Ejercicios: Estructura y dinámica de la geosfera

La mina más profunda del mundo apenas alcanza unos $4\ \text{km}$ de profundidad, mientras que el radio de la Tierra es de unos $6\,370\ \text{km}$. Explicá por qué casi todo lo que sabemos del interior terrestre procede de métodos indirectos, y poné un ejemplo de método directo y otro de indirecto.

Ordená las siguientes capas de la geosfera desde la superficie hasta el centro del planeta: núcleo interno, manto, núcleo externo, corteza. Indicá después cuál de ellas ocupa la mayor parte del volumen terrestre.

Explicá con tus palabras qué es la litosfera, qué capas de la geosfera la forman y en qué se diferencia de la corteza.

Las ondas sísmicas de tipo S no atraviesan el núcleo externo, mientras que las ondas P sí lo hacen, aunque reduciendo su velocidad. ¿Qué nos dice este hecho sobre el estado físico del núcleo externo? Razoná tu respuesta.

Observá el esquema del interior de la Tierra. Nombrá las capas señaladas con los números del 1 al 4 y citá una característica de cada una (estado físico o composición).

En el manto existen corrientes de convección: el material caliente asciende y el material frío desciende. Explicá qué origina estas corrientes y qué relación tienen con el movimiento de la litosfera.

En una estación sismológica se registra la llegada de las ondas P a las 10:14:20 y la de las ondas S a las 10:14:49 (un retardo de $\Delta t = 29\ \text{s}$). Se sabe que en esa región de la corteza las ondas P viajan a una velocidad media $v_P = 8,0\ \text{km/s}$ y las ondas S a $v_S = 4,5\ \text{km/s}$.

1. a) Deducí la expresión algebraica que relaciona el intervalo de tiempo $\Delta t$ con la distancia al epicentro ($d$) y calculá a qué distancia exacta de la estación se encuentra el epicentro (considerá despreciable la profundidad del hipocentro).
2. b) Un técnico afirma: «Como conocemos la distancia exacta, ya podemos ubicar el epicentro en el mapa trazando una línea recta». Refutá su afirmación explicando qué indeterminación geométrica existe y diseñá el método que deben emplear los sismólogos (número mínimo de estaciones y procedimiento gráfico) para localizar con exactitud el epicentro.

Durante una misión de exploración en un planeta rocoso de tamaño similar a la Tierra, un sismógrafo registra un terremoto generado a $100\ \text{km}$ de profundidad. Se comprueba que, a partir de los $2\ 900\ \text{km}$ de profundidad, la velocidad de las ondas P sufre una caída brusca de $13,7\ \text{km/s}$ a $8,1\ \text{km/s}$, y las ondas S dejan de detectarse por completo.

1. a) Interpretá qué cambios físicos (densidad y estado de agregación de la materia) se producen a esa profundidad y nombrá la discontinuidad sísmica terrestre análoga, indicando qué capas separa en nuestro planeta.
2. b) Predecí qué tipos de ondas registraría una segunda estación sísmica situada en las antípodas del planeta ($180^{\circ}$ respecto al foco sísmico) y justificá por qué existe una «zona de sombra» sísmica para las ondas S.

En una prospección minera profunda se registra una temperatura de $15\ ^{\circ}\text{C}$ en superficie y de $75\ ^{\circ}\text{C}$ al alcanzar los $2\ \text{km}$ de profundidad.

1. a) Calculá el gradiente geotérmico de esa zona en $^{\circ}\text{C}/100\ \text{m}$ y en $^{\circ}\text{C}/\text{km}$.
2. b) Si este mismo gradiente se mantuviera constante de forma lineal hasta el centro de la Tierra (radio medio: $6\ 371\ \text{km}$), ¿qué temperatura teórica se alcanzaría en el núcleo?
3. c) Sabiendo que la temperatura real en el centro del núcleo se estima entre $5\ 000\ ^{\circ}\text{C}$ y $6\ 000\ ^{\circ}\text{C}$, justificá por qué el gradiente geotérmico no puede ser lineal en todo el interior terrestre e interpretá qué mecanismos de transferencia de calor (conducción en la litosfera frente a convección en el manto) explican este comportamiento.