El modelo geoquímico

Se basa en la composición química de las rocas y considera que la geosfera está constituida por tres capas cuyos materiales son de diferente naturaleza: corteza, manto y núcleo.

Corteza

La corteza es la capa más externa y está formada por materiales rocosos de todos los tipos, es decir, rocas sedimentarias, rocas metamórficas y rocas ígneas.

Las rocas que la constituyen son mayoritariamente granito y basalto. En menor proporción aparecen rocas

La corteza continental tiene un grosor de 30‑70 km y una densidad media de 2,7 g/cm³

• Corteza continental superficial (2‑3 km): Sedimentos y rocas poco metamorfizadas.
• Corteza continental superior (20‑40 km): Rocas de metamorfismo medio y rocas plutónicas del tipo del granito.
• Corteza continental inferior (10‑15 km): Rocas de alto metamorfismo y rocas ígneas tipo gabro.

La corteza oceánica tiene un grosor de 6‑10 km y su densidad media es de 3 g/cm³. Está constituida por rocas muy jóvenes.

• Capa superior (300 m): Capa fina de sedimentos marinos.
• Capa intermedia (2 km): Rocas de naturaleza basáltica.
• Capa inferior (5 km): Rocas ígneas tipo gabro.

Manto

El manto es la capa de la Tierra que está situada por debajo de la corteza y llega hasta los 2900 km de profundidad.

El manto está separado de la corteza por la discontinuidad de Mohorovicic.

La variación de la velocidad de las ondas sísmicas ha permitido diferenciar tres zonas: el manto superior, una zona de transición y el manto inferior.

• Manto superior: Formado por peridotita, según se desprende del magma.
• Zona de transición: Situada aproximadamente entre los 400 y 650 km de profundidad.
• Manto inferior: Situado entre los 650 y los 2900 km de profundidad.

Núcleo

Es la capa más interna de la geosfera y va desde los 2900 km de profundidad hasta el centro de la tierra.

El núcleo queda separado del manto por la discontinuidad de Gutenberg.

Consta de dos partes: el núcleo interno y el núcleo externo. La separación entre ellos recibe el nombre de discontinuidad de Wiechert-Lehmann.

El núcleo externo es fluido y se extiende desde los 2900 km hasta los 5150 km. Su temperatura está entre los 4090 y los 6000 ^oC.

El núcleo interno es una capa sólida que se extiende desde los 5150 km hasta el centro de la Tierra. Su temperatura es de unos 6600 ^oC.

El modelo geodinámico

Podemos distinguir tres capas:

Litosfera

Es la capa más superficial. Abarca la corteza y parte del manto superior, se encuentra dividida en bloques, las placas litosféricas, que se desplazan unas respecto a otras.

Mesosfera

Se sitúa por debajo de la litosfera y se corresponde con el resto del manto. La mesosfera se comporta como una capa plástica, que puede fluir por convección. La velocidad de este movimiento es muy baja y sus efectos solo son apreciables en una escala de cientos de millones de años.

Endosfera

Es la capa más interna y se corresponde con el núcleo. En la zona que la separa de la mesosfera se halla la denominada capa D, una capa irregular y discontinua en la que se produce un fuerte intercambio de material entre ambas capas por las reacciones químicas que se dan entre esos materiales. La endosfera coincide con el núcleo y se divide en dos partes: el núcleo externo fluido, responsable de generar el campo magnético terrestre, y el núcleo interno sólido, que actúa como fuente de calor.

El balance energético terrestre

Energía interna

La energía propia de la Tierra puede ser de 2 clases:

• Energía orbital

  Es la energía cinética asociada a los movimientos de traslación y rotación del planeta.

• Energía endógena

  Es la energía relacionada con la naturaleza y el comportamiento de los materiales que constituyen la geosfera.

  • Energía elástica: Está acumulada en los materiales que forman la geosfera. Esta energía está asociada con la plasticidad de estos materiales, de modo que cuando estos son sometidos a fuerzas de compresión, se deforman y acumulan energía. En el momento en el que se supera la resistencia del material se origina una fractura y la energía es liberada.

  La energía liberada se transmite a través de las rocas mediante las ondas sísmicas, que hacen vibrar las moléculas en diferentes planos y direcciones.

• Energía geotérmica: En la corteza es evidente la presencia de volcanes que arrojan roca fundida, lo que lleva a pensar que el interior de la geosfera está muy caliente. El cambio de temperatura o gradiente térmico es de 1 ^oC cada 33 m. En conjunto, la Tierra emite mucho calor desde su interior, originando el flujo geotérmico, responsable del dinamismo interno de la geosfera.

Las fuentes de este calor son:

• El calor remanente de los choques planetoides durante su formación.
• La fricción entre las capas de diferente naturaleza, que se desplazan unas respecto a otras como consecuencia de la rotación.
• Los cambios de estado asociados a la diferenciación de los materiales, como la formación de un núcleo sólido a partir de material fundido.
• La desintegración de elementos radiactivos que liberan partículas que chocan con los átomos.
• Las reacciones químicas exotérmicas entre los elementos que componen las rocas.

La energía térmica que fluye del interior de la geosfera (el flujo geotérmico) es la causa de los terremotos, la deformación de la litosfera y los volcanes.

Energía externa

Procede de 2 fuentes:

• Energía solar

  El Sol es la principal fuente de energía de la Tierra. Aproximadamente un 30 % de esta energía

  es reflejada por la atmósfera hacia el espacio y un 6 % se refleja por la superficie de la geosfera; el resto es absorbido por los subsistemas terrestres.

  No todas las zonas reciben la misma cantidad de radiación solar en cada momento: las zonas ecuatoriales reciben más energía de la que pierden y las zonas polares emiten más energía de la que reciben (déficit térmico).

  El calor pasa de los cuerpos más calientes a los más fríos. El resultado es la movilización de las masas de agua y aire. Estos movimientos de circulación transfieren calor de las zonas más calientes a las más frías.

• Energía gravitacional

  La energía gravitacional está asociada a la fuerza de la gravedad que ejerce la masa de la geosfera.

  La energía gravitacional es responsable, junto a la energía recibida del Sol, de la acción de los agentes geológicos externos. Las aguas de los ríos fluyen desde las zonas altas a las bajas. La diferencia entre ambas cantidades de energía es la responsable del efecto geológico del río. Del mismo modo, las interacciones gravitatorias entre la Tierra, la Luna y el Sol son las responsables de las mareas y del efecto Coriolis.

Geodinámica interna

Tectónica de placas

Relaciona entre sí los fenómenos tectónicos, se resume en:

• La litosfera se divide en grandes bloques, las placas litosféricas, que limitan unas con otras mediante extensas líneas sísmicas y volcánicas.
• Las placas se desplazan sobre el manto, cuyo material asciende por convección y se incorpora al exterior por las dorsales, formando nueva litosfera.
• Los límites entre las placas vienen definidos por las fallas de transformación.
• La litosfera oceánica se destruye en las fosas oceánicas cuando una placa se introduce por debajo de otra hacia el manto o cabalga sobre ella.
• La subducción de una placa origina un tirón gravitacional que facilita el desplazamiento del resto de la placa.
• El vulcanismo del interior de las placas se debe al ascenso de material del manto proveniente de grandes profundidades.
• En una zona de subducción, el calor producido puede llegar a fundir la placa y crear una nueva dorsal que la separe del continente.

Las corrientes de convección mueven las placas

La energía térmica del interior de la geosfera va calentando los materiales que forman las distintas capas de rocas.

El calor emitido por el núcleo pasa al manto; a su vez, el manto superior tiende a enfriarse. Ambos fenómenos promueven una circulación por convección de los materiales de la mesosfera.

Además, se originan penachos o plumas de material caliente que ascienden y pueden fragmentar la litosfera, originando un punto caliente.

Los bordes de placa

Los bordes constructivos: las dorsales

La separación de las placas genera fracturas y provoca descompresiones que pueden fundir las rocas del manto subyacente. El magma sale por las grietas, se consolida y forma nueva litosfera, que, conforme se va alejando del centro de la dorsal, se contrae y aumenta su densidad, con lo cual tiende a caer y contribuye a empujar la placa y separarla.

Los bordes destructivos: formación de orógenos

Son límites en los cuales convergen las placas.

Existen dos tipos: orógenos de colisión, en los que no hay magmatismo, y orógenos activos, en los que sí se aprecia magmatismo.

• Orógenos de colisión: Se forman en lugares de la Tierra en los que dos masas continentales colisionan tras desaparecer por subducción la litosfera oceánica que los separaba.

La compresión y el cabalgamiento son de enorme magnitud, de modo que la zona de contacto entre ambos continentes, denominada línea de sutura, queda claramente definida. En ella se pueden encontrar rocas de la litosfera oceánica que, como consecuencia del choque, quedan montadas sobre uno de los bloques rocosos. Este proceso recibe el nombre de obducción.

Orógenos activos: Se forman en lugares de la Tierra con importante actividad volcánica, donde una placa subduce bajo la otra.

• Tipo chileno: Están implicadas en la colisión una placa continental y una oceánica, que es la que subduce hacia el manto y origina cordilleras de forma lineal y gran altura.
• Tipo Marianas: Las dos placas implicadas son oceánicas. Las montañas que se forman son de pequeño tamaño.

Los bordes pasivos: las fallas de transformación

En los bordes pasivos, las placas se mueven lateralmente una respecto a otra. El borde de contacto entre ellas es una falla de transformación, cuyo plano de fractura es casi vertical y abarca a toda la litosfera. El roce entre ambas placas hace que se acumulen tensiones y se originen potentes terremotos al liberarlas.

Sismos

Un sismo o terremoto es la vibración de la superficie terrestre debida a la liberación de la energía elástica almacenada en las rocas sometidas a esfuerzos cuando se produce su rotura.

Se originan como consecuencia de la liberación repentina de la energía elástica que han acumulado mientras se deformaban al ser sometidas a esfuerzos. Estos pueden ser compresivos, cuando dos placas empujan una contra otra, o distensivos, cuando una placa se ve sometida a estiramiento como consecuencia de su subducción.

Cualquier movimiento brusco de la corteza terrestre se transmite en todas direcciones desde su origen, el foco o hipocentro, mediante un tren de ondas, llamadas ondas sísmicas, semejante al que se forma al lanzar una piedra al agua. El punto de la superficie más cercano al foco recibe el nombre de epicentro.

Ondas sísmicas

Pueden ser:

• Ondas profundas: Se originan en el hipocentro y se desplazan formando un tren de ondas esférico por el interior de la Tierra. Son de dos tipos:
  • Las ondas P o primarias son ondas longitudinales de compresión, que desplazan las partículas hacia delante y hacia atrás en la dirección de propagación.
  • Las ondas S o secundarias son ondas de cizalla, transversales, que mueven las partículas a un lado y a otro, perpendicularmente a la dirección de propagación.
• Ondas superficiales: Son las que se forman en la superficie de la corteza como consecuencia de la interacción de las ondas profundas. Podemos distinguir:
  • Las ondas R o de Rayleigh son ondas que hacen que las partículas se muevan describiendo un movimiento elíptico parecido al de las olas del mar, que se vuelve opuesto al sentido de propagación en la cresta de cada onda.
  • Las ondas L o de Love son ondas que mueven las partículas de un lado a otro según un plano horizontal, perpendicularmente a la dirección de propagación.

Magmatismo

El magmatismo es un proceso que abarca el origen del magma, su evolución y su consolidación formando rocas magmáticas.

El magma

El magma es una mezcla de materiales rocosos fundidos, en cuyo seno hay gases disueltos y cristales en suspensión.

Origen del magma: El magma se origina a partir de rocas localizadas en la parte superior del manto o en la corteza. El factor más importante en este proceso es la temperatura, que se ve influida por tres factores:

• El calor, que aumenta la temperatura.
• El aumento de la presión aumenta la temperatura de la roca.
• El agua hace que fundan a menor temperatura las rocas.

La modificación de un magma se produce mediante tres mecanismos:

• La sedimentación cristalina consiste en la deposición de cristales y su separación del resto del fundido.
• La asimilación, que es un conjunto de procesos que permiten la incorporación al magma de materiales de la roca encajante.
• La mezcla de magmas, mediante la cual una masa magmática se mezcla en otra diferente.

Los volcanes

Son fisuras de la corteza por donde sale al exterior el magma. Como consecuencia de ello se forman depósitos de diferentes materiales que adoptan formas características de aspecto cónico, los edificios volcánicos.

Productos expulsados por los volcanes

Los volcanes expulsan materiales sólidos (piroclastos), líquidos (lavas) y gaseosos.

• Los piroclastos son rocas más o menos consolidadas y fragmentos de ellas que son expulsados durante la erupción al ser empujados por los gases en expansión contenidos en el magma.
• La lava es el magma que fluye por el cráter del volcán y se esparce por la superficie terrestre formando corrientes denominadas coladas. Podemos distinguir cuatro tipos de lavas. Las lavas cordadas o pahoehoe son lavas fluidas compuestas por materiales basálticos que fluyen a lo largo de grandes distancias y se enfrían originando una superficie rugosa. Las lavas en bloque o aa, también basálticas, se desplazan más lentamente y se enfrían antes, adoptando el aspecto de masas de fragmentos irregulares, a modo de cascotes. Las lavas almohadilladas se enfrían en los océanos y adoptan configuraciones alargadas. Por último, las lavas ácidas fluyen tan lentamente que casi no se percibe el movimiento y al enfriarse se desgasifican y se acumulan formando los denominados malpaíses.
• Los gases son mayoritariamente vapor de H₂O, CO₂ y SO₂. Están disueltos en el magma cuando las presiones son elevadas, pero al ascender el magma y disminuir la presión se separan en forma de burbujas.

Estructura de un volcán

• Cámara magmática: Cavidad del interior de la corteza donde se acumula el magma.
• Cono volcánico: Montículo que se origina por la acumulación de los materiales expulsados por el volcán.
• Cráter: Orificio por el que se expulsan los materiales.
• Chimenea: Conducto que une la cámara magmática con el cráter y por el que suben los materiales que serán expulsados.
• Columna eruptiva: Penacho de materiales expulsados hacia lo alto durante la erupción.
• Colada de lava: Flujos de lava que corren por la superficie del cono.
• Cono parásito o secundario: Cono pequeño que surge en los laterales del cono principal y que se comunica con él mediante chimeneas secundarias.
• Fumarolas: Penachos de gas emitidos por las grietas del cono.

La erupción volcánica

El aporte de magma a la cámara magmática aumenta la presión hasta que llega un momento en el cual las paredes se fisuran y la presión disminuye repentinamente. Los gases disueltos en el magma tienden a salir por la chimenea, arrastrando consigo el magma. En ocasiones, la cámara magmática se ve invadida por agua freática, con lo que el vapor de agua se añade al proceso y desencadena las denominadas erupciones freatomagmáticas.

Metamorfismo

El metamorfismo es el conjunto de procesos que ocurren en el interior de la litosfera mediante los cuales una roca, sin perder nunca el estado sólido, se transforma en otra roca distinta.

Está condicionado por tres factores:

• Calor: Proporciona la energía para la recristalización. Las fuentes de calor son el calor interno de la Tierra, el magma y la fricción entre rocas.
• Presión: Su aumento comprime la roca y reestructura sus componentes.
• Fluidos químicamente activos: La presencia de tales fluidos puede facilitar la migración de iones y las reacciones químicas entre ellos o la recristalización al disminuir la temperatura necesaria para que esta ocurra.

Tipos de metamorfismo

• El metamorfismo de impacto se produce como consecuencia del choque de meteoritos, lo que altera totalmente la estructura de la roca.
• El metamorfismo de enterramiento es de grado bajo y se da en las cuencas de sedimentación por la gran presión.
• El dinamometamorfismo es de grado bajo y tiene lugar en los planos de falla como consecuencia del roce producido por los dos bloques que se desplazan.
• El metamorfismo de contacto o térmico se debe al calor liberado por intrusiones magmáticas en las capas de la corteza.
• El metamorfismo hidrotermal es de grado medio o bajo y es típico de dorsales, orógenos y puntos calientes.
• El metamorfismo regional o dinamotérmico es de grado alto. Es típico de zonas de convergencia entre placas, orógenos activos o de colisión.

Geodinámica externa

Meteorización

La meteorización es el conjunto de procesos mecánicos o químicos que disgregan las rocas por acción de los agentes atmosféricos, hidrológicos o biosféricos.

Podemos distinguir dos grandes clases de meteorización: mecánica y química.

• Meteorización mecánica: Es el proceso de fragmentación de las rocas en trozos cada vez más pequeños, que conservan las características originales.

La fragmentación de las rocas aumenta la superficie de contacto y, de este modo, facilita ataques químicos posteriores. Este proceso puede darse a través de diferentes mecanismos físicos:

• Gelifracción: Fragmentación de las rocas por el crecimiento de cristales de hielo en sus grietas.
• Haloclasticidad: Fragmentación de las rocas como consecuencia del crecimiento de cristales de sal al evaporarse el agua contenida en las grietas de las rocas.
• Descompresión: Formación de lajas de roca debido a la disminución de la presión al eliminar capas rocosas situadas por encima.
• Dilatación diferencial: Desmenuzamiento de las rocas debido a la dilatación que sufre cada uno de los minerales que los componen al aumentar la temperatura.
• Bioclasticidad: Fragmentación de la roca como consecuencia de acciones mecánicas ejercidas por los seres vivos en su actividad.

Meteorización química: Es el conjunto de procesos químicos que descomponen los minerales de las rocas y los transforman en otras sustancias.

Los cambios químicos que sufren las rocas ocurren mediante cinco mecanismos:

• Disolución: El agua separa los iones que forman los minerales y los mantiene alejados unos de otros en su seno.
• Hidratación: Consiste en la incorporación de moléculas de agua a la estructura de los minerales que constituyen las rocas.
• Hidrólisis: Es una reacción química entre el agua (o sus iones) y los minerales de las rocas para formar un nuevo mineral.
• Oxidación: Consiste en la reacción química de las sustancias que componen los minerales, de modo que una pierde electrones y otra los gana.
• Acción biológica: Los organismos que colonizan la roca, como las bacterias y los líquenes, liberan al medio sustancias ácidas que reaccionan con los minerales de las rocas.