La estructura de la geosfera

Explica qué es la geosfera y nombra 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.

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

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

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

Distingue 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.

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

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

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

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

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

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

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

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) Calcula 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 $32\ ^\circ\text{C}$. Calcula 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? Deduce qué nos enseña este cálculo sobre cómo varía el gradiente geotérmico en las capas más profundas.

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) Calcula 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, justifica 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) Explica el origen del calor interno que aprovecha Islandia y razona por qué se encuentra a tan poca profundidad en comparación con Finlandia.

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

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

Con frecuencia se dice que la corteza de la Tierra es proporcionalmente tan fina como la piel 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 piel es de aproximadamente $0.3\ \text{mm}$.

1. a) Calcula el porcentaje del radio que representa la piel de la manzana y compáralo 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 piel de la manzana es proporcionalmente más gruesa o más fina que la corteza terrestre? Justifícalo con tus resultados.
3. c) Si fabricaras una maqueta esférica de la Tierra con un radio de $20\ \text{cm}$ ($200\ \text{mm}$), calcula 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 estándar de $1\ \text{mm}$ sin exagerarla?

¿Cuál es la capa más fina de la geosfera? Compara su espesor máximo ($70\ \text{km}$) con el del manto (unos $2\,900\ \text{km}$) y explica 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 $3\,480\ \text{km}$. Calcula la distancia aproximada desde la superficie hasta el centro de la Tierra, estima cuántas veces cabe en esa distancia un viaje Madrid–Barcelona (unos $620\ \text{km}$) y razona qué pequeña parte del recorrido total representa la corteza, la capa en la que vivimos.

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, demuestra por qué es imposible que la Tierra sea homogénea por dentro.
2. b) Deduce 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) Justifica 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.

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 $6\,370\ \text{km}$. Calcula qué porcentaje del camino al centro hemos llegado a perforar y razona qué dos dificultades (temperatura y presión) frenan las perforaciones profundas.

En la célebre novela Viaje al centro de la Tierra de Julio Verne, los protagonistas bajan caminando por el conducto de un volcán inactivo y encuentran enormes cavernas huecas transitables, un océano subterráneo y temperaturas agradables a cientos de kilómetros de profundidad.

1. a) Teniendo en cuenta la presión litostática (el peso descomunal de las rocas situadas encima), predice qué le ocurriría a cualquier cueva o galería hueca a más de $15\ \text{km}$ de profundidad. ¿Por qué es físicamente imposible que existan cavernas abiertas en el manto terrestre?
2. b) El acero común se funde a unos $1\,400\ ^\circ\text{C}$ y el titanio a $1\,668\ ^\circ\text{C}$. Sabiendo que en el límite entre el manto y el núcleo la temperatura ronda los $4\,000\ ^\circ\text{C}$, justifica por qué es inviable construir un vehículo o barrena que descienda físicamente hasta el centro del planeta.
3. c) Si la temperatura en el centro de la Tierra es todavía más alta (alcanza casi los $6\,000\ ^\circ\text{C}$), ¿cómo es posible que el núcleo interno sea sólido mientras que el núcleo externo, que está a menor temperatura, es líquido? Resuelve esta aparente contradicción explicando el papel de la presión.