Geología

 Introducción a la Geología Física. 

Sondeo del Interior de la Tierra.

Mucho de lo que sabemos sobre el interior de nuestro planeta procede del estudio de las ondas sísmicas que cruzan la Tierra. Dicho con sencillez, la técnica consiste en la determinación precisa del tiempo que las ondas P (comprensivos) y S (cizalla) necesitan para desplazarse desde un terremoto o explosión nuclear hasta una estación sismográfica. Dado que el tiempo necesario para que las ondas P y S viajen a través de la Tierra depende de laspropiedades de los materiales que cruzan, los sismólogos buscan variaciones relacionadas con el tiempo de desplazamiento que no puedan explicarse únicamente por diferencias en las distancias recorridas. Esas variaciones corresponden a cambios en las propiedades de los materiales atravesados,

Un problema importante radica en que, para la obtención de tiempos de desplazamiento precisos, los sismólogos deben establecer la localización y el momento precisos de producción de un terremoto. Esto suele ser una tarea difícil, porque la mayoría de los terremotos se produce en zonas remotas. Por el contrario, el tiempo y la localización exactos de un ensayo nuclear siempre se conocen con exactitud. Pese a las limitaciones de estudiar las ondas sísmicas generadas por los terremotos, los sismólogos de la primera mitad del siglo rcr fueron capaces de utilizarlas para detectar las principales capas de la Tierra. No fue hasta principios de los años ó0, cuando las pruebas nucleares estaban en su apogeo y se desplegaron redes consistentes en centenares de sismógrafos muy sensibles. cuando se establecieron con certeza las estr-ucturas más finas del interior de la Tierra.

Naturaleza de las ondas sísmicas

Para examinar la composición y la estructura de la Tierra, primero debemos estudiar algunas de las propiedades básicas de la transmisión de las ondas, o propagación. La energía sísmica viaja desde su origen en todas las direcciones en forma de ondas. (Con fines descriptivos, la práctica común es considerar el camino seguido por estas ondas como ra¡ros, o líneas trazadas en perpendicular al frente de la onda, como se muestra en la Figura OS01.) Entre las características significativas de las ondas sísmicas se cuentan:

1. La velocidad de las ondas sísmicas depende de la densidad y la elasticidad de los materiales que atraviesan. Las ondas sísmicas viajan más deprisa en los materiales rígidos, que retornan elásticamente a sus formas originales cuando

cesa el esfuerzo causado por una onda sísmica, Por ejemplo, una roca cristalina transmite las ondas sísmicas más deprisa que una capa de lodo no consolidada.

2. Dentro de una capa determinada, la velocidad de las ondas sísmicas aumenta generalmente con la profundidad, porque la presión aumenta y comprime la roca transformándola en un material elástico más compacto.

3. Las ondas compresivas (ondas P), que vibran hacia atrás y hacia delante en el mismo plano que su dirección de movimiento, son capaces de propagarse a través de líquidos, así como de sólidos, porque, cuando están comprimidos, esos materiales se comportan elásticamente, es decir, se oponen a un cambio de volumen y, como una tira de goma, vuelven a su forma original cuando pasa la onda (Figura OS02.A).

A Figura OS01. La energía sísmica viaja en todas las direcciones desde el origen de un terremoto (foco). La energía puede representarse en forma de frentes de onda en expansión o de rayos perpendiculares a los frentes de onda.

4. Las ondas de cizalla (ondas S), que vibran en ángulo recto con respecto a su dirección de desplazamiento, no pueden propagarse a través de los líquidos, porque, a diferencia de los sólidos, los líquidos no se oponen a la cizalla (Figura OS02.B). Es decir, cuando los líquidos son sometidos a fuerzas que actúan para cambiar sus formas, simplemente fluyen.

5. En todos los materiales, las ondas P viajan más deprisa que las ondas S.

Figura. OS02. Transmisión de las ondas P y las ondas S a través de un sólido.

OS02.A. El paso de las ondas P hace que el material experimente compresiones y expansiones alternas.

OS02.B. El paso de las ondas S produce un cambio de forma sin modificar el volumen del material. Dado que los líquidos se comportan elásticamente cuando son comprimidos (recuperan su forma original cuando cesa el esfuerzo), transmitirán las ondas P Sin embargo, ya que los líquidos no permiten los cambios de forma, las ondas S no se pueden transmitir a través de los líquidos.(Tomado de O. M. Phillips, Ihe Heart of the Earth, San Francisco, Freeman, Cooper y Co , 1968 )

6. Cuando las ondas sísmicas pasan de un material a otro, la trayectoria de la onda se refracta* Además, la discontinuidad (el limite entre los dos materiales diferentes) refleja algo de la energía' Esto es similar a lo que ocurre a la luz cuando pasa del aire al agua.

Por tanto, dependiendo de la naturaleza de las capas a través de las cueles pasen, Ias ondas sísmicas van más rápidas o más lentas, y pueden refractarse o reflejarse Estos cambios medibles en los movimientos de las ondas sísmicas permiten a los sismólogos sondear el interior de la Tierra.

* Se produce refracción siempre que el rayo no se desplace perpendicularmente al límite entre los medios.

Extracto : "Ciencias de la Tierra 8 Edicion – Una Introducción a la Geología Física.  Edward J. Tarbuck, Frederick K. Lutgens".

Ondas Sísmicas y Estructura Interna de La Tierra

Si la Tierra fuera un cuerpo perfectamente homogéneo, las ondas sísmicas se propagarían a través de él en todas las direcciones,como se nluestra en la Figura OS03. Esas ondas sísmicas viajarian en línea recta a una velocidad

constante. Sin embargo, esto no es así en el caso de la Tierra. De hecho, ocurre que las ondas sísmicas que llegan a los sismógrafos localizados en los puntos más alejados de un terremoto viajan a velocidades ¡redias mayores que las que se registran en localizaciones más próximas al acontecimiento. Este incremento general de la velocidad con la profundidad es una consecuencia del aumento de presión, que potencia las propiedades elásticas de las rocas

profundamente enterradas. Como consecuencia, Ios caminos seguidos por los rayos sísmicos a través de la Tierra se refractan de la manera mostrada en la figura 12.4.

Cuando se desarrollaron sismógrafos más sensibles, resultó más evidente que, además de cambios graduales en las velocidades de las ondas sísmicas, también se producen cambios de velocidad bastante abruptos a profundidades concretas. Dado que estas discontinuidades se detectaron en todo el mundo, los sismólogos llegaron a la conclusión de que la Tierra debía estar compuesta por distintas capas con propiedades mecánicas o composicionales, o ambas cosas, variables (Figura OS05).

Figura OS03 Las ondas sísmicas viajarían en línea recta a través de un planeta hipotético con propiedades Uniformes y a velocidades Constantes.

Capas definidas por su composición

La separación en capas de distinta composición se produjo probablemente por la estatificación por densidades que tuvo lugar durante el período de fusión parcial de las primeras etapas de la historia de la Tierra. Durante este período, los elementos más pesados, principalmente el hierro v el níquel, se fueron hundiendo a medida que los componentes rocosos más ligeros flotaban hacia arriba. Esta segregación del material sigue ocurriendo todavía, pero a un ritrno muchc¡ más reducido. Debido a esta diferenciación química, el interior de la Tierra no es homogéneo. Antes bien, consiste en tres regiones principales que tienen composiciones químicas notablemente diferentes (Figura 12.6).

Figura OS04 Trayectorias de las ondas a través de un planeta donde la velocidad aumenta con la profundidad.

Figura OS05 Unas pocas de las muchas trayectorias posibles que los rayos sísmicos siguen a través de la Tierra.

Las principales capas que componen La Tierra son:

- la corteza, capa externa comparativamente fina cuyo grosor oscila entre 3 kilómetros, en las cordilleras oceánicas, y 70 kilómetros, en algunos cinturones montañosos como los Andes y el Himalaya.

- el Manto, una capa de roca sólida (rica en síiice que se extiende hasta una profundidad de unos 2.900 kilómetros

- el núcleo, una esfera rica en hierro con un radio de 3486 kilómetros.

Consideraremos la composición y la estructura de estas divisiones principales del interior de la Tierra en una sección posterior de este capítulo.