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.

Diferencia corteza, litosfera y astenosfera: indica qué criterio define cada límite (composición frente a comportamiento mecánico) y qué capa contiene a cuál.

Explica qué es el gradiente geotérmico, cuánto aumenta la temperatura al profundizar en los primeros kilómetros (unos $30\ \text{°C/km}$ como valor medio) y qué consecuencia tiene para las minas profundas.

Cita los cuatro elementos químicos más abundantes de la corteza terrestre (oxígeno, silicio, aluminio y hierro) y explica por qué los minerales silicatos dominan las rocas de la superficie.

Explica el principio de isostasia con el símil de los icebergs, y razona por qué las cordilleras altas tienen «raíces» corticales profundas y qué ocurre cuando la erosión las adelgaza.

Clasifica estos métodos de estudio del interior terrestre en directos o indirectos y justifícalo: un sondeo profundo, el registro de ondas sísmicas, el análisis de xenolitos traídos por un volcán y el estudio de meteoritos.

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.

El núcleo externo es líquido y el núcleo interno, aún más caliente, es sólido. Explica esa aparente paradoja recurriendo a la presión, y razona qué fenómeno planetario esencial (el campo magnético) se genera en el núcleo externo en movimiento.

El sondeo de Kola (Rusia) alcanzó unos $12\ \text{km}$ de profundidad, el récord de perforación. Calcula qué porcentaje del radio terrestre ($6\,370\ \text{km}$) representa esa profundidad y concluye por qué el conocimiento del interior del planeta depende de métodos indirectos.

Los volcanes traen a veces fragmentos de roca del manto (xenolitos de peridotita). Explica qué información directa aportan sobre la composición del manto, por qué son tan valiosos y qué limitación tienen (¿de qué profundidad máxima proceden?).

Una onda sísmica P viaja a $8\ \text{km/s}$ desde un foco situado a $600\ \text{km}$ de profundidad. Calcula cuánto tarda en llegar a la estación situada justo en la vertical del epicentro y explica cómo, midiendo tiempos de llegada en muchas estaciones, los sismólogos localizan el hipocentro.

Compara la composición química dominante de la corteza (silicatos ricos en aluminio), del manto (silicatos ricos en magnesio, como el olivino) y del núcleo (hierro y níquel), y relaciónala con la diferenciación de un planeta joven y fundido: ¿qué materiales se hundieron y cuáles flotaron?

Tras un gran terremoto, los sismógrafos situados al otro lado del planeta no registran ondas S y, en una amplia franja intermedia, las ondas P llegan con un retraso anómalo, como si se hubieran desviado. Deduce qué estructura interna explica esas dos observaciones y qué propiedades debe tener.

Una onda sísmica P viaja por el manto a una velocidad media de $10\ \text{km/s}$. Calcula aproximadamente cuánto tardaría en recorrer los $2\,900\ \text{km}$ de espesor del manto, expresando el resultado en segundos y en minutos, y comenta por qué en la realidad el recorrido no es una línea recta.

La densidad media de la Tierra es de unos $5{,}5\ \text{g/cm}^3$, pero las rocas de la superficie tienen densidades de $2{,}7$-$3{,}3\ \text{g/cm}^3$. Razona qué implica esa diferencia sobre la composición del interior y qué evidencia aportan los meteoritos metálicos sobre el núcleo.

1. a) Explica cómo se formó la estructura en capas de la Tierra a partir de un planeta joven parcialmente fundido (diferenciación planetaria). b) Razona qué fuentes de calor la hicieron posible (impactos, desintegración radiactiva, contracción gravitatoria). c) Explica por qué, $4\,600$ millones de años después, el interior sigue caliente (calor residual y radiactividad del manto).

El campo magnético terrestre nos protege del viento solar. a) Explica el mecanismo de dinamo que lo genera en el núcleo externo. b) Cita dos evidencias de su existencia pasada registradas en las rocas (magnetización de lavas, inversiones magnéticas). c) Razona qué consecuencias tendría para la atmósfera y la vida su desaparición prolongada, usando a Marte como referencia.

El núcleo terrestre tiene un radio de unos $3\,480\ \text{km}$ y una densidad media cercana a $11\ \text{g/cm}^3$; la Tierra entera tiene un radio de $6\,370\ \text{km}$ y una densidad media de $5{,}5\ \text{g/cm}^3$. a) Calcula qué fracción del volumen del planeta ocupa el núcleo (recuerda que el volumen crece con el cubo del radio). b) Estima qué fracción de la masa total concentra. c) Comenta qué implica ese resultado sobre el reparto de materiales pesados en el planeta.

Los límites entre corteza, manto y núcleo no coinciden con los límites entre litosfera, astenosfera y mesosfera. a) Explica el criterio composicional de unos y el criterio mecánico de otros. b) Analiza el caso de la litosfera oceánica: ¿qué capas composicionales incluye? c) Razona por qué una placa puede ser rígida aunque contenga rocas del mismo material que la astenosfera deformable (papel de la temperatura).

Los terremotos no se registran por debajo de unos $700\ \text{km}$ de profundidad. a) Razona qué indica ese límite sobre las propiedades mecánicas del manto inferior: ¿puede romperse de forma frágil? b) Explica cómo es posible, entonces, que las placas que subducen se hundan hasta esa profundidad y algo más. c) Relaciónalo con el carácter plástico de la astenosfera.