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El núcleo de la Tierra

¿Qué es el núcleo? El núcleo de la Tierra o endosfera es la masa caliente que se ubica en el mismo centro de nuestro planeta. Está formado por un núcleo interno sólido y un núcleo externo líquido.

Origen y formación del núcleo de la Tierra El planeta Tierra es más antiguo que su núcleo. Se dice que cuando la Tierra se formó hace unos 4.500 millones de años, era una bola uniforme de roca caliente. La descomposición radioactiva y el calor resultante de la formación planetaria hicieron que esta bola se calentara aún más y eventualmente alcanzara el punto de fusión del hierro, alrededor de 1,538 ° Celsius (2,800 ° Fahrenheit).Este momento crucial en la historia de la Tierra se denomina la catástrofe de hierro. La catástrofe de hierro propició que el material fundido y rocoso de la Tierra experimentara un movimiento mayor y más rápido. Como resultado, el material menos denso y relativamente flotante, como los silicatos, el agua e incluso el aire, se mantuvieron cerca del exterior del planeta; estos materiales se convirtieron en el manto y la corteza temprana. Por el contrario, las gotas de hierro, níquel y otros metales pesados gravitaron hacia el centro de la Tierra, convirtiéndose en el núcleo primitivo. Este proceso tan importante se conoce como la diferenciación planetaria.

Composición del núcleo terrestre A diferencia de la corteza y el manto, que son ricos en minerales, el núcleo está compuesto casi en su totalidad por metales, específicamente hierro y níquel. Allí también se encuentran los elementos que se disuelven en hierro, llamados siderófilos. Debido a que estos elementos no son comunes en la corteza terrestre, muchos siderófilos han sido clasificados como «metales preciosos». Aquí se incluyen el oro, el platino y el cobalto. Otro elemento clave en el núcleo de la Tierra es el azufre; de hecho, el 90% del azufre en la Tierra se encuentra en su núcleo.

Temperatura del núcleo de la Tierra Aunque sabemos que el núcleo es la parte más caliente de nuestro planeta, resulta muy difícil determinar cuál es su temperatura exacta. Las temperaturas

fluctuantes en el núcleo dependen de la presión, la rotación de la Tierra y la composición variable de los elementos centrales. En general, se dice que las temperaturas del núcleo o centro de la Tierra van desde 4,400 ° Celsius (7,952 ° Fahrenheit) hasta aproximadamente 6,000 ° Celsius (10,800 ° Fahrenheit).

Otras características del núcleo del planeta Tierra Los principales contribuyentes al calor en el núcleo terrestre son la descomposición de los elementos radiactivos, el calor sobrante de la formación planetaria y el calor liberado a medida que el núcleo externo líquido se solidifica en su límite con el núcleo interno. El gradiente geotérmico es de aproximadamente 25 ° Celsius por kilómetro de profundidad (1 ° Fahrenheit por 70 pies), o lo que es igual, la Tierra es 25 grados Celsius más caliente por cada 1 Km de profundidad. El núcleo es una de las capas de la geosfera y a su vez, está formado por dos capas: el núcleo externo, que bordea el manto, y el núcleo interno. El límite que separa estas regiones se llama discontinuidad de Bullen. El punto central de la Tierra está a más de 6.000 km de profundidad, e incluso la parte más externa del núcleo está a casi 3.000 km por debajo de nuestros pies. En perspectiva, el agujero más profundo que hemos creado en la superficie es el Kola Superdeep Borehole en Rusia, y solo desciende 12.3 km.

Capas del núcleo

Núcleo externo El núcleo externo tiene unos 2.200 kilómetros (1.367 millas) de espesor y está compuesto principalmente de hierro líquido y níquel. Su temperatura varía entre 4.500 ° y 5.500 ° C (8.132 ° y 9.932 ° Fahrenheit). El metal líquido del núcleo externo tiene una viscosidad muy baja, lo que significa que es fácilmente deformable y maleable. Aquí tiene lugar una convección violenta, ya que el metal cambiante del núcleo externo crea y sostiene el campo magnético de la Tierra. La parte más caliente del núcleo es la discontinuidad de Bullen, límite que separa al núcleo externo líquido del núcleo interno sólido. Es una región donde las temperaturas alcanzan 6.000 ° Celsius (10.800 ° Fahrenheit), tan caliente como la superficie del sol.

Núcleo interno

El núcleo interno de la Tierra es una bola caliente y densa, compuesta principalmente de hierro. Tiene un radio aproximado de 1,220 kilómetros (758 millas) y su temperatura alcanza los 5,200 ° Celsius (9,392 ° Fahrenheit). La presión en el centro del planeta es de casi 3.6 millones de atmósfera (atm). La temperatura del núcleo interno está muy por encima del punto de fusión del hierro, sin embargo, a diferencia del núcleo externo, el núcleo interno no es líquido; la intensa presión impide que el hierro se derrita. La presión y la densidad son tan altas que simplemente los átomos de hierro no pueden pasar a un estado líquido. Este núcleo está separado del resto de la Tierra gracias al núcleo externo líquido, y como resultado de ello, gira un poco diferente al resto del planeta. Se ha descubierto que gira hacia el este, al igual que la superficie, pero un poco más rápido, haciendo una rotación adicional cada 1.000 años.

Campo magnético terrestre

El campo magnético de la Tierra se crea en el núcleo exterior, donde es aproximadamente 50 veces más fuerte si lo comparamos con la superficie. Podría pensarse que el magnetismo del planeta es causado por la gran bola de hierro sólido que se encuentra en su centro, pero la temperatura es tan alta en el núcleo interno, que en realidad se altera el magnetismo del hierro. Una vez que se

alcanza esta temperatura, llamada punto de Curie, los átomos de una sustancia ya no se pueden alinear con un punto magnético.

¿Qué causa el campo magnético de la Tierra? Las diferencias de temperatura, presión y composición dentro del núcleo externo del planeta causan corrientes de convección en el metal fundido. A medida que la materia fría y densa se hunde, la materia cálida y menos densa se eleva. La rotación de la Tierra también contribuye al arremolinamiento del núcleo líquido. Este flujo de hierro fundido genera corrientes eléctricas, que a su vez producen campos magnéticos. Los metales cargados que pasan a través de esos campos continúan creando sus propias corrientes eléctricas y propician la continuidad del ciclo. A este ciclo autosuficiente se le conoce como geo-dinamo. Aunque generalmente el campo magnético de la Tierra es estable, también experimenta fluctuaciones. Por ejemplo, a medida que el núcleo externo líquido se mueve, puede cambiar la ubicación de los polos magnéticos norte y sur. El Polo Norte magnético se mueve hasta 64 kilómetros (40 millas) cada año. Dichas fluctuaciones en el núcleo pueden hacer que el campo magnético de la Tierra o magnetosfera cambie incluso de forma más dramática. Se sabe que cada 200,000 a 300,000 años el planeta ha sufrido la reversión de polos geomagnéticos. Estos «cambios de polos» no se consideran catastróficos, ya que los científicos no han observado cambios reales en la vida vegetal / animal, en la actividad glacial o las erupciones volcánicas durante las reversiones de polos geomagnéticos previas.

Importancia y función del núcleo terrestre El núcleo de la Tierra y el campo magnético que este genera son esenciales para la vida. Sin el campo magnético, no tendríamos atmósfera. Las temperaturas serían similares a las de la Luna (van desde 123 C en el hemisferio que pasa frente al sol y -153 C en el hemisferio sombreado). El campo magnético también protege al planeta de las partículas cargadas del viento solar. Sin este escudo magnético, el viento solar despojaría a la atmósfera terrestre de su capa de ozono, la cual protege la vida contra la radiación ultravioleta. Gracias al campo magnético, los humanos hemos podido usar las brújulas para orientarnos desde el siglo XII. Así mismo, algunos animales, incluidas las aves y

las tortugas, pueden detectar el campo magnético de la Tierra y usarlo para navegar durante la migración. También es utilizado por los geólogos para determinar las estructuras de rocas subterráneas y buscar yacimientos de petróleo, gas o minerales. El campo magnético de la Tierra tiene tanta importancia que es necesario para que en cualquier planeta, en cualquier sistema estelar, se origine y se sustente la vida. Por tanto, su presencia se toma como un parámetro importante para buscar vida en otros planetas. ONDAS DE CUERPO La teoría de la elasticidad nos dice que son posibles dos tipos de ondas elásticas que viajan a través de la Tierra, y que son conocidas como ondas de cuerpo u ondas internas, las cuales pueden ser compresionales o de cizalla. III.2.1 Ondas P. Las ondas compresionales son las que se transmiten cuando las partículas del medio se desplazan en la dirección de propagación, produciendo compresiones y dilataciones en el medio. Esto es fácil de visualizar si pensamos en un resorte como el mostrado en la http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/34/html/sec_8.htm (2 de 11)06/11/2008 13:51:16 III. ONDAS SÍSMICAS figura 19. Si comprimimos un extremo del resorte (a) y luego lo soltamos, el material comprimido se extiende en la dirección indicada por la flecha pequeña, comprimiendo al material que está junto a él (b). Esa compresión y la dilatación (extensión) correspondiente viajan en la dirección indicada por las flechas gruesas, que es la misma (aunque puede variar el sentido) del desplazamiento de las partículas. Figura 19. Onda compresional propagándose a lo largo de un resorte con velocidad v. C indica compresión y D indica dilatación. El desplazamiento de las partículas del resorte se produce en las direcciones indicadas por d. Ésta es la más veloz de todas las ondas sísmicas (más de 5 km/s en las rocas graníticas cercanas a la superficie, y alcanza más de 11 km/s en el interior de la Tierra) y, por lo tanto, es la primera en llegar a cualquier punto, en ser sentida y en ser registrada en los sismogramas, por lo que se llamó onda Primera o Primaria y de allí el nombre de P (en inglés se asocia también con push que significa empujón o empujar). III.2.2 Ondas S. Las ondas de corte o de cizalla, llamadas ondas S, son aquéllas en las cuales las partículas del medio se desplazan perpendicularmente a la dirección de propagación, por lo que están asociadas con deformaciones del terreno de tipo de cizalla. Podemos visualizarlas si pensamos en las ondas que viajan por una cuerda tensa (Figura 20) y movemos uno de sus extremos perpendicularmente a ella (a). Cada partícula de la cuerda se mueve, hacia arriba o hacia abajo en la dirección indicada por las flechas pequeñas, jalando a sus vecinas; de manera que la onda viaja en la dirección de la cuerda (indicada por la flecha grande) perpendicularmente a la dirección del desplazamiento de cada pedazo de cuerda (b-c). http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/34/html/sec_8.htm (3 de 11)06/11/2008 13:51:16 III. ONDAS SÍSMICAS Figura 20. Onda de cizalla propagándose con velocidad v a lo largo de una cuerda. El desplazamiento de las partículas de la cuerda se da en las direcciones indicadas por d. La onda S es más lenta que la onda P. En una amplia gama de rocas su velocidad, Vs, es aproximadamente igual a la velocidad de la onda P, Vp, dividida entre (esto es conocido como condición de Poisson). Como la onda S es la segunda en llegar se le llamó Secundaria, y de allí su nombre (en inglés se asocia con shake, que significa sacudir). Como los líquidos no pueden soportar esfuerzos cortantes, las ondas S no se propagan a través de ellos. El desplazamiento de las partículas en el terreno durante el paso de la onda puede ser en cualquier dirección perpendícular a la de propagación; pero, a veces, pueden desplazarse en una sola dirección, en cuyo caso se dice que las ondas están polarizadas. La componente vertical de la onda

S se denota a menudo por SV, mientras que la componente horizontal se denota por SH (Figura 21). Figura 21. La onda S y sus componentes SV y SH. Usualmente la onda S tiene mayor amplitud que la onda P, y se siente más fuerte que esta.

Discontinuidad de Gutenberg

Esquema del interior de la Tierra. B: Discontinuidad de Gutenberg; 4: Manto; 5: Núcleo externo.

La discontinuidad de Gutenberg es la división entre manto y núcleo de la Tierra, situada a unos 2900 km de profundidad. Se caracteriza porque las ondas sísmicas S no pueden atravesarla y porque las ondas sísmicas P disminuyen bruscamente de velocidad, de 13 a 8 km/s. Bajo este límite es donde se generan corrientes electromagnéticas que dan origen al campo magnético terrestre, gracias a la acción convectiva del roce entre el núcleo externo, formado por materiales ferromagnéticos y el manto. Lleva el nombre de Beno Gutenberg, sismólogo alemán que la descubrió en 1914.1 En nuestro planeta existen capas así como en una cebolla, estas capas están divididas por límites ya que limitan y diferencian a una de la otra, a estos límites se les llama discontinuidades. Estas fueron descubiertas gracias a la sismología que es una ciencia que estudia los movimientos en la litosfera, ya que los sismos emiten ondas de propagación por las que el movimiento viaja y si hiciéramos una observación sobre el comportamiento que tienen las ondas sísmicas en el interior de la tierra notaríamos que la composición del globo terrestre es heterogénea. Observaríamos que la velocidad de las ondas tienen cambios bruscos al momento de propagarse lo que nos lleva a poder confirmar que nuestro planeta está constituido por materiales de diferente composición y diferente naturaleza. De la misma manera cada capa de la Tierra tiene una composición y características distintas, y la presión y temperatura va variando en cada una de ellas. De esto podemos deducir fácilmente que una discontinuidad puede ser el punto donde todas estas características o condiciones cambian para convertirse en la siguiente capa terrestre.

Las discontinuidades que conocemos en el planeta son: 1. Discontinuidad de Mohorovicic 2. Discontinuidad de Repetti 3. Discontinuidad de Gutenberg 4. Discontinuidad de Lehmann

A continuación se explicará cuáles son las características principalesde cada discontinuidad, y el estado en el que se encuentran.

Capas de la Tierra

Este diagrama indica dónde se encuentra cada discontinuidad y unas breves características de cada una Discontinuidad de Mohorovicic Esta discontinuidad representa la separación de la corteza terrestre del manto. La corteza terrestre está constituida de rocas máficas (silicatos de hierro (Fe) y magnesio (Mg) ) en la corteza oceánica mientras que en la continental las rocas son félsicas (silicatos de sodio (Na), potasio (K) y aluminio (Al) ) que son más ligeras.

Vanamente llamada Moho. Tiene una profundidad media de 35 [km], en zona continental alcanza profundidades que van de 70 a 90 [km]; mientras que en zona oceánica, va de los 5 a los 10 [km] de profundidad. Separa a los materiales menos densos de la corteza de los materiales densos del manto. Las ondas sísmicas S y P, aumentan su velocidad abruptamente al atravesarla. Esta discontinuidad fue estudiada por Andrija Mohorovicic.

Discontinuidad de Repetti Esta se localiza, entre el manto inferior y el manto superior. Los elementos que se localizan en esa capa son el magnesio (Mg) y el hierro (Fe). Tiene una profundidad aproximada de 670 [km]. En esta zona las ondas sísmicas se desaceleran.

Discontinuidad de Gutenberg Se encuentra entre el núcleo externo y el manto y en estado viscoso. El manto terrestre está compuesto principalmente por rocas silíceas ricas en hierro (Fe) y magnesio (Mg), esta concentración de elementos en las rocas está más concentrada que en las de la corteza. La evidencia de que la Tierra tiene un núcleo interno se descubrió en 1907 por el geólogo Richard Dixon Oldham. Él dijo que a distancias alejadas aproximadamente 100° del epicentro de un terremoto muy fuerte había observado que las ondas S y P se presentaban de una forma muy débil o simplemente eran nulas, dicho de otra forma se descubrió que había una zona de sombra para esas ondas en el núcleo de la Tierra. Posteriormente, en 1914 Beno Gutenberg estudia a fondo esta discontinuidad y descubre que se encuentra a una distancia de 2900 km al límite del núcleo. Bajo este límite también se generan corrientes electromagnéticas que a su vez dan origen al campo magnético que existe en nuestro planeta. Tiene cerca de 200 km de grosor y está a 5300° C, su presión es de 2 millones de atmósferas aproximadamente.

Discontinuidad de Lehman Se encuentra entre el núcleo interno y el núcleo externo, está en estado líquido. La composición química del núcleo es principalmente de hierro (Fe) en un 80%, le sigue el níquel (Ni) y otros elementos pero en menor porcentaje como el plomo (Pb) o el Uranio (U). Fue descubierta en el año de 1939 por la sismóloga Inge Lehman, todo esto surge porque no se sabía con certeza si el núcleo interno era sólido o no, entonces ella utiliza trigonometría para determinar que algunas de las ondas P eran fuertemente refractadas por un aumento repentino de sus velocidades sísmicas en el límite del núcleo interno con el núcleo externo, esto es lo contrario a lo que pasa cuando se produce la zona de sombra en las ondas P, si estas se refractan hacia la superficie logran un núcleo interno bien definido. Se produce a una profundidad de aproximadamente 5155 km, el cambio de las velocidades en este punto revela el cambio de estado entre los materiales de las capas (Líquido a Sólido).

Detección de discontinuidades con ondas superficiales

ONDAS DE CUERPO La teoría de la elasticidad nos dice que son posibles dos tipos de ondas elásticas que viajan a través de la Tierra, y que son conocidas como ondas de cuerpo u ondas internas, las cuales pueden ser compresionales o de cizalla. III.2.1 Ondas P. Las ondas compresionales son las que se transmiten cuando las partículas del medio se desplazan en la dirección de propagación, produciendo compresiones y dilataciones en el medio. Esto es fácil de visualizar si pensamos en un resorte como el mostrado en la http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/34/html/sec_8.htm (2 de 11)06/11/2008 13:51:16 III. ONDAS SÍSMICAS figura 19. Si comprimimos un extremo del resorte (a) y luego lo soltamos, el material comprimido se extiende en la dirección indicada por la flecha pequeña, comprimiendo al material que está junto a él (b). Esa compresión y la dilatación (extensión) correspondiente viajan en la dirección indicada por las flechas gruesas, que es la misma (aunque puede variar el sentido) del desplazamiento de las partículas. Figura 19. Onda compresional propagándose a lo largo de un resorte con velocidad v. C indica compresión y D indica dilatación. El desplazamiento de las partículas del resorte se produce en las direcciones indicadas por d. Ésta es la más veloz de todas las ondas sísmicas (más de 5 km/s en las rocas graníticas cercanas a la superficie, y alcanza más de 11 km/s en el interior de la Tierra) y, por lo tanto, es la primera en llegar a cualquier punto, en ser sentida y en ser registrada en los sismogramas, por lo que se llamó onda Primera o Primaria y de allí el nombre de P (en inglés se asocia también con push que significa empujón o empujar). III.2.2 Ondas S. Las ondas de corte o de cizalla, llamadas ondas S, son aquéllas en las cuales las partículas del medio se desplazan perpendicularmente a la dirección de propagación, por lo que están asociadas con deformaciones del terreno de tipo de cizalla. Podemos visualizarlas si pensamos en las ondas que viajan por una cuerda tensa (Figura 20) y movemos uno de sus extremos perpendicularmente a ella (a). Cada partícula de la cuerda se mueve, hacia arriba o hacia abajo en la dirección indicada por las flechas pequeñas, jalando a sus vecinas; de manera que la onda viaja en la dirección de la cuerda (indicada por la flecha grande) perpendicularmente a la dirección del desplazamiento de cada pedazo de cuerda (b-c). http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/3...