¿Cómo se conoce el interior de la Tierra? Introducción.

estructurainttierra

http://es.slideshare.net/EDU3364/metodos-de-estudio-del-interior-terrestre

Este post es apenas el primero de una serie en la que iremos avanzando para conocer el interior del planeta, desde su centro mismo hasta la superficie y más allá.

¿Hay maneras directas de conocer el interior del planeta?

Como ven en el cuadro que ilustra el post, al pie del cual he anotado de dónde lo he tomado prestado, hay en efecto tanto métodos directos como indirectos. Yo me voy a permitir agregar algunos métodos más, según verán más abajo, y les hablaré un poco de cada uno de ellos y de los que ya están en el esquema.

  • Sondeos. Son las perforaciones profundas con tecnologías semejantes a las de las explotaciones petrolíferas. De hecho, mucha información se obtiene mientras se trabaja en el área de combustibles fósiles, aun cuando el propósito sea de índole económica. Sin embargo, también han existido y existen perforaciones cuya única finalidad es la investigación científica, y en las cuales se obtiene información acerca del interior terrestre. En la actualidad el pozo más profundo es el de Kola (KSDB) en el marco del SG-3, un proyecto de prospección científica de la  ex URSS. Está situado en el Escudo Báltico y su profundidad es de 12.262 m, alcanzada en 1989. En 1992 se detuvieron los trabajos, en parte por la imposibilidad técnica,  causada por las temperaturas involucradas que alcanzan los 180ºC (por el gradiente geotérmico); y en parte por la disolución de la URSS. Este proyecto reconoce un antecedente en Estados Unidos, donde se emprendió un proyecto similar en 1957, conocido como proyecto Mohole o Gran Mohol. Éste y otros proyectos más modernos, como el Deep Sea Drilling Project, Ocean Drilling Program, y el Integrated Ocean Drilling Program se abandonaron por razones presupuestarias.
  • Minas. Las explotaciones mineras dan ingreso al interior terrestre, permitiendo su análisis y reconocimiento. No obstante, son aun menos profundas que los sondeos, no superando en general unas pocas centenas de metros. Un ejemplo interesante lo pueden leer en el post cuyo link les dejé más arriba, donde les relato cómo los cambios térmicos con la profundidad comenzaron a conocerse precisamente en las explotaciones mineras.
  • Volcanes. Como les vengo contando en otros posts, durante las erupciones volcánicas, parte del magma, formado a grandes profundidades, llega a liberarse en superficie, trayendo con él información acerca de la composición química de las capas interiores de la Tierra, entre otras cosas.
  • Erosión de cordilleras. Cuando avancemos un poco más en el conocimiento de la génesis de las grandes cadenas montañosas, verán ustedes que en muchos casos sus núcleos fueron alguna vez materiales profundos, que en el transcurso de millones de años luego de su levantamiento se van progresivamente desnudando por la erosión, dejando al camino expedito para los análisis científicos del caso.
  • Inclusiones minerales. Las inclusiones son pequeños fragmentos que aparecen dentro de otras rocas, originalmente ígneas, donde se introducen mientras el magma está aún fundido. En su ascenso, ese magma puede incorporar fragmentos de minerales y/o rocas de lugares muy profundos. Esas inclusiones pueden ser microscópicas o de tamaño discreto, como son los xenolitos, y todos informan acerca de la geología del interior de la Tierra.

¿Qué limitación tienen los métodos directos?

Todas las técnicas y fenómenos mencionados más arriba son someros, si se los compara con el volumen del planeta. Puede decirse que hasta los volcanes se alimentan de cámaras magmáticas que apenas están “en la piel” o muy poco por debajo de ella en la Tierra.

En efecto, la profundidad hasta el centro de la Tierra supera los 6.000 km, mientras que la fusión de los magmas suele ocurrir no más allá de los primeros cientos de kilómetros.

¿Cuáles son los métodos indirectos?

Los principales métodos que de manera comparativa o indirecta entregan información, son aquéllos que no implican el contacto con el interior profundo, sino que aprovechan la mediación de algunas propiedades físicas, cuyas consecuencias pueden registrarse desde la superficie o desde sondeos poco profundos. Son todos o casi todos métodos propios de la disciplina Geofísica.

Los más importantes son:

  • Métodos eléctricos y electromagnéticos. Los distintos materiales (rocas, minerales o fluidos) del subsuelo tienen propiedades eléctricas que pueden medirse y en general se mueven dentro de rangos muy estrechos para cada especie. La resistividad, relacionada con la resistencia que cada sustancia opone al paso de la corriente eléctrica, es la propiedad que se aplica para el reconocimiento del interior de la Tierra.  Las corrientes eléctricas pueden ser generadas de manera natural o artificial, pero cualquiera sea el caso, las correspondientes mediciones rinden mucha información, sobre todo señalando cambios profundos. Los métodos que se aplican son ya muy antiguos, y los principales datan de la primera mitad del S XX y  fueron ideados por Schlumberger y Wenner. Desde entonces, los avances técnicos e instrumentales han permitido el desarrollo de programas computarizados para interpretar los resultados medidos. Los métodos electromagnéticos, por su parte, se usaron originalmente en Suecia, donde hacia 1935, Karl Sundberg los aplicó a la búsqueda de minerales, y de estructuras potencialmente portadoras de hidrocarburos. La principal ventaja de los métodos electromagnéticos es que no requieren contacto directo con el suelo, por lo que pueden usarse desde barcos o aviones, en recorridos mucho más rápidos que los métodos eléctricos. La interpretación es, como compensación, mucho más laboriosa y no rinde resultados cuantitativos, ni más profundos que unas pocas decenas de metros. Son por eso, usados en los primeros reconocimientos de las capas más superficiales.
  • Tomografía sísmica. En este método, se aplican los principios de la sismología, para realizar perfiles continuos a diferentes profundidades, como si se estuviera “rebanando” el planeta en sucesivas capas, lo cual es semejante en muchos aspectos a las tomografías axiales computadas (TAC) que se emplean en medicina y con rayos X, en lugar de ondas.
  • Estudios de densidad terrestre. Desde muy antiguo, y a través de métodos relativamente sencillos, que les explicaré en otro post, se conoce que el valor teórico promedio de la densidad de la Tierra es de 5,52g/cm .Este valor dista mucho del correspondiente al promedio de los materiales superficiales que es del orden de los 2,7 g/cm3. Esta diferencia indica que el planeta no es homogéneo, por un lado, y por el otro, que los materiales superficiales son menos densos que los del interior profundo. A partir de esos conocimientos, y comparando los materiales terrestres con los meteoríticos, Wiechert estableció que, siendo el hierro el material más denso dentro de los elementos comunes del Universo, la Tierra podría poseer un núcleo precisamente de ese metal.
  • Estudios de gravedad. Ya en otros posts les he explicado bastante acerca de la gravedad y su aceleración, y convendría que fueran a repasar esos conceptos allí porque no voy a repetirlos ahora. La heterogeneidad del planeta determina que al medirse la gravedad en diferentes lugares, se obtengan diferentes valores que no siempre coinciden con el calculado teóricamente para todo el planeta. Cuando una medición no coincide con ese número teórico, se dice que existe una anomalía gravimétrica. Una anomalía pueden ser en más o en menos respecto al promedio ideal, y se denominan entonces anomalías positivas o negativas respectivamente. Un seguimiento de esas anomalías permite detectar masas enterradas muy densas o muy livianas. Todo ello va sumando información al cuadro general que entre todos los métodos se va diseñando.
  • Geomagnetismo. La Tierra posee un campo magnético del que hablaremos en profundidad en otro momento, y como el campo gravitacional, es también heterogéneo, siguiendo numerosos cambios locales, entre ellos la composición de las rocas.  Eso también permite conocer cambios interiores, pero nunca más allá de unos pocos cientos de kilómetros, porque el magnetismo se pierde cuando se alcanza una temperatura característica para cada sustancia, conocida como temperatura de Curie, o punto de Curie.
  • Comparación con meteoritos. Asumiendo que el Sistema Solar está formado por los mismos elementos químicos, aun cuando se estructuren de otras maneras, cuando se analizan los meteoritos, se tienen indicios de la composición terrestre, hasta cierto punto, al menos.
  • Estudios geotérmicos. Ya les he hablado también del calor interno de la Tierra, y de grados y gradientes geotérmicos, de modo que no volveremos sobre ese punto ahora, sobre todo porque ya los mandé a repasarlo un poco más arriba, y si no lo hicieron, la culpa no es mía :D. Si bien el calor interno tiene un valor promedio universalmente aceptado, es real que cuando se mide la temperatura en diferentes puntos, los valores pueden ser muy diferentes, repondiendo a cambios profundos que veremos más adelante, y que podemos generalizar diciendo que flujos térmicos de valor alto se corresponden con las dorsales oceánicas, los límites activos de placa,  adelgazamientos corticales, y materiales más jóvenes. Por lógica, los valores bajos de flujos térmicos, son propios de las fosas oceánicas, límites de placa inactivos, espesamientos corticales y materiales más antiguos. Pero no se asusten que de esto hablaremos in extenso a lo largo de otros encuentros.
  • Sismología. De esto también les he ido explicando bastante a lo largo de muchos posts, que deberían ir a revisar. Y sobre la aplicación de este conocimiento a la investigación de la composición y estructura interna de la Tierra, ya hablaremos mucho más, en otros posts, porque vale la pena.

¿Cuál es el método que en definitiva rinde más información hasta el centro mismo de la Tierra?

El método indirecto que mejores resultados da, es el análisis de la propagación de ondas sísmicas de terremotos de origen natural (es decir no de explosiones, derrumbes, etc) puesto que sólo la naturaleza misma puede liberar tanta energía como para atravesar el planeta entero. Esa energía se propaga en forma de ondas que en algún momento y lugar regresan a la superficie, trayendo de paso valiosísima información.

¿En qué conocimientos básicos se fundamenta ese método?

Los puntos a tener en cuenta en los análisis que más adelante veremos en detalle son:

  • Las ondas sísmicas profundas o internas sufren desviaciones en sus trayectorias, y/o cambios de velocidad, que se deben a diferencias en la composición, estructura o estado de los materiales que atraviesan. Cada cambio muy marcado en las trayectorias define una zona que se conoce como discontinuidad.
  • Las discontinuidades muestran la estructura interna de la Tierra, con sus cambios en profundidad.
  • Sólo las ondas longitudinales o p atraviesan todos los estados de la materia. Las ondas secundarias o transversales, denominadas s, únicamente se propagan en medios sólidos. esto no significa que su energía se pierda, sino que comienzan desplazándose como ondas s, pero en los medios fluidos o viscosos  comienzan a vibrar como ondas l, y así son detectadas nuevamente en superficie.

En futuros posts haré una descripción más detallada y paso a paso, de cómo se conoció al fin lo que hoy sabemos.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

P.S.: La imagen que ilustra el post es de este sitio.

 

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