Bloque lll. Planeta Tierra

-Capitulo 3.1. Teoras sobre el origen de los planetas

La teora prevaleciente acerca del origen de los planetas conocida como hiptesis de las nubes de polvo, propone la formacin de los planetas a partir de masas relativamente pequeas formadas por nubes de partculas de polvo y gas. De acuerdo con esta teora, las nubes de polvo y gas se desprendieron de las estrellas recin formadas, mantenindose unidas por la atraccin de la gravedad, estas nubes fueron creciendo por la reunin gradual de partculas slidas de polvo a base de xidos de hierro, silicatos y cristales de agua. El crecimiento se efectu por colisiones y capturas de cuerpos pequeos por otros ms grandes hasta formar otros aun de mayor tamao llamados protoplanetas. Estos giraron alrededor de los astros siguiendo las leyes del movimiento y la gravitacin hasta condensarse y formar los planetas.

Otro concepto ms, es el conocido como teora planetesimal. Afirma que la formacin de los planetas en nuestro sistema solar se debe a un astro perturbado que pas del sol o choc con l, originndose enormes mareas de gas en ignicin que se desprendieron del sol. stas masas fueron enfrindose lentamente, se licuaron, luego se condensaron y al hacerse coalescentes formaron los planetas. Una seria objecin a esta teora es la improbabilidad fsica de que masas gneas relativamente pequeas liberadas repentinamente de la fuerza gravitacional del Sol, tendieran a enfriarse y condensarse, ms que a expandirse explosivamente.

-Captulo 3.2. Caractersticas. Datos bsicos del planeta tierra

Estructura de la tierra.

Tiene un dimetro aproximado de 12,720 kilmetros y se encuentra rodeada de una cubierta de aire llamada atmosfera.El hombre ha penetrado slo 6 u 8 kilmetros aproximadamente, es decir, la milsima parte de su distancia del centro a la superficie, que es de 6,360 km. Su masa es de 8x1021 toneladas y posee una densidad de 5.5. Las tocas superficiales tienen cerca de 2.8 de densidad, la cual va aumentando hacia el centro, al que se le calcula aproximadamente 10.Creemos que la tierra en estado de fusin tard en enfriarse millones de aos hasta adquirir su aspecto estructural definitivo. El ncleo o parte central est constituido por el material ms pesado y est cubierto por capas concntricas sucesivas ms ligeras; la porcin ms externa es la atmsfera, capa compuesta de una mezcla de gases. Esta capa es un gran ocano de aire que se adelgaza progresivamente a mayores altitudes y que se extiende aproximadamente 13 km arriba de la superficie terrestre. El aire guarda un estado de turbulencia constante, debido a las temperaturas desiguales; Esto produce fenmenos pticos, tales como el cintilar de las estrellas. La atmosfera actual contiene: 80% de Nitrgeno, 20% Oxigeno, Vapor de Agua y otros gases en concentracin mnima, tales como el bixido de carbono en cantidad de 0.40%. La opinin general actual es de que la atmosfera primitiva no contena oxigeno o bien, era escaso. Durante las primeras fases del proceso de enfriamiento de la superficie terrestre se form una corteza rocosa. A partir de la solidificacin se produjo la corteza terrestre la cual tiene un grosor de 30 a 40 km por debajo de los continentes y menos de 5 km bajo los ocanos. Est compuesta en su mayor parte por la roca llamada basalto y sobresaliendo de esta roca basltica se encuentran distribuidos los continentes, formados en su mayor parte de una roca ms ligera llamada granito. En los primeros tiempos de la historia de la tierra se sucedieron cambios notables, tales como roturas de la corteza, levantamientos y plegamientos de grandes porciones de tierra, lo que dio origen a las montaas; Los rompimientos ms notables de la corteza terrestre se encuentran en los mrgenes del ocano pacifico y a lo largo de la cresta de la cordillera submarina que corre bajo la parte media del ocano atlntico.Las corrientes de lava fundida de volcanes activos localizados en diversos sitios del mundo, nos muestran las propiedades que posee el material colocado bajo la delgada corteza terrestre. Esta roca hirviente, semifluida o magra constituye el manto terrestre. Es ms denso que la corteza y se divide en un manto inferior y otro superior con profundidad de ms de 900 km el primero y casi 2000 el segundo, Siendo esta ltima zona probablemente el origen de la mayor parte de terremotos y volcanes.Bajo el manto se localiza el ncleo (tambin con 2 capas, la interna y la externa) , con un radio aproximado de 3500 km. Se cree, que est constituido de hierro y nquel.La corteza terrestre es muy delgada en relacin con el tamao de la Tierra y se le compara a un cascaron de huevo; el mando de magma viscoso sera la clara y el ncleo la yema.Se ha observado que la temperatura y la presin aumentan progresivamente a medida que se profundiza la Tierra. A 2,300 metros, la temperatura es de 100C, punto de ebullicin, del agua y se estima que a 40 50 km llega a los 1000C, mientras que el centro guarda una temperatura semejante a la existencia de la superficie del sol (cerca de 6,000C). Esto mismo sucede con la presin.

Los ocanos de la tierra.

Lgico presumir que hasta que se hubo enfriado lo suficiente, el agua no se acumul en la superficie. Gran cantidad del agua del planeta debe haber tomado la forma de nubes descomunales que se remontan a grandes altitudes, bloqueando acaso la luz del sol.Con el sucesivo enfriamiento de la Tierra, se originaron ms lluvias, granizo, hielo y nieve, los cuales se depositaron en las grietas, depsitos y depresiones de la corteza hasta formar ocanos, lagos, ros y corrientes. Al paso de los siglos, el agua se acumul sobre el planeta, la cubierta de nubes se adelgaz y permiti el paso de la luz a la Tierra.Los gelogos pueden calcular la edad de los ocanos por su salinidad. El proceso comenz con la primera precipitacin que lleg a la superficie terrestre y desde entonces se ha hecho continua. Los ocanos primitivos deben haber sido ligeramente salinos. Su concentracin actual es muy grande, 3% aproximadamente. La salinidad del ocano aumentar constantemente.El clima de la tierra.La superficie global tiene una temperatura de la de 15C a 20C, siendo los extremos de -15C a 50C. La temperatura de la superficie terrestre est determinada en primer lugar por la energa calorfica y luminosa el sol. Esta temperatura est ligeramente afectada por las emanaciones de calor, muy escasas, que escapan de la tierra, debido a que los materiales que forman las capas y rodean al ncleo son malos conductores de calor.Estos cambios climticos caracterizados por ascensos y descensos de temperaturas, tambin acompaaron por invasin de corrientes ocenicas clidas hacia regiones polares, a la vez de aguas superficiales se precipitaron sobre reas terrestres.

-Captulo 3.3. Composicin

La estructura, composicin y comportamiento mecnico de la Tierra ha ido cambiando desde su origen. Los factores que tienen ms influencia sobre la estructura de las capas de la Tierra son la temperatura y la presin.

Se ha calculado que la temperatura de la Tierra a unos 100 km de profundidad es de 1.200 a 1.400C, en el lmite entre el manto y ncleo de unos 4.500 C, y de ms de 6.700 C en la zona ms interna.Por otra parte, el efecto de la presin sobre el comportamiento mecnico de las capas de la Tierra tiene tambin mucha importancia, al influir, por ejemplo, en la dinmica de las placas litosfricas, o determinar el estado, slido o lquido, de las capas de la Tierra. A modo de ejemplo, el ncleo interno, que es donde se alcanzan las mayores temperaturas, se encuentra en estado slido precisamente debido a la elevadsima presin a la que se encuentra sometido (11 g/cm3).

-Modelo GeoqumicoEste modelo, tambin llamado modelo de Bullen, considera que la diferenciacin qumica que han tenido los elementos que componen la Tierra desde sus orgenes ha llevado a que se estructure formando tres capas: la corteza, el manto y el ncleo.

Corteza.

Es la capa ms superficial de la Tierra, y segn se trate de zonas continentales o de los fondos ocenicos, se habla de corteza continental o corteza ocenica, las cuales presentan caractersticas bastantediferentes. La corteza continental tiene un espesor variable de 20 a 90 Km y una densidad media de 2,7 g/cm3. Est formada por una gran variedad de rocas de todos los tipos, sedimentarias, gneas y metamrficas, y es rica en silicio y aluminio, entre otros muchos elementos. La composicin media es equivalente a la de una roca grantica, en particular a la de la granodiorita. Las edades ms antiguas de rocas reconocidas en la corteza continental son de unos 3.800 millones de aos. La corteza ocenica tiene un espesor de entre 3 y 15 km, y una densidad de 3 g/cm3. Su composicin es mayoritariamente basalto. Al estar sometida a un continuo proceso de reciclado, pues se crea en las dorsales ocenicas y se destruye e incorpora al manto en las zonas de subduccin, la edad de esta corteza es mucho ms joven que la de la corteza continental, con una edad de unos 180 millones de aos la ms antigua.

Manto.

Es la capa que sigue en profundidad a la corteza y envuelve el ncleo terrestre. Representa en torno al83% del volumen de la Tierra. Se extiende hasta una profundidad de 2.885 Km y tiene una densidad de 3,3 a 5,7 g/cm3. En cuanto a su composicin, se piensa que est formada principalmente por peridotitas, una roca gnea con abundante hierro y magnesio. Se puede diferenciar manto superior y manto inferior. El manto superior va desde la base de la corteza hasta una profundidad de unos 660 km. El manto inferior se localiza entre los 660 y 2.885 Km de profundidad. La diferenciacin entre manto superior e inferior tiene mucha relevancia en cuanto al comportamiento mecnico de las capas. 1. 1. 3. Ncleo. Es la capa ms interna de la Tierra. Forma una esfera de 3.486 km de radio y se localiza entre los 2.885 y 6.378 Km de profundidad. Su densidad calculada vara de 10 a 13 g/cm3. La presin en el centro es un milln de veces mayor que la presin del aire en la superficie, con temperaturas que pueden superar los 6.700 C. Su composicin es una aleacin de hierro con algo de nquel (de un 5 a un 10%) y supuestamente otros elementos ligeros como el azufre y el oxgeno en menores cantidades.

Modelo dinmico.

Adems de las capas definidas atendiendo a su composicin, se pueden establecer otras capas que hacen referencia a la respuesta mecnica en relacin con la tectnica global. Estas capas son: litosfera, astensfera, mesosfera y endosfera. Los parmetros que definen cada una de ellas tienen relacin con la presin, la temperatura, la densidad y el estado (lquido o slido) en que se encuentran.

Litosfera.

Es la capa ms superficial de la Tierra y se comporta como un cuerpo slido y rgido. Est formada por la corteza y por la parte ms superficial del manto. Su espesor medio es de 100 Km, aunque puede alcanzar hasta unos 250 Km en zonas de grandes cadenas montaosas.

Se habla de litosfera continental al conjunto de corteza continental y parte del manto superior en estado slido, y litosfera ocenica al conjunto de corteza ocenica y tambin manto superior en estado slido. Dentro de la litosfera, el lmite que separa la corteza del manto superior se denomina discontinuidad de Mohorovicic. La litosfera se mueve sobre la astenosfera sobre la que se apoya. La parte inferior de la litosfera tiene idntica composicin que la astenosfera.

Astenosfera.

Es la capa del manto que se encuentra entre la litosfera y el manto inferior o mesosfera. Alcanza una profundidad de 660 Km. Los 150 Km ms superficiales se encuentran en unas condiciones de fusin parcial, y definen un canal de baja velocidad. Este canal se reconoce por un descenso de la velocidad de las ondas ssmicas cuando lo atraviesan. La fusin parcial dentro de la astenosfera hace que se formen magmas que ascienden hacia la litosfera. Su composicin es idntica a la del resto del manto. Tiene un comportamiento plstico.

Mesosfera.

Se denomina mesosfera o manto inferior a la parte de la Tierra comprendida entre el ncleo, a unos 2.885 Km de profundidad, y la astenosfera, a unos 660 Km. En el lmite entre el manto y el ncleo, en los 200 km inferiores, hay una regin conocida como capa D donde la velocidad de las ondas P experimenta un descenso importante. Segn algunos autores, la interpretacin de este descenso de velocidad de las ondas ssmicas se podra explicar si el manto inferior se encontrara parcialmente fundido. De ser esto cierto, es posible que desde esas zonas fundidas asciendan plumas de magma a travs del manto slido y lleguen a la superficie, lo que permitira explicar la formacin de islas como Hawai, asociadas a puntos calientes.

Endosfera.

Se corresponde con el ncleo. Consta de una parte interna que se comporta rgidamente, como un slido, y otra externa que se comporta como un fluido, donde se cree que puede haber corrientes de conveccin que explicaran la existencia del campo magntico terrestre. Estas corrientes estaran provocadas por la diferencia de temperaturas causadas por la distinta acumulacin de elementos radiactivos. Los materiales ms calientes ascenderan hacia la parte superior del ncleo enfrindose por contacto con el manto y posteriormente descenderan hacia el ncleo interno arrastrados por corrientes fras.

Captulo 3.4. Evolucin a travs de los aos

Tierra primitiva

Se cree que al principio era una masa incandescente, por la elevada temperatura propia del proceso de creacin de los materiales, ya que cuando las capas exteriores empezaban a solidificarse, el calor procedente del interior las funda de nuevo. Tambin el impacto de asteroides impeda la consolidacin de su superficie. Lentamente, la temperatura baj lo suficiente como para permitir la formacin de una corteza terrestre ms o menos estable. Entre los elementos ms pesados y abundantes, el hierro y el nquel se concentraron en el centro o ncleo. Luego se definieron otras capas concntricas al ncleo formado por materiales de distintas densidades, conocido como manto.Se cree que la atmsfera terrestre se form a partir de ese perodo, como producto de la intensa actividad volcnica.

Formacin de los continentes

A principios del siglo XX, Alfred Wegener, presenta una hiptesis llamada Deriva Continental- acerca del movimiento de los continentes sobre la superficie de la Tierra. Esta teora fue rechazada por la comunidad cientfica de la poca, aunque sent las bases para nuevas investigaciones que derivaron luego en la aceptada Teora de la Tectnica de Placas.

Wegener sostena que hace millones de aos los continentes estuvieron unidos en una gran masa continental, un supercontinente que recibi el nombre de Pangea. De acuerdo con su modelo, los continentes se habran ido separando hasta ocupar la posicin actual. El inconveniente que presentaba esta idea es que Wegener desconoca el porqu del movimiento de los continentes.

En 1927, Arthur Holmes propuso que el mecanismo responsable de la deriva de los continentes era la existencia de las corrientes de conveccin de magma en el manto terrestre. A comienzos de la dcada de los `70, los cientficos descubrieron que la litsfera est fragmentada en placas que se apoyan sobre la astensfera; es decir, que los continentes flotan sobre una parte del manto (la astensfera), como lo hacen los bloques de hielo sobre el agua. Esas placas tectnicas o litosfricas no slo sostienen a los continentes, sino que tambin incluyen los fondos de los ocanos.

Corrientes de Conveccin. Debido a su alta temperatura, el magma de la astensfera asciende y desplaza masas rocosas superiores ms fras, levantndolas o hundindolas. La roca que se hunde alcanza temperaturas muy elevadas y comienza a ascender otra vez.

Los Volcanes

La corteza terrestre en la que vivimos, el agua de mares, ros y ocanos y la atmosfera que nos rodea derivan en gran parte de las erupciones volcnicas. Tanto el vulcanismo (actividad volcnica) como la orognesis (proceso de formacin de montaas) y la deriva continental contribuyen a la creacin de nueva corteza. Los volcanes a travs de sus fumarolas (grietas volcnicas), aportan toda clase de metales y minerales. En los fondos marinos, la actividad volcnica ayud a crear un medio ambiente que permiti la evolucin de la vida en el agua.En la Tierra, form la atmsfera que determin el desarrollo de la vida fuera del agua.

Evaluacin temprana

Los protoplanetas tenan un tamao mucho mayor que los planetas actuales, pero su densidad era muy inferior. Sus principales componentes eran el hidrogeno y el helio, los dos elementos ms livianos de cuantos se conocen. Se cree, entonces, que uno de los procesos ms importantes que sigui vigente durante los primeros mil millones de aos (o parte de ellos) fue la contradiccin gravitacional y la consecuente densificacin. Este proceso, por s solo, habra sido suficiente para llevar la temperatura a unos 1000C en las densidades del centro terrestre. En la historia temprana de la tierra se dio tambin un intenso bombardeo de meteoritos, que formaban parte del material de la nebulosa. Este hecho produjo una enorme cantidad de crteres en la superficie terrestre, que luego desaparecieron por la erosin. La faz de la tierra debi ser muy parecida a la superficie lunar actual. Las superficies de la Luna, Marte y Mercurio, en las que no existe agua que lleve a cabo erosin muestran claramente las huellas de estas lluvias de meteoritos. El calor generado por estos terribles impactos debi contribuir fuertemente a elevar la temperatura terrestre en los primeros mil millones de aos.

Est bien demostrado que fue en este periodo, y bajo las condiciones sealadas arriba, que tuvo lugar el episodio principal de diferenciacin del manto y ncleo terrestres. En el manto se acumularon rocas ricas en hierro y magnesio mientras que en el ncleo se acumularon rocas ms pesadas, ricas en nquel y hierro. Es muy probable que esta separacin del ncleo y manto estuviera ya bien establecido hace unos 4700 millones de aos. Bajo condiciones de temperatura interna tan elevada la actividad volcnica debi ser muy expendida.La actividad volcnica contribuyo a la desgasificacin de la geosfera, es decir, a la separacin de los materiales gaseosos y slidos. Esto sucedi mediante la erupcin de importantes cantidades de agua, dixido de carbono y otros. El vulcanismo contribua, por esta va, a la diferenciacin de la atmosfera, la cual adquirira caractersticas nuevas, con la inyeccin de los gases citados.

El paisaje terrestre cuando la tierra cumpli mil millones de aos

Para empezar, consideremos que los ocanos (hidrosfera) no existan, debido, en primer lugar, a las elevadas temperaturas que evaporaban el agua, y en segundo lugar a que el proceso de desgasificacin no estaba an completo. Esto significa que no haba aun suficiente agua libre. La atmosfera terrestre era bsicamente una atmosfera primitiva, dominada por gases livianos, en particular con mucho hidrogeno y helio. La geosfera exista, pero, al no haberse formado aun la capa rgida de la corteza terrestre, se hallaba bsicamente en estado fundido, la lluvia de meteoritos debe haber sido otro elemento dominante en ese paisaje, y ms tarde, avanzado el periodo, cuando las rocas empezaron a consolidarse y a enfriarse, un paisaje catico con innumerables impactos de meteorito pudo haberse desarrollado. Un intenso vulcanismo debe haber sido tambin componente fundamental de este clido paisaje de la historia temprana de la Tierra.

Consolidacin de la geosfera

Aunque la separacin del ncleo y del manto terrestres pudo haberse completado hace ya unos 4700 millones de aos, la consolidacin de una corteza ya rgida no pudo ocurrir sino unos 800 millones de aos ms tarde, es decir hace unos 3900 millones aos.Conforme el manto se diferencia, los elementos relativamente livianos fueron expulsados hacia la superficie y formaron la corteza, ocenica y continental.

Formacin de la hidrosfera y de una nueva atmosfera

La formacin de una nueva atmosfera y del ocano pudo haber sido producto del proceso de diferenciacin qumica de la Tierra primitiva. La desgasificacin, que fue notablemente favorecida por la actividad volcnica, permiti la liberacin y separacin de gases atmosfricos como nitrgeno, el dixido de carbono, el helio, y el vapor de agua. La adicin de oxigeno libre en la atmosfera y en los ocanos sucedi ms tarde, cuando la vida se instal en las aguas y en la corteza del planeta.

En esta etapa se da un paso fundamental en la evolucin del planeta, pues la diferenciacin y el enfriamiento dan lugar al surgimiento de los ocanos, es posible concluir que la formacin de ese ocano pudo haber sido casi acabada hace unos 2500 millones, ya que buena parte de la corteza actual exista en ese momento.

Evolucin de la atmsferaLas transformaciones ms importantes de la atmosfera antigua consistieron en la perdida de hidrogeno (H), que se fug al espacio durante los primeros 500 1000 millones de aos; la incorporacin de dixido de carbono (CO2) y vapor de agua (H2O), producto de los procesos de desgasificacin del mando (incluido el vulcanismo).La adquisicin de una atmosfera densa, rica en vapor de agua y dixido de carbono, permiti que los ocanos se establecieran en forma permanente. Este fue un paso fundamental en la evolucin del planeta, ya que el ocano brindo el medio estable en el cual fue posible el desarrollo y propagacin inicial de los seres vivos.