Ejercicios: La estructura de la geosfera

El corte de la figura muestra las capas concéntricas de la geosfera, pero una de ellas está marcada con «?». Indicá el nombre de esa capa y ordená todas las capas de la más superficial a la más profunda.

Nombrá las tres capas de la geosfera e indicá cuál es la más externa y cuál la más profunda. ¿En cuál de ellas vivimos?

Si la Tierra fuera un durazno, explicá qué parte de la fruta representaría la corteza, el manto y el núcleo, y señalá una limitación de esta comparación.

Explicá qué es la geosfera y nombrá con qué otras partes de la Tierra está en contacto en la superficie (el aire, el agua y los seres vivos), escribiendo el nombre técnico de cada una.

¿Qué capa de la geosfera está justo debajo de la corteza? ¿Y cuál ocupa el centro del planeta? Ordená las tres capas de fuera hacia dentro.

Indicá en qué estado se encuentran los materiales del núcleo externo y del núcleo interno, y explicá de qué dos metales están hechos sobre todo.

El hierro del núcleo hace que la Tierra se comporte como un imán gigante.

1. a) Explicá qué aparato de uso cotidiano aprovecha ese magnetismo para orientarse.
2. b) Razoná qué ocurriría con dicho aparato si el núcleo no fuera magnético.

¿Cuál es la capa más fina de la geosfera? Compará su espesor máximo ($70\ \text{km}$) con el del manto (unos $2\,900\ \text{km}$) y explicá qué significa esa diferencia.

La corteza tiene entre $5\ \text{km}$ y $70\ \text{km}$ de espesor, el manto se extiende unos $2\,900\ \text{km}$ por debajo y el núcleo tiene un radio de unos $3\,480\ \text{km}$. Calculá la distancia aproximada desde la superficie hasta el centro de la Tierra, estimá cuántas veces cabe en esa distancia un viaje San Salvador–San Miguel (unos $620\ \text{km}$) y razoná qué pequeña parte del recorrido total representa la corteza, la capa en la que vivimos.

Distinguí entre corteza continental y corteza oceánica: cuál de las dos es más gruesa, dónde se encuentra cada una y qué tipo de materiales predominan en ellas.

El núcleo tiene una parte externa líquida y una interna sólida, aunque ambas están hechas de hierro y níquel. Explicá cómo es posible que el núcleo interno, siendo la zona más caliente del planeta, se mantenga sólido.

El pozo más profundo jamás perforado llegó a unos $12\ \text{km}$, y la distancia desde la superficie hasta el centro de la Tierra es de unos $6\,370\ \text{km}$. Calculá qué porcentaje del camino al centro hemos llegado a perforar y razoná qué dos dificultades (temperatura y presión) frenan las perforaciones profundas.

La corteza continental es más gruesa y menos densa que la oceánica. Usando la analogía de dos icebergs de distinto grosor, explicá por qué los continentes sobresalen sobre el nivel del mar mientras que la corteza oceánica queda sumergida.

¿De dónde sale el calor del interior de la Tierra? Explicá dos fuentes de ese calor (el que queda de la formación del planeta y el que generan ciertos materiales del interior) y nombrá dos pruebas de ese calor que podemos observar en la superficie, como los volcanes o las aguas termales.

¿Dónde creés que es más gruesa la corteza: bajo la cordillera del Himalaya o bajo el océano Pacífico? Razoná tu respuesta y explicá qué relación hay entre las montañas altas y las «raíces» profundas de la corteza.

Compará la Tierra con un huevo cocido (cáscara, clara y yema): explicá qué capa representa cada parte y señalá dos cosas que el modelo del huevo no representa bien del interior terrestre.

La densidad media de toda la Tierra es de aproximadamente $5.5\ \text{g/cm}^3$. Sin embargo, las rocas que forman la corteza continental solo tienen una densidad media de unos $2.7\ \text{g/cm}^3$, y las peridotitas que arrancan algunos volcanes profundos del manto alcanzan los $3.3\ \text{g/cm}^3$. Por otro lado, muchos meteoritos metálicos que caen del espacio están formados por hierro y níquel con densidades superiores a $7.5\ \text{g/cm}^3$.

1. a) A partir de estos datos de densidad, demostrá por qué es imposible que la Tierra sea homogénea por dentro.
2. b) Deducí qué capa del interior terrestre debe corresponderse con la composición de los meteoritos metálicos para que la densidad media global del planeta cuadre con los $5.5\ \text{g/cm}^3$.
3. c) Justificá cómo el estudio de restos de asteroides y meteoritos procedentes del espacio nos permite conocer la composición del centro de nuestro planeta sin necesidad de llegar hasta allí.

La mina de oro de Mponeng (Sudáfrica) es la excavación humana más profunda de la Tierra: llega a casi $4\ \text{km}$ bajo la superficie. En esa zona, la temperatura en superficie es de $20\ ^\circ\text{C}$ y el gradiente geotérmico medio es de $2.5\ ^\circ\text{C}$ por cada $100\ \text{m}$ de profundidad.

1. a) Calculá qué temperatura alcanzaría la roca en el fondo de la mina si no funcionara ningún sistema artificial de aire acondicionado.
2. b) Un minero solo puede trabajar con seguridad si la temperatura ambiental no supera los $32\ ^\circ\text{C}$. Calculá a qué profundidad máxima se alcanzaría ese límite de seguridad sin refrigeración.
3. c) Si aplicáramos ese mismo gradiente de forma continua hasta el centro de la Tierra ($6\,371\ \text{km}$), ¿qué temperatura teórica disparatada se obtendría en el núcleo? Deducí qué nos enseña este cálculo sobre cómo varía el gradiente geotérmico en las capas más profundas.

Con frecuencia se dice que la corteza de la Tierra es proporcionalmente tan fina como la cáscara de una manzana. Vamos a comprobar con datos si esta afirmación es científicamente exacta:

• Radio de la Tierra: $6\,370\ \text{km}$.

• Espesor medio de la corteza continental: $35\ \text{km}$; de la corteza oceánica: $7\ \text{km}$.

• Una manzana típica tiene un radio de unos $40\ \text{mm}$ y el grosor de su cáscara es de aproximadamente $0.3\ \text{mm}$.

1. a) Calculá el porcentaje del radio que representa la cáscara de la manzana y compará​lo con el porcentaje que representan la corteza continental y la oceánica respecto al radio terrestre.
2. b) A la vista de tus cálculos, ¿es correcta la analogía popular o la cáscara de la manzana es proporcionalmente más gruesa o más fina que la corteza terrestre? Justificalo con tus resultados.
3. c) Si fabricaras una maqueta esférica de la Tierra con un radio de $20\ \text{cm}$ ($200\ \text{mm}$), calculá cuántos milímetros de grosor tendrían la corteza oceánica y la corteza continental. ¿Podrías dibujar la corteza oceánica a escala con la punta de un lápiz de grafito escolar estándar de $1\ \text{mm}$ sin exagerarla?

Dos ciudades europeas quieren construir una central para calentar los hogares mediante energía geotérmica profunda, aprovechando agua subterránea a $90\ ^\circ\text{C}$. En invierno, la temperatura superficial en ambas ciudades es de $0\ ^\circ\text{C}$:

• Reikiavik (Islandia): situada sobre una dorsal volcánica activa, su gradiente geotérmico medio es de $15\ ^\circ\text{C}$ por cada $100\ \text{m}$ de profundidad.

• Helsinki (Finlandia): situada sobre un escudo continental antiguo y frío, su gradiente geotérmico es de $2\ ^\circ\text{C}$ por cada $100\ \text{m}$ de profundidad.

1. a) Calculá a qué profundidad mínima debe perforar cada ciudad para alcanzar la roca a los $90\ ^\circ\text{C}$ necesarios.
2. b) Teniendo en cuenta el costo y la dificultad técnica de perforar pozos profundos, justificá por qué la calefacción geotérmica directa es muy rentable en Islandia, pero resulta casi inviable económicamente en la mayor parte del continente europeo.
3. c) Explicá el origen del calor interno que aprovecha Islandia y razoná por qué se encuentra a tan poca profundidad en comparación con Finlandia.