Ejercicios: Estructura y composición de la geosfera

Nombra las capas de la geosfera ordenadas desde el exterior hasta el centro del planeta e indica el estado físico (sólido, fluido) de cada una.

Cita dos métodos directos de estudio de la geosfera y explica por qué, incluso con los sondeos más profundos, solo conocemos directamente una fracción mínima del radio terrestre.

Compara la corteza continental y la corteza oceánica atendiendo a su espesor, su composición y su densidad, y relaciona esas diferencias con su comportamiento cuando chocan dos placas.

Explica en qué se diferencian las ondas sísmicas P y S (tipo de movimiento y medios que atraviesan) y cómo sus zonas de sombra permitieron deducir la existencia y el estado del núcleo terrestre.

¿Qué es una discontinuidad sísmica? Indica qué capas separan las discontinuidades de Mohorovičić y de Gutenberg y a qué profundidades aproximadas se localizan.

El esquema representa en corte las capas concéntricas de la geosfera. a) Nombra las capas señaladas con los números 1 a 4. b) Indica la profundidad aproximada que falta («?») y qué discontinuidad se encuentra a esa profundidad. c) Señala el estado físico de las capas 3 y 4 y la evidencia que lo demuestra.

Una sonda de exploración geofísica instala una red de sismómetros en un planeta rocoso recién descubierto. Tras un gran impacto meteorítico en su polo norte ($0^\circ$), los sismógrafos registran:

• Ondas P directas entre $0^\circ$ y $105^\circ$ de distancia angular.

• Una zona de sombra total (sin ondas P ni S directas) entre $105^\circ$ y $142^\circ$.

• Entre $142^\circ$ y las antípodas ($180^\circ$) se vuelven a registrar ondas P, pero llegan con un retraso notable y no se registra ninguna onda S directa.

1. a) Interpreta estos registros aplicando las leyes de propagación y refracción de ondas sísmicas para deducir la existencia del núcleo, su estado físico y su velocidad relativa de propagación respecto al manto.
2. b) Predice qué nuevas fases sísmicas directas esperarías registrar en la zona antipodal ($142^\circ$-$180^\circ$) si con el enfriamiento progresivo del planeta comenzase a nuclearse y crecer un núcleo interno sólido.

Un estudiante propone la siguiente hipótesis para simplificar el cálculo del tiempo de viaje de las ondas sísmicas: «Dado que el manto terrestre es un medio sólido continuo hasta los $2\,900\ \text{km}$ de profundidad, los rayos sísmicos que viajan desde el foco hasta una estación sismológica lejana se propagan en línea recta a una velocidad media constante; por tanto, el tiempo de llegada se calcula simplemente dividiendo la distancia geométrica en línea recta por dicha velocidad».

1. a) Rebate razonadamente su hipótesis explicando por qué la trayectoria real de los rayos sísmicos a través del manto es curva y cóncava hacia la superficie terrestre (apóyate en la variación de las propiedades elásticas con la profundidad y la ley de Snell de la refracción).
2. b) Basándote en el principio del tiempo mínimo (principio de Fermat), justifica por qué a distancias epicentrales superiores a unos pocos cientos de kilómetros una onda que sigue esa trayectoria curva y profunda llega antes a la estación receptora que otra hipotética onda que viajase en línea recta por niveles más superficiales.

La densidad media global de la Tierra es de $5.5\ \text{g/cm}^3$, mientras que la de las rocas corticales oscila entre $2.7$ y $3.0\ \text{g/cm}^3$ (granito, basalto) y las peridotitas del manto superior apenas alcanzan $3.3\ \text{g/cm}^3$.

1. a) Justifica por qué este contraste descarta de forma concluyente que la Tierra sea homogénea y demuestra que la mayor parte de su interior debe contener materiales con densidades muy superiores a las observadas en superficie.
2. b) Se analizan dos tipos de meteoritos: una condrita (silicatada, densidad $\approx 3.5\ \text{g/cm}^3$) y un siderito (aleación Fe-Ni, densidad $\approx 7.8\ \text{g/cm}^3$). Interpreta el origen cosmoquímico de ambos a partir del proceso de acreción y diferenciación de asteroides progenitores, y razona por qué los sideritos constituyen la prueba indirecta clásica que respalda la naturaleza química propuesta para el núcleo terrestre.