mide mediante magnetómetros. Las variaciones enestas magnitudes sobre los valores medios correspondien-tes se consideran anomalías magnéticas, y pueden darsetanto en su intensidad como en su dirección. Con unos al-fileres imantados se puede construir un magnetómetrosencillo.

14.23. Para detectar la presencia de un acuífero en el subsueloutilizaría un estudio magnético. Se ha comprobado que lapresencia de acuíferos proporcionan variaciones en los va-lores esperados de dirección o intensidad del campo mag-nético.

Para buscar rocas de alta densidad utilizaría un métodogravimétrico, puesto que la intensidad de la fuerza gravi-tatoria que ejerce un objeto es mayor cuanto mayor es sudensidad. Cuando en una zona el valor de g es algo ma-yor de lo esperado, se considera que en ese lugar hay unaanomalía gravimétrica positiva, que delata la presencia enel subsuelo de materiales de mayor densidad.

14.24. En 1914 el geólogo Joseph Barrell sugirió la existenciade una zona de baja rigidez situada a unos 100 km de pro-fundidad para explicar los movimientos verticales isostá-ticos de los continentes. Llamó a esta capa astenosfera,literalmente «capa débil», haciendo referencia a su plasti-cidad.

Los estudios sísmicos posteriores, cada vez más detalla-dos, no detectaban la presencia de esta astenosfera en to-dos los lugares, por tanto, podría ser que la astenosfera nofuera la responsable de los movimientos verticales isos-táticos de los continentes. La física de los fluidos demos-tró que la litosfera se mueve arrastrada por las corrientesde convección ascendentes y descendentes desde la basedel manto y no por la existencia de la astenosfera.

14.25. Un nivel de despegue es una capa poco rígida que permi-te el deslizamiento de los materiales situados sobre ella.

Se suponía que era la astenosfera la responsable de los mo-vimientos de deriva de los continentes, porque no se co-nocía aún que no estaba presente en todas las zonas delglobo terrestre. Además no se habían realizado estudiossísmicos detallados ni se había desarrollado la física de flui-dos que explicaría posteriormente la verdadera razón delmovimiento de los continentes.

14.26. La reología es una parte de la física que estudia la visco-sidad de los fluidos y su facilidad para fluir de forma lami-nar o turbulenta.

La física de los fluidos o reología demostró que el manto te-rrestre tiene la misma capacidad de fluir que el agua, en elmanto se producen corrientes de convección ascendentesy descendentes, que permiten a la litosfera moverse arras-trada por esas corrientes que la empujan desde su base.

14.27. La energía térmica que posee la Tierra en su interior es, casi en su totalidad, calor residual producido durante suformación, hace unos 4 500 millones de años, principal-mente por tres procesos:

– El intenso bombardeo meteorítico durante la fase deacreción del planeta. Las colisiones aportaron calor altransformar la energía cinética en energía térmica.

– La diferenciación gravitatoria por densidades, conla consiguiente formación del núcleo. La caída de losmateriales metálicos densos hacia el interior y el ascen-so de los materiales rocosos formando el manto y la cor-teza generó calor por rozamiento. Este proceso trans-forma la energía potencial gravitatoria en energía térmica.

– La desintegración de elementos radiactivos, que enel pasado fueron mucho más abundantes que en la ac-tualidad. Estas desintegraciones producen el calenta-miento de los materiales bombardeados por las partí-culas subatómicas generadas. Se transforma así energíanuclear en energía térmica, de un modo similar a comoocurre en los reactores de las centrales nucleares.

La superficie terrestre, que hace 4 500 millones de añosera prácticamente un océano de roca fundida, se enfriócon mucha rapidez. En apenas 200 millones de años yase había formado una corteza sólida sobre la que habíaocéanos incipientes.

14.28. Debido a que las rocas son malas conductoras del calor,la corteza actuó como una manta, retardando mucho elenfriamiento del manto, por lo que aunque la superficieestaba fría, el interior continuaba muy caliente. El princi-pal mecanismo evacuador de calor del interior de laTierra fue y sigue siendo el vulcanismo, mediante el quelas rocas fundidas son vertidas al exterior, enfriándose rá-pidamente.

14.29.

En el recipiente B el agua y el aceite no se mezclan fácil-mente, puesto que sus densidades y composiciones quí-micas son muy diferentes, y aunque sí hay un intenso flu-jo de calor, la evacuación del calor es más eficaz en elrecipiente A, en el que solo tenemos agua.

14.30.

A B

Llegada delas ondas P

Corrientes de convección

Llegada delas ondas S

Tiempo

El tiempo de retraso de las ondas S con respecto a las P

es de unos 2 min. 15 s.

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SOLUCIONARIO14Solución analítica:

(Para simplificar, tomamos el epicentro como si fuera el fo-co sísmico desde el que parten simultáneamente las on-das P y S ).

Distancia recorrida desde el foco sísmico hasta el labora-torio = Velocidad de la onda sísmica ⋅ tiempo.

Abreviadamente: D = V ⋅ t

Para las ondas P :D = 6 ⋅ t

Para las S , que llegan con 135 segundos de retraso:D = 3 ⋅ (t + 135)

Resolviendo el sistema de dos ecuaciones con dos incóg-nitas, se obtiene que:

D = 810 km

14.31. En el interior del Sol la presión de su propio peso iniciólas reacciones de fusión nuclear, y nuestra estrella comen-zó a brillar. Su nacimiento fue un acontecimiento violen-to que expulsó al espacio una gran cantidad de partícu-las a enormes velocidades. Esta lluvia de partículas,llamada viento solar, barrió la atmósfera de los planetasmás próximos. Mercurio, Venus, la Tierra y Marte queda-ron despojados de su envoltura gaseosa y se perdió laprimera atmósfera, convirtiéndose en rocas desnudas. Sinembargo, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno permane-cieron como gigantes gaseosos, pues no les afectó elviento solar.

14.32. El viento solar es una lluvia de partículas formadas por fu-sión nuclear que son expulsadas al espacio desde el Sol.

La atmósfera actúa como «escudo» en la Tierra frente alviento solar.

14.33. Las diferencias de temperatura entre los polos y el ecua-dor sería mayores si no existiese la hidrosfera, ya que elagua contribuye a regular el clima del planeta por su grancapacidad de almacenar energía y uno de los efectos másimportantes de las corrientes es la distribución de calor enel planeta.

Las corrientes profundas de los océanos se forman porlas diferencias de densidad de las aguas, debido a los cam-bios de temperatura y salinidad, por lo que también sellaman corrientes termohalinas. El agua fría y densa delos mares polares desciende hacia las capas profundasdel océano y se dirige hacia el ecuador, desplazando ha-cia la superficie las aguas más cálidas, con lo que dismi-nuyen las diferencias de temperaturas entre los polos yel ecuador.

14.34. Se producirá convección en el recipiente que está sien-do calentado por debajo (A). Se desarrollará una termocli-na y por tanto, una estratificación en el recipiente que escalentado desde arriba (B), como ocurre en las masas deagua del planeta por el calentamiento del Sol, ya que elagua caliente es menos densa que el agua fría, y tiende aflotar sobre ella.

ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN

14.35. A una profundidad de unos miles de metros (hasta 70 000 m,aproximadamente) nos encontramos en la corteza conti-nental constituida principalmente por granito. Si profun-dizamos en el manto, encontramos peridotitas.

14.36.

En el laboratorio A el retardo entre las ondas P y S es de100 segundos, por tanto:

e = v × t

6 km/s × t = 3 km/s × (t + 100) , resolviendo t = 100 se-gundos

e = 6 × 100 = 600 km

Significa que el foco sísmico se encuentra a 600 km del la-boratorio A.

En el laboratorio B el retardo entre las ondas P y S es de95,3 segundos, por tanto:

e = v × t

6 km/s × t = 3 km/s × (t + 95,3) , resolviendo t = 95,3 se-gundos

e = 6 × 95,3 = 571,8 km

Significa que el foco sísmico se encuentra a 571,8 km dellaboratorio B.

En el laboratorio C el retardo entre las ondas P y S es de50 segundos, por tanto:

e = v × t

6 km/s × t = 3 km/s × (t + 50) , resolviendo t = 50 segun-dos

e = 6 × 50 = 300 km

Significa que el foco sísmico se encuentra a 300 km del la-boratorio C.

Realmente la posición que hallamos es la del epicentro, elfoco sísmico o hipocentro es el punto interior de la Tierradonde se origina el terremoto.

14.37. Los electrones moviéndose en círculos alrededor del ca-ble enrollado y engendrando el campo magnético presen-tan similitud con las corrientes de convección del núcleoexterno, que son las que originan el campo magnético quepercibimos en la superficie terrestre.

14.38. En realidad se podría considerar que el manto interno esmás sólido y elástico, mientras que el externo es un fluidoviscoso. Aunque considerando largos periodos de tiempo,todo el manto se deforma como un fluido muy viscoso,que es lo que ocurriría en el caso de un asfalto de malacalidad sometido a grandes presiones, como el peso delos camiones a su paso por la carretera.

14.39. En 1914 el geólogo Joseph Barrell sugirió la existencia deuna zona de baja rigidez situada a unos 100 km de profun-didad para explicar los movimientos verticales isostáticosde los continentes y llamó a esta capa astenosfera.

14.40. Los elementos radiactivos se van transformando con elpaso del tiempo en isótopos estables.

14.41. Se mide en grados Celsius °C/km o °C/m. El gradiente tér-mico es la variación de la temperatura al recorrer una dis-tancia determinada.

Epicentro

A

B

C

500 km0

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SOLUCIONARIO14El gradiente geotérmico es el aumento de temperatura dela Tierra según profundizamos, es decir, a medida que nosalejamos de la superficie y nos acercamos al interior. El gra-diente geotérmico medio, para la corteza, es de 1 °C/33 m.

Otros gradientes que podemos citar son: el gradientebarométrico que es la disminución de presión atmos-férica al ganar altitud y el gradiente de olor que se per-cibe fácilmente al acercarnos a una fuente que produz-ca un determinado olor, por ejemplo al entrar en unapastelería o en un lugar en el que se está cocinando.

14.42. Si intentamos mover un objeto muy rápidamente dentrodel agua, este muestra una gran resistencia, es decir: secomporta como si fuera muy viscosa. En esto se basa la efi-cacia de los remos de una embarcación.

Si al tirarnos a una piscina caemos "en plancha" en el mo-mento de chocar con la superficie intentamos apartar denuestra trayectoria un gran volumen de agua en una frac-ción de segundos. En estas ocasiones el agua parece sermás dura o más rígida de lo normal.

14.43. Las charcas contaminadas suelen estar pobladas por ma-sas de algas; a veces también tienen la superficie cubier-ta de diminutas plantas flotantes (lentejas de agua). Am-bas realizan la fotosíntesis y aportan oxígeno a laatmósfera. En el fondo de la charca, donde la concen-tración de oxígeno disuelto es escasa o incluso nula, lasbacterias desnitrificantes producen nitrógeno gaseoso(N2), que es el principal componente de la atmósfera. Pa-radójicamente, las masas de agua contaminadas con nu-trientes (fosfatos y nitratos), son grandes productorasde oxígeno atmosférico.

14.44. La principal indicación de la ausencia de vida en Marte esel bajo porcentaje de oxígeno en su atmósfera, aproxima-damente 0,13%, mientras que en la atmósfera de la Tierraes de 21 % aproximadamente. Existen otras característicasde la atmósfera de Marte, como la temperatura media de–63 °C o la baja cantidad de vapor de agua que llevan apensar a la ausencia de vida en este planeta.

La atmósfera de Marte es bastante diferente de la atmós-fera de la Tierra. Está compuesta fundamentalmente pordióxido de carbono con pequeñas cantidades de otros ga-ses. Los seis componentes más comunes de la atmósferason: Dióxido de carbono (CO2): 95,32 %. Nitrógeno (N2):2,7%. Argón (Ar): 1,6%. Oxígeno (O2): 0,13 %. Agua (H2O):0,03%. Neón (Ne): 0,00025 %.

14.45. La convección en la troposfera es la que causa las mo-lestas turbulencias durante un vuelo en avión. Los avio-nes comerciales vuelan a una altitud de entre 10 000 y 11 000 metros; se sitúan así por encima de la tropopausa,dentro de la estratosfera. En la estratosfera no hay convec-ción y, por tanto, no existen turbulencias, con lo que el vue-lo resulta mucho más confortable para los pasajeros, y tam-bién más seguro, ya que se elimina la posibilidad de queuna fuerte turbulencia tormentosa ponga en peligro laestabilidad del avión.

14.46. La acumulación de conchas de moluscos y también de al-gunos protoctistas origina estratos de calizas en los océanos,los arrecifes de coral influyen sobre las corrientes marinas yforman zonas resguardadas en las que la evaporación delagua es intensa, produciéndose la sedimentación de sales.

Normalmente, las calizas marinas se producen a partir depequeños esqueletos de seres vivos, que viven en las ca-

pas acuáticas superiores y que al morir caen al fondo delmar, donde constituyen los lodos de calcita.

14.47. Realmente, para transportar grandes cantidades de arenade la forma más rápida posible, interesaría contar con ca-miones grandes.

Si cambiamos los términos, la cuestión planteada queda-ría así: si quisiéramos llevar rápidamente una enorme can-tidad de energía térmica de un lugar a otro donde hay po-ca, ¿nos interesaría utilizar líquido con alto calor específicoo con bajo calor específico?

El agua tiene un elevado calor específico, que le permiteabsorber o ceder grandes cantidades de calor variandopoco su temperatura, por tanto, para el transporte de ener-gía térmica sería adecuado utilizar un líquido con alto ca-lor específico, como el agua, que se utiliza por esta razónen los sistemas de calefacción.

El aire por el contrario tiene un calor específico muy bajo,y cuando intercambia calor con el agua, cambia de tem-peratura mucho más rápidamente que ella. Este trasvasede calor entre el agua y el aire determina que las corrien-tes oceánicas transporten grandes cantidades de calor des-de las zonas ecuatoriales hacia los polos, y así amortiguanlas diferencias térmicas que hay entre las regiones más ca-lientes y las más frías del planeta.

ORIENTACIONES PARA UN EXAMEN

14.48. Campo magnético terrestre

Anomalías magnéticas locales

Polo sur geográficoPolo norte magnético

Polo norte geográficoPolo sur magnético

Líneas de campomagnético.

Líneas del campo magnético deformadas.Representan una anomalía magnética.

Líneas del campomagnético sin deformar

N

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14.49. El proceso de evacuación del calor del interior terrestre ha-cia el exterior es el siguiente:

14.50.

En la troposfera se realizan movimientos convectivos por el abun-dante oxígeno que proporciona que las temperaturas se distribu-yan. En la estratosfera no hay movimentos convectivos porque latemperatura se aumenta con la altitud. Los movimientos convecti-vos hacen ascender el aire calientehacia la parte alta de la tropos-fera, pero también hay un mo-vimiento convectivoa gran escala quetiende a llevar el airefrío de los polos hacia elecuador por las zonas altasde la atmósfra y el aire ca-liente de las zonas tropi-cales hacia los polospor las zonas bajasde la atmósfera.

14.51. Representación de la variación de la temperatura en lasprimeras capas de la tierra.

PRUEBA DE EVALUACIÓN 1

1.

En cuanto a la composición:

2. La capa D” presenta entre 100 y 400 km y se encuentra en lazona de transición entre el manto y el núcleo.

Los materiales que forman la capa D” son arrastrados por lascorrientes de convección del manto, y del mismo modo queson acumulados sobre la superficie del núcleo, pueden ser tam-bién arrastrados hacia arriba por las corrientes ascendentes.


SOLUCIONARIO144. El vulcanismo evacua

el calor al exterior.

3. La convección en el mantotransporta el calorhastalas zonassuperficiales.

2. La convección del núcleo externotransporta el calor hastala base del manto.

Núcleointernosólido

Núcleoexternolíquido

Hierro

Calor

Mantorocoso

1. El hierro cristaliza y precipitaaumentando el tamaño delnúcleo interno. La cristalizacióndesprende calor.

0

10

50

�50 0 50 (Temperatura oC)

Superficie: 15 oC

Tropopausa �45 oC

Estratopausa 17 oC

Radiación ultravioleta Radiación visible

Ozonosfera

Altitud (km)

Mes

osfe

raEs

trat

osfe

raTr

opos

fera

0

10

50

�50 0 50 (Temperatura oC)

Superficie: 15 oC

Tropopausa �45 oC

Estratopausa 17 oC

Radiación ultravioleta Radiación visible

Ozonosfera

Altitud (km)M

esos

fera

Estr

atos

fera

Trop

osfe

ra

CortezaManto

superior

Mantoinferior

Núcleoexterno

Núcleointerno

Corrientesde convección

CapaDiscontinuidad

en la base

CortezaBasalto (c. oceánica)

Granito (c. continental)

MantoSuperior

PeridotitasInferior

NúcleoExterno 80 % de hierro; 20 % de

níquel y otros metalesInterno

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SOLUCIONARIO143. Parte de los átomos de hierro del núcleo están ionizados, por

lo que las cargas positivas y negativas son arrastradas por sepa-rado, siguiendo trayectorias circulares (corrientes de con-vección) que engendran un campo magnético que percibi-mos en la superficie. La rotación terrestre orienta estascorrientes de convección, por lo que los polos magnéticos es-tán muy cerca de los polos geográficos.

4. Cuando en una zona de la Tierra el valor de la aceleración queproduce la fuerza de la gravedad es menor de lo esperado, sedice que existe una anomalía gravimétrica negativa.

Las anomalías gravimétricas negativas pueden deberse a laexistencia de materiales ligeros en esa zona, como sedimen-tos sin consolidar.

5. Durante los años setenta y ochenta del siglo XX se dio por su-puesto que la astenosfera era una capa continua situada bajola litosfera, que actuaba como lubricante o nivel de despeguey que sin ella, el movimiento de la litosfera sería imposible,debido al rozamiento con el manto subyacente.

6. La desintegración de elementos radiactivos, que en el pasa-do fueron mucho más abundantes que en la actualidad, pro-ducen el calentamiento de los materiales bombardeados por las partículas subatómicas generadas. Se transforma asíenergía nuclear en energía térmica, de una forma similar a como ocurre en los reactores de las centrales nucleares.

7. – En la troposfera, la convección da lugar al ciclo del agua yhace funcionar los agentes geológicos, ya que el vapor deagua al ascender se enfría, condensa y origina las nubes ylas precipitaciones. En cambio, en la estratosfera la tempe-ratura aumenta con la altitud, lo que determina que en ellano haya convección.

– En cada hemisferio se forman tres masas de aire bastanteindependientes entre sí: • El aire polar, situado sobre los polos y que llega hasta los

60 grados de latitud norte y sur.• El aire templado, que forma un cinturón entre los 60 y los

30 grados de latitud.• El aire tropical, que forma otro cinturón entre los 30 gra-

dos de latitud y el ecuador.

8. Una corriente oceánica cálida como la corriente del Golfoen el océano Atlántico Norte, cede eficazmente el calor delaire situado sobre ella. Si sobre el océano se desplaza una ma-sa de aire frío y seco, el aire se calienta y se carga de humedadrápidamente.

9. a) Hace 4 300 millones de años, apenas doscientos millonesde años después de la fusión de nuestro planeta, ya exis-tía una corteza sólida y fría. Sobre ella se fue acumulan-do el agua procedente de la condensación del vapor ex-pulsado por los volcanes. Desde entonces aquellahidrosfera primitiva ha ido aumentando de volumen a me-dida que la actividad volcánica ha seguido aportando vapor de agua a la superficie terrestre.

b) La termoclina es la interfase entre el agua fría y el agua cá-lida en una masa de agua.

10. Esta pregunta es de respuesta abierta pero a modo de ejem-plo podemos indicar algunas de las interacciones entre la bios-fera y la atmósfera como la actividad fotosintética que produ-ce oxígeno; entre la biosfera y la hidrosfera como los arrecifesde coral que influyen sobre las corrientes marinas; y entre labiosfera y la geosfera como la acumulación de restos orgá-nicos que forma el carbón y el petróleo.

PRUEBA DE EVALUACIÓN 2

1. En las flechas señaladas, desde la superficie al núcleo se indi-carían las discontinuidades y la profundidad a la que seencuentran de la siguiente forma:

– Discontinuidad de Mohorovicic (10-70 km).

– Discontinuidad de Repetti (670 km).

– Discontinuidad de Gutenberg (2 900 km).

– Discontinuidad de Lehman (5 150 km).

2. El origen del Sistema Solar, hace unos 5 000 millones de años,fue un proceso violento con colisiones entre planetas en for-mación, asteroides y meteoritos.

El calor producido por aquellas colisiones, junto con el pro-ducido por las desintegraciones de elementos radiactivos, aca-bó por fundir casi por completo los planetas, lo que a su vezpermitió que el hierro, un elemento metálico muy denso ymuy abundante, se fuera decantando hacia el interior, que-dando sobre él una envoltura rocosa menos densa. Así escomo todos los planetas acabaron por tener un núcleo me-tálico de hierro y un manto rocoso de peridotita.

3. La intensidad de la fuerza gravitatoria que ejerce un objeto esmayor cuanto mayor es su densidad. Los materiales que for-man la Tierra tienen diferentes densidades; en la corteza oceá-nica basáltica la densidad es algo mayor que en la corteza con-tinental granítica, lo que se traduce en una diferencia pequeñapero apreciable de la intensidad del campo gravitatorio.

4. Las variaciones en la dirección o intensidad del campo mag-nético sobre los valores medios correspondientes se denomi-nan anomalías magnéticas.

Estas anomalías ponen de manifiesto la presencia en el sub-suelo de materiales que desvían las líneas del campo magné-tico, normalmente materiales metálicos o acuíferos.

5. Durante los años setenta y ochenta del siglo XX se dio por su-puesto que la astenosfera era una capa continua situada bajola litosfera, que actuaba como lubricante o nivel de despeguey que sin ella, el movimiento de la litosfera sería imposible,debido al rozamiento con el manto subyacente. Sin embar-go, los estudios sísmicos, cada vez más detallados, no detec-taban la presencia de esta astenosfera en todos los lugares.

Posteriormente, gracias a la física de los fluidos, se llegó ala conclusión de que es el manto el que con sus corrientesde convección ascendentes y descendentes mueve la litos-fera desde su base.

Discontinuidadde Mohorovicic

Discontinuidadde Repetti

Discontinuidadde Gutenberg

Discontinuidadde Lehman

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SOLUCIONARIO146. La diferenciación gravitatoria por densidades, con la consi-

guiente formación del núcleo constituido por los materialesmetálicos densos hacia el interior y el ascenso de los materia-les rocosos formando el manto y la corteza, generó calor porrozamiento. Este proceso transforma la energía potencial gra-vitatoria en energía térmica.

7. Hace unos 3 800 millones de años surgió la vida en la Tierra,probablemente en forma de bacterias, en las zonas de activi-dad volcánica de las dorsales oceánicas. Cuando las bacteriasfueron colonizando las partes superficiales de los océanos yllegaron a la zona iluminada, desarrollaron la capacidad derealizar la fotosíntesis, proceso que consume dióxido de car-bono y produce como residuo oxígeno. Fue el comienzo deun cambio drástico en la composición atmosférica. Tras otrosmil millones de años de lenta acumulación de oxígeno, la Tie-rra tuvo su tercera atmósfera, que empezaba a parecerse ala actual, rica en oxígeno.

8. Una corriente oceánica fría, como la corriente del Labrador enel océano Atlántico Norte, absorbe calor del aire situado so-bre ella. Si sobre el océano se desplaza una masa de aire cá-lido y húmedo, el aire se enfría rápidamente, produciéndosela condensación de su humedad, con la consiguiente for-mación de bancos de niebla.

9. La tendencia a la flotabilidad producida por la alta temperatu-ra del agua conlleva a que el agua producida en el golfo de Mé-jico, a pesar de su alta salinidad, flote por la superficie del Atlán-tico formando una corriente cálida, llamada corriente del Golfo,que deriva hacia el norte. A medida que llega a latitudes másaltas encuentra masas de aire más frío, y va cediendo su calor.Esto hace que Europa reciba vientos húmedos y cálidos proce-dentes del Atlántico. Al llegar a la altura de Noruega, la corrien-te oceánica se ha convertido ya en una corriente fría y salada, yse hunde hacia el fondo del Atlántico.

Esta corriente descendente llega al fondo del océano Atlánticoy lo recorre hacia el sur, se forma así un río submarino que discu-rre por los fondos oceánicos de todo el mundo y que recibe elnombre de corriente termohalina, haciendo referencia a que sonla temperatura y la salinidad las causantes de su formación.

10. Esta pregunta es de respuesta abierta pero a modo de ejem-plo podemos indicar algunas de las interacciones entre la bios-fera y la atmósfera como la actividad fotosintética que produ-ce oxígeno; entre la biosfera y la hidrosfera como los arrecifesde coral que influyen sobre las corrientes marinas; y entre labiosfera y la geosfera como la acumulación de restos orgá-nicos que forma el carbón y el petróleo.

AMPLIACIÓN

1. La litosfera continental permanece a lo largo del tiempo se-parándose, reuniéndose y creciendo progresivamente, mien-tras que la oceánica se destruye en las zonas de subduccióny se reconstruye en las dorsales también de forma continua.

2. El hecho de que se pueda estudiar el pasado del campo mag-nético en la Tierra se debe a que, al contrario que otros camposcomo el gravitatorio, el magnético puede quedar grabado enlas rocas a través de varios procesos físico-químicos. Así, ha sidoposible conocer los mecanismos de generación del campo ge-omagnético, su origen interno y sus características.

3. Puesto que existen datos directos de los valores de densi-dad media en los continentes y océanos, siendo de 2,7 g/cm3

y 3,3 g/cm3, respectivamente, para que la densidad media detodo el planeta sea de 5,52 g/cm3 , entonces las capas más

profundas de la corteza deberán tener una densidad superiora la densidad media. Por tanto, la densidad de los materialesdel manto es mayor que la de los materiales de la corteza.

4. Los superpenachos se refieren a las masas de material calien-te que asciende desde el núcleo y las avalanchas o cascadassubductivas a las aglomeraciones de material litosférico quedescienden hasta el núcleo.

5. Durante las primeras etapas de su formación, la Tierra debiócalentarse mucho y posiblemente fundirse por completo. Loscientíficos piensan que los numerosísimos impactos de frag-mentos rocosos en la prototierra pudieron generar suficientecalor como para fundirla. Solo así se podría explicar la diferen-ciación en capas por densidades que presenta en su interiorya que la migración de los elementos pesados hacia el cen-tro y de los elementos ligeros hacia la superficie solo pudoproducirse en un medio fluido (rocas y metales fundidos). Portanto, la estructura en capas que parece tener el interiorterrestre sería una consecuencia directa de su posible fusióntotal en las etapas iniciales de su formación.

6. En la atmósfera podemos diferenciar cuatro capas:

– La troposfera: alcanza hasta los 10 km aproximadamente,los gases presentan gran movilidad y se caracteriza por pre-sentar los fenómenos meteorológicos.

– La estratosfera: se extiende desde los 10 hasta los 50 km, enesta capa la temperatura es superior por la absorción de ra-diaciones ultravioletas e infrarrojas en la capa de ozono.

– La mesosfera: desde 50 hasta 90 km aproximadamente,se registra un fuerte descenso térmico y los gases atmos-féricos apenas se mueven.

– La termosfera o ionosfera que se extiende hasta unos10 000 km aproximadamente, los gases se encuentran io-nizados como consecuencia de la intensa radiación solar.

7. El ozono nos protege de la radiación ultravioleta desde las ca-pas altas de la atmósfera, pero en la troposfera es el princi-pal protagonista de la contaminación por smog fotoquímicoy participa de manera considerable en el calentamiento glo-bal del planeta, como consecuencia de su contribución al de-nominado efecto invernadero.

8. Dibujo 1. Una corriente oceánica fría, como la corriente delLabrador en el océano Atlántico Norte (flecha 1), absorbe calor del aire situado sobre ella. Si sobre el océano se des-plaza una masa de aire cálido y húmedo (flechas 2), el aire se enfría rápidamente, produciéndose la condensación de su humedad, con la consiguiente formación de bancosde niebla.

Dibujo 2. Una corriente oceánica cálida, como la corriente delGolfo en el océano Atlántico Norte (flecha 1) cede eficazmen-te el calor del aire situado sobre ella. Si sobre el océano se des-plaza una masa de aire frío y seco (flechas 2), el aire se ca-lienta y se carga de humedad rápidamente.

9. La termoclina varía con la latitud y la estación; es permanen-te en los trópicos, variable en los climas templados (más fuer-te en los veranos) y es débil o prácticamente inexistente enlas regiones polares, donde la columna de agua está tan fríaen la superficie como en el fondo.

10. Algunos de las interacciones más conocidas entre la biosfe-ra y la hidrosfera son:

– Los arrecifes de coral influyen sobre las corrientes marinasy forman zonas resguardadas en las que la evaporación delagua es intensa, produciéndose la sedimentación de sales.

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SOLUCIONARIO14– La actividad fotosintética disminuye la cantidad de CO2 disuel-

to, lo que provoca un descenso de la acidez del agua. Este au-mento del pH del agua facilita la sedimentación de calizas.

– La acumulación de conchas de moluscos y protoctistas tam-bién origina estratos de calizas.

REFUERZO

1.

2. La diferencia de densidad y grosor entre las dos cortezas pro-duce dos efectos importantes:– En la corteza granítica que forma los continentes encontra-

mos algunas rocas muy antiguas, de más de 4 000 millonesde años de antigüedad, mientras que en la corteza basálti-ca que forma los océanos no hallamos rocas de más de 200millones de años de edad.

– La corteza basáltica es más delgada y forma las cuencasoceánicas, mientras que la corteza granítica sobresale mássobre la superficie terrestre y forma los continentes.

3. Es una capa de entre 100 y 400 km de grosor que forma latransición entre el manto y el núcleo. La capa D” está formada por los restos más densos del man-to, que han sido arrastrados a lo largo de millones de años porlas corrientes de convención que en él tienen lugar.

4. El origen del Sistema Solar hace unos 5 000 millones de años,fue un proceso violento con colisiones entre planetas en for-mación, asteroides y meteoritos.El calor producido por aquellas colisiones, junto con el produci-do por las desintegraciones de elementos radiactivos, acabó porfundir casi por completo los planetas, lo que a su vez permitióque el hierro, un elemento metálico muy denso y muy abun-dante, se fuera decantando hacia el interior, quedando sobre éluna envoltura rocosa menos densa. Así es como todos los pla-netas acabaron por tener un núcleo metálico de hierro.

5. Las anomalías magnéticas se deben a la presencia en el sub-suelo de materiales que desvían las líneas del campo magné-tico, normalmente materiales metálicos o acuíferos.

Las anomalías gravimétricas pueden ser positivas, que se de-ben a la presencia en el subsuelo de materiales de mayor den-sidad, como minerales metálicos, o bien negativas, que sondebidas a la existencia de materiales ligeros , como puedenser sedimentos sin consolidar.

6. a) Vulcanismo: evacua el calor desde el interior terrestre ha-cia el exterior.

b) Convección del manto: transporta el calor desde el inte-rior del manto hacia las zonas más superficiales.

c) Convección del núcleo externo: transporta el calor desdela base del núcleo externo hasta la base del manto.

d) Cristalización del hierro fundido del núcleo externo: forma elnúcleo interno sólido, desprendiendo calor en el proceso.

7. El nitrógeno es el gas más abundante en la atmósfera, cons-tituye un 78 % del total de los gases y se produce en la des-composición de la materia orgánica.

8. a) El aire de la atmósfera presenta movimientos convectivosque hacen ascender el aire caliente hacia la parte alta dela troposfera, pero además, hay un movimiento convecti-vo a gran escala que tiende a llevar el aire frío de los polos hacia el ecuador, y el aire caliente de las zonas tro-picales hacia los polos. En este ultimo movimiento, las ma-sas de aire norte-sur son desviadas de su trayectoria porel movimiento de rotación de la Tierra, por lo que no llega a completarse la mezcla del aire frío con el calien-te, y en cada hemisferio se forman tres masas de aire bas-tante independientes entre sí.

b) Estas masas de aire presentan un movimiento de convec-ción acoplado, de manera que cada una gira de forma co-herente con las adyacentes. Las zonas donde estos cintu-rones se tocan entre sí reciben el nombre de zonas deconvergencia, y es precisamente la interacción entre lasdiferentes masas de aire en estas zonas de convergenciala que da lugar a las zonas climáticas.

9. La tendencia a la flotabilidad producida por la alta tempera-tura del agua conlleva a que el agua producida en el golfo deMéjico, a pesar de su alta salinidad, flote por la superficie delAtlántico formando una corriente cálida, llamada corrientedel Golfo, que deriva hacia el norte. A medida que llega a la-titudes más altas encuentra masas de aire más frío y va cedien-do su calor. Esto hace que Europa reciba vientos húmedos ycálidos procedentes del Atlántico. Al llegar a la altura deNoruega, la corriente oceánica se ha convertido ya en una corriente fría y salada, y se hunde hacia el fondo del Atlántico.

Esta corriente descendente llega al fondo del océano Atlán-tico y lo recorre hacia el sur, se forma así un río submarino quediscurre por los fondos oceánicos de todo el mundo y que re-cibe el nombre de corriente termohalina, haciendo referen-cia a que son la temperatura y la salinidad las causantes de suformación.

10. La actividad fotosintética produce el oxígeno. Los arrecifes decoral influyen sobre las corrientes marinas y la cubierta ve-getal ralentiza la erosión del suelo.

CapaDiscontinuidad

en la baseEspesor

Densidad media(kg/m3)

Composición

Corteza Mohorovicic (10,70 km) 10-70 km 2 300-2 700Basalto (c. oceánica)

Granito (c. continental)

MantoSuperior Repetti (670 km) 600 km 3 400-4 000

PeridotitasInferior Gutenberg (2 900 km) 2 230 km 4 400-6 000

Núcleo

Externo Lehman (5 150) 2 250 km 9 800-12 00080 % de hierro;

20 % de níquel y otrosmetalesInterno –

Esfera de 1 220 km

de radio12 000-12 500

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