Síntesis de publicaciones on-line del Dto. Geología de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile y del área Geología de la Universidad de Atacama.

Geología de la Tierra 

La Corteza

La corteza es la capa que se encuentra mas cerca de la superficie de la Tierra. Esta capa es variable en espesor, en la zona de los océanos alcanza profundidades de 5 Km aproximadamente y en los continentes hasta 40 Km. Las ondas P viajan atraves de la corteza rocosa a velocidades de entre 6 y 7 Km/seg, este rango de velocidades depende de la elasticidad, rigidez y densidad del medio por el que viajan y estas propiedades dependerán de la composición química y estructura cristalina de la roca.

Por ejemplo : Felsicas (Granito) 6 Km/seg.

Máficas (Gabro) 7 Km/seg

Ultramáficas (Peridotita) 8 Km/seg

Como conocemos la correlación entre la velocidad de las ondas y el tipo de roca la corteza continental consistiría en su mayoría por rocas graníticas, con gabros que aparecen al fondo de esta corteza. En la corteza oceánica no hay granito, sino que esta formada por Basaltos y Gabros.

Por debajo de la corteza la velocidad de las ondas se incrementa abruptamente a 8 Km/seg. Esto indica un limite entre la corteza y la parte superior del manto, esta velocidad nos indica que las rocas sean probablemente ultramaficas (peridotitas) que son muy densas. A este limite se le llama la discontinuidad de Mohorovicic (Moho).

La corteza entonces esta flotando sobre el manto que seria un liquido, similar a como un iceberg flota sobre el agua, ya que este es menos denso que el agua. Por datos sismologicos sabemos que el manto cercano a la corteza es roca sólida lo cual difiere mucho de un liquido. Si observamos la roca durante segundos o años, el comportamiento observado será rígido pero si consideramos miles y millones de años podremos ver un comportamiento más dúctil. Los cambios en la densidad de la corteza harán que esta flote mas o menos sobre el manto. Esta compensación de masas se debe a la Isostasia, por ejemplo cuando se forman grandes montañas aumenta la densidad en esa zona y la corteza se hunde en el manto, pero cuando la montaña se erosiona disminuye la masa y la corteza vuelve a levantarse, análogo al iceberg en el agua

El Manto

El manto superior esta compuesto por peridotitas que se identifican por las ondas P, contienen principalmente olivino y piroxeno que son dos silicatos de magnesio y de hierro. Experimentos de laboratorio muestran que el olivino y piroxeno cambian sus propiedades y formas con los cambios de presión y temperatura. Las condiciones en las cuales se encuentra el manto superior causan el fundimiento de la roca. A grandes profundidades la presión fuerza a los átomos de los minerales a juntarse formando estructuras muy compactas.

En 1970 geólogos de todo el mundo se agruparon para estudiar hasta los 100 Km. de profundidad, estos estudios revelaron varios cambios de la velocidad de las ondas S a distintas profundidades del manto. La zona más superficial es la Litosfera que tiene 100 Km de profundidad, las placas tectónicas son grandes fragmentos de litosfera. En la zona donde termina la litosfera la velocidad de las ondas S decrece y las ondas son absorbidas parcialmente. Los experimentos de laboratorio mostraron que ese fenómeno ocurre cuando la onda S atraviesa un sólido que contiene una pequeña cantidad de liquido. La astenosfera es entonces un sólido parcialmente fluido, los geólogos creen que la astenosfera contiene una menor cantidad de roca fundida. Esto concuerda con la idea de que la astenosfera esta compuesto por magma basáltico y esto es consistente con la tectónica de placas. La litosfera se mueve fácilmente ya que por debajo de ella hay un material más dúctil.

A medida que descendemos por la astenosfera la velocidad de las ondas S se incrementa debido a la presencia de peridotita sólida. Entre los 200 y 400 Km la velocidad aumenta gradualmente con la profundidad, pero hay una zona donde disminuye la velocidad debido a la presencia de otro material distinto a la peridotita.

Bajo los 400 Km hay un incremento rápido de la velocidad. Esto se debe a un cambio en la composición química. Hay cambios en la estructura cristalina y este reordenamiento es mas compacto. Esto causa una gran presión en las profundidades. Cuando se somete el olivino, el mayor constituyente de las peridotitas a presiones y temperaturas similares a los 400 Km podemos observar la compactación de sus átomos.

Entre los 450 y 650 Km el cambio en la velocidad es muy pequeño a medida que descendemos. Cerca de los 670 Km aumenta la velocidad de las ondas S. Los átomos aquí están mucho mas compactados. A esta profundidad el olivino colapsa y se convierte en un material muy compacto. Luego viene el manto interno que se extiende entre los 700 Km. hasta el núcleo a 2900 Km. Aquí hay pequeñas variaciones en la composición y en la estructura cristalina y la velocidad de la onda S se incrementa gradualmente

El Núcleo

Comienza a los 2900 Km de la superficie, las ondas P que penetran a profundidades de 5100 Km repentinamente incrementan su velocidad. Este incremento abrupto se interpreta como un cambio de liquido a sólido. Por datos astronómicos y experimentos de laboratorio se definen las siguientes ideas. El núcleo esta compuesto por el mismo material que conformo y diferencio a la tierra en un comienzo. Este material seria muy denso. El núcleo contiene la mayor cantidad de masa de la tierra, material que abunda en el universo. Estudiando la abundancia de los elementos en el cosmos el núcleo estaría constituido por hierro y otros elementos abundantes. En el laboratorio la velocidad de las ondas P en hierro liquido y sólido a temperatura y presión del núcleo corresponde aproximadamente a las velocidades de las ondas observadas en el núcleo. Estos estudios son reafirmados por el descubrimiento de meteoritos que son en su totalidad de hierro y que posiblemente fueron los formadores del núcleo.

En recientes experimentos ondas P que atravesaron el núcleo interno en dirección norte-sur demoraron 4 segundos menos que ondas que viajaron de este a oeste. En experimentos de laboratorio estudiaron las propiedades del hierro a presión y temperatura similares a las del núcleo interno y descubrieron que el hierro se vuelve anisotropo es decir que se comporta como una estructura cristalina en que la velocidad de las ondas P depende de la dirección en que viaja la onda. Entonces los cristales de hierro estarían alineados en la misma dirección. Esta dirección estaría influenciada por el campo magnético de la tierra y por el stress generado por la rotación de esta.

Composición de la corteza terrestre 

Existen dos tipos de corteza: La corteza continental y la corteza oceánica. La corteza continental incluye los continentes y los sectores del mar de baja profundidad. La corteza oceánica se encuentra en los sectores oceánicos de alta profundidad.

La Tierra muestra una distribución de las alturas bimodal. Es decir hay dos cotas más frecuentes en la tierra: 4700 m abajo del nivel del mar y 100 m sobre el nivel del mar. Sí solo existe un tipo de corteza, se espera matemáticamente solo una cota más frecuente con una distribución gaussiana. La bimodalidad de la distribución de cotas dice claramente que hay dos tipos de corteza. Un tipo que se encuentra en la mayoría en 4.700 metros bajo del nivel del mar (corteza oceánica) y  otro tipo que en la mayoría se encuentra 100 m sobre el nivel del mar (corteza continental). La corteza continental tiene una composición química diferente de la corteza oceánica. La corteza oceánica tiene una mayor cantidad en aluminio, hierro, magnesio, calcio y potasio.

Otras Diferencias entre las Cortezas

La corteza continental es más liviana que la corteza oceánica, por eso la corteza oceánica se encuentra principalmente en regiones más profundas