Estructura i composició de la geosfera

Cita dos mètodes directes d'estudi de la geosfera i explica per què, fins i tot amb els sondejos més profunds, només coneixem directament una fracció mínima del radi terrestre.

Classifica aquests mètodes d'estudi de l'interior terrestre en directes o indirectes i justifica-ho: un sondeig profund, el registre d'ones sísmiques, l'anàlisi de xenòlits portats per un volcà i l'estudi de meteorits.

El sondeig de Kola (Rússia) va assolir uns $12\ \text{km}$ de profunditat, el rècord de perforació. Calcula quin percentatge del radi terrestre ($6\,370\ \text{km}$) representa aquesta profunditat i conclou per què el coneixement de l'interior del planeta depèn de mètodes indirectes.

Compara l'escorça continental i l'escorça oceànica atenent al seu gruix, la seva composició i la seva densitat, i relaciona aquestes diferències amb el seu comportament quan dues plaques xoquen.

Explica el principi d'isostàsia amb el símil dels icebergs, i raona per què les serralades altes tenen «arrels» corticals profundes i què passa quan l'erosió les aprima.

Explica en què es diferencien les ones sísmiques P i S (tipus de moviment i medis que travessen) i com les seves zones d'ombra van permetre deduir l'existència i l'estat del nucli terrestre.

Diferencia escorça, litosfera i astenosfera: indica quin criteri defineix cada límit (composició enfront de comportament mecànic) i quina capa conté quina altra.

Què és una discontinuïtat sísmica? Indica quines capes separen les discontinuïtats de Mohorovičić i de Gutenberg i a quines profunditats aproximades es localitzen.

En un debat sobre geodinàmica interna, un alumne afirma: «La discontinuïtat de Mohorovičić és el pla on la litosfera es desenganxa i llisca sobre l'astenosfera. A més, com que l'escorça oceànica és silicatada i menys densa que les peridotites del mantell, resulta impossible que una placa litosfèrica pugui enfonsar-se espontàniament al mantell durant la subducció».

Identifica els errors geològics d'aquesta afirmació i refuta'ls responent al següent:

1. a) Diferencia amb precisió la naturalesa del límit escorça-mantell enfront del límit litosfera-astenosfera, indicant quines capes composicionals integren una placa litosfèrica oceànica madura.
2. b) Resol la paradoxa de la flotabilitat: justifica per què una placa litosfèrica oceànica en conjunt sí que arriba a ser més densa que l'astenosfera subjacent i acaba subduint de manera espontània tot i incloure l'escorça oceànica.
3. c) Justifica per què les peridotites del mantell litosfèric es comporten com un sòlid fràgil i rígid mentre que les peridotites de l'astenosfera, químicament idèntiques, es comporten de manera dúctil, analitzant la relació entre el gradient geotèrmic i la corba de solidus.

El nucli extern és líquid i el nucli intern, encara més calent, és sòlid. Explica aquesta aparent paradoxa recorrent a la pressió, i raona quin fenomen planetari essencial (el camp magnètic) es genera al nucli extern en moviment.

Una sonda d'exploració geofísica instal·la una xarxa de sismòmetres en un planeta rocós acabat de descobrir. Després d'un gran impacte meteorític al seu pol nord ($0^\circ$), els sismògrafs registren:

• Ones P directes entre $0^\circ$ i $105^\circ$ de distància angular.

• Una zona d'ombra total (sense ones P ni S directes) entre $105^\circ$ i $142^\circ$.

• Entre $142^\circ$ i les antípodes ($180^\circ$) es tornen a registrar ones P, però arriben amb un retard notable i no es registra cap ona S directa.

1. a) Interpreta aquests registres aplicant les lleis de propagació i refracció d'ones sísmiques per deduir l'existència del nucli, el seu estat físic i la seva velocitat relativa de propagació respecte al mantell.
2. b) Prediu quines noves fases sísmiques directes esperaries registrar a la zona antipodal ($142^\circ$-$180^\circ$) si amb el refredament progressiu del planeta comencés a nuclear-se i créixer un nucli intern sòlid.

Un equip d'astrobiòlegs investiga l'habitabilitat d'un planeta extrasolar rocós. Les seves mesures revelen que en l'actualitat no té cap camp magnètic global perceptible, però l'anàlisi dels seus basalts més antics mostra que fa $3\,500$ milions d'anys sí que posseïa un intens camp dipolar que experimentava inversions periòdiques de polaritat.

1. a) Justifica per què el magnetisme romanent a les laves basàltiques (adquirit per sota de la temperatura de Curie) prova que el camp es generava per un mecanisme de dinamo en un nucli fluid convectiu i descarta la hipòtesi d'un imant permanent de roca magnetitzada a l'interior profund.
2. b) Planteja una hipòtesi geofísica plausible sobre què li va passar a l'interior d'aquest planeta perquè cessés la geodinamo i prediu la seqüència d'impactes que aquest col·lapse magnètic va provocar sobre la seva atmosfera, les seves masses d'aigua líquida superficial i el seu potencial biològic, utilitzant l'evolució geològica de Mart com a referència.