Explorando el Interior de la Tierra: Ondas Sísmicas y Procesos Geodinámicos

El estudio del interior de nuestro planeta es fundamental para comprender los fenómenos geológicos que ocurren en la superficie. A continuación, se abordan preguntas clave sobre la composición, estructura y dinámica interna de la Tierra, utilizando principalmente la sismología como herramienta de investigación.

1. Fundamentos de las Ondas Sísmicas

Las ondas sísmicas son la energía liberada por un sismo que se propaga a través del interior de la Tierra. Son la principal herramienta para «ver» lo que hay bajo nuestros pies.

2. Métodos de Investigación del Interior Terrestre

Además de las ondas sísmicas, ¿qué otros métodos nos permiten conocer el interior de la Tierra?

• Ondas sísmicas naturales (generadas por sismos).
• Explosiones controladas (incluyendo las nucleares con fines científicos en el pasado).
• Materiales emanados por volcanes (lava, gases, rocas).
• Estudio de meteoritos (muestras del sistema solar primitivo que ofrecen pistas sobre la composición inicial de los planetas rocosos).

3. Perforaciones y Profundidad de Estudio

Aunque las perforaciones directas son limitadas, ¿cuánta profundidad se ha logrado alcanzar?

• Se lograron perforar 12,3 km en superficie en el Pozo Superprofundo de Kola, en la Península de Kola, Rusia.
• Las perforaciones directas nos muestran información de hasta 7 km (principalmente para la exploración de petróleo, gas y minerales).
• Conocemos el interior de la Tierra a más de 200 km de profundidad principalmente a través del estudio de las ondas sísmicas. La actividad volcánica también proporciona información, ya que la lava y otros materiales emanados provienen del interior terrestre.

4. Tipos y Comportamiento de las Ondas Sísmicas

Existen dos tipos principales de ondas sísmicas que nos revelan la estructura interna de la Tierra:

• Ondas P (Primarias): También conocidas como ondas compresivas o longitudinales.
• Ondas S (Secundarias): También conocidas como ondas de cizalla o transversales.

4.1. Velocidad y Propagación de las Ondas

¿De qué depende la velocidad de las ondas sísmicas?

La velocidad de las ondas sísmicas depende del tipo de material que atraviesan y de sus propiedades físicas, como la densidad, la presión, la rigidez y la elasticidad.

¿Qué factores hacen que una onda viaje más rápido?

La velocidad de las ondas sísmicas aumenta con:

• Mayor profundidad.
• Mayor presión.
• Mayor compacidad.
• Mayor rigidez.
• Mayor densidad.
• Mayor elasticidad del material.

4.2. Comportamiento de Ondas P y S en Sólidos

¿Cómo se comportan las ondas S y P en un sólido?

• Ondas P: Son las más rápidas. Se propagan longitudinalmente (compresión y expansión de las rocas) y las partículas se mueven en la misma dirección de propagación.
• Ondas S: Son más lentas. Se propagan transversalmente (en ángulo recto respecto a la dirección de propagación), y cambian la forma del sólido sin alterar su volumen.

4.3. Recorrido y Desplazamiento de la Energía

¿Cómo es el recorrido de las ondas sísmicas?

Las ondas sísmicas se propagan desde el hipocentro en todas direcciones, como rayos. Sin embargo, su recorrido no es siempre en línea recta ni a velocidad constante. Se refractan (cambian de dirección al pasar a un medio diferente) o se reflejan (rebotan al encontrar una interfaz, cambiando su ángulo o posición).

¿Por qué las ondas no viajan en línea recta siempre?

Las ondas sísmicas no viajan siempre en línea recta porque la Tierra no es homogénea. La composición y las propiedades físicas de los materiales cambian con la profundidad, causando refracción y reflexión de las ondas.

¿Qué es en realidad lo que se desplaza en el interior de la Tierra?

Lo que se desplaza en el interior de la Tierra a través de las ondas sísmicas es la energía liberada por el sismo, no la materia en sí misma de forma permanente.

¿Qué pasa con los elementos sólidos una vez que pasa la onda?

Una vez que la onda sísmica pasa a través de los elementos sólidos, estos vuelven a su lugar de origen y recuperan su forma original (dentro del límite elástico).

5. Estructura y Composición Interna de la Tierra

5.1. Formación de las Capas Terrestres

¿Qué proceso dio origen a las diferentes capas de la Tierra?

En el origen y formación de la Tierra, el proceso de diferenciación planetaria (impulsado por la gravedad y el calor) fue clave para la formación de las diferentes capas. Los materiales más densos (como el hierro y el níquel) se hundieron hacia el centro, mientras que los más ligeros ascendieron, formando la estructura en capas concéntricas.

¿Por qué hay hierro y níquel en el núcleo?

El hierro y el níquel se encuentran en el núcleo debido a su alta densidad, que causó su segregación hacia el centro de la Tierra durante su formación (diferenciación planetaria).

5.2. Propiedades de los Materiales Internos

¿Qué aspectos determinan los distintos comportamientos de los materiales en el interior de la Tierra?

Los distintos comportamientos de los materiales están determinados principalmente por la profundidad, que influye en la presión y la temperatura.

¿Qué relación existe entre la presión, la temperatura, el confinamiento, la fusión y el volumen?

A mayor profundidad, aumentan la presión, el confinamiento y la densidad. La temperatura también se eleva, lo que puede influir en la capacidad de fusión de los materiales y, consecuentemente, en su volumen.

¿Por qué se deforman más las rocas en el interior de la Tierra?

Las rocas en el interior de la Tierra se deforman más fácilmente debido a las altas temperaturas y presiones. La combinación de estos factores reduce la resistencia de los materiales, permitiendo su flujo y deformación plástica. Esto contribuye a la transferencia de calor y al mantenimiento del calor interno.

5.3. Grosor de la Corteza y Temperaturas Internas

¿Cuál es la diferencia de grosor de la corteza terrestre?

El grosor de la corteza terrestre varía significativamente:

• Es más gruesa en las zonas continentales (especialmente en cordilleras, hasta 70 km).
• Es más fina en la superficie oceánica (aproximadamente 5-10 km).

¿Cuál es la relación de la temperatura con la profundidad?

Aunque la temperatura en el interior de la Tierra no es constante, se estima que a unos 100 km de profundidad, la temperatura ronda los 1200 °C.

¿Cuál es la temperatura en el centro del interior de la Tierra?

La temperatura estimada en el centro del interior de la Tierra (núcleo interno) es de aproximadamente 6700 °C, una temperatura incluso mayor que la de la superficie del Sol.

6. Transferencia de Calor en el Interior Terrestre

6.1. Conducción

¿Qué es el proceso de conducción?

La conducción es la transferencia de calor a través de la materia por actividad molecular (contacto directo).

6.2. Convección

¿Qué es la convección?

La convección es la transferencia de calor mediante el movimiento o la circulación de una sustancia. Por consiguiente, para que la convección ocurra en el manto, las rocas deben ser capaces de fluir lentamente.

¿Cómo es la convección en el interior de la Tierra?

En el interior de la Tierra, el flujo convectivo del manto es el proceso más importante de transferencia de calor. En este proceso, las rocas calientes y menos densas ascienden, mientras que el material más frío y denso se hunde.

7. Descubrimientos Clave en la Sismología

7.1. La Discontinuidad de Gutenberg

¿Qué sucede entre los ángulos de 105° y 140°?

Entre los ángulos de 105° y 140° (zona de sombra sísmica), las ondas P y S se comportan de manera particular. El cambio drástico de propiedades en el límite entre el manto y el núcleo externo (la discontinuidad de Gutenberg) provoca una refracción significativa de las ondas P y la ausencia total de ondas S, creando esta zona de sombra.

¿Quién descubrió esta discontinuidad?

La discontinuidad entre el manto y el núcleo externo fue descubierta por Beno Gutenberg.

7.2. El Núcleo Líquido y Sólido

¿Qué se descubrió del interior de la Tierra a partir de las ondas S?

A partir del comportamiento de las ondas S, se descubrió que el núcleo externo de la Tierra es líquido. Esto se debe a que las ondas S no pueden propagarse a través de líquidos, y su ausencia en ciertas zonas (zona de sombra de ondas S) indicó la presencia de un medio fluido.

¿Quién descubrió la existencia del núcleo interno sólido?

La existencia del núcleo interno sólido fue descubierta por Inge Lehmann.