Estructura y Composición de la Tierra

1. Los Métodos de Estudio

De acuerdo con las evidencias proporcionadas por los distintos métodos de investigación de que disponen los científicos, el interior de la Tierra estaría dividido en distintas capas concéntricas. Pero, ¿cuáles son los métodos que permiten a los científicos saber qué hay y qué sucede a profundidades de centenares y miles de kilómetros, si el pozo más profundo que se ha logrado perforar apenas ronda los 12 km?

Hay varios métodos de investigación que permiten estudiar la composición y estructura del interior de la Tierra. Estos son:

A. Los Meteoritos

Los meteoritos son cuerpos sólidos de naturaleza metálica o pétrea que se mueven a gran velocidad por el espacio. Si penetran en la atmósfera, se calientan como consecuencia del rozamiento con ella y se ponen incandescentes, dando origen a las “estrellas fugaces”. Normalmente se consumen al penetrar en la atmósfera, pero si son suficientemente grandes, pueden alcanzar la superficie terrestre. Aparecen pulidos como consecuencia del rozamiento antes indicado.

Los meteoritos se han considerado como fuente indirecta de la composición del interior de la Tierra, ya que se suponía que son fragmentos de un planeta que pudo formarse entre Marte y Júpiter y cuyos fragmentos, los asteroides, constituyen la materia prima de los meteoritos. Hoy se piensa que son restos de la materia que formó el sistema solar. En consecuencia, se busca en ellos analogías con la Tierra. Su análisis químico indica que no contienen elementos químicos que no estén presentes en la Tierra, aunque entre sus minerales existen algunos desconocidos aquí. Los más frecuentes son: hierro, diamantes, grafito, magnetita y cuarzo.

B. Las Ondas Sísmicas

Las ondas sísmicas se originan por causas variadas, como el paso de un tren o un vibrador utilizado en la construcción, pero solo aquellas generadas por grandes terremotos, explosiones volcánicas, impactos de asteroides y explosiones nucleares pueden atravesar completamente la Tierra. Estas ondas son de dos tipos:

  1. Superficiales: Causantes de la mayor parte de los daños de los seísmos.
  2. Interiores: Las más útiles para el estudio del interior de la Tierra y, por ello, las que estudiamos a continuación.

Un terremoto genera dos tipos de ondas sísmicas: las ondas P y las ondas S.

Las ondas P u ondas primarias son las más rápidas y pueden atravesar cuerpos sólidos, líquidos o gaseosos. Estas ondas son compresionales, similares a las ondas sonoras, en las que el material se mueve hacia dentro y hacia fuera a lo largo de la línea en la dirección en que se transmite la onda. Por ello, los materiales que atraviesa una onda P se expanden y comprimen cuando pasa la onda, recuperando su tamaño y forma iniciales cuando la onda ha pasado.

Las ondas S u ondas secundarias son generalmente más lentas que las ondas primarias y solo pueden atravesar sólidos. Las ondas S son ondas transversales porque mueven la materia perpendicularmente a la dirección de propagación, deformando transversalmente el material a través del cual se propagan. Como los líquidos y gases no son rígidos, no pueden deformarse transversalmente y las ondas S no los atraviesan.

Las velocidades de las ondas P y S dependen de la densidad y elasticidad de los materiales que atraviesan. Así, las ondas sísmicas atraviesan más lentamente rocas de una gran densidad, pero más rápidamente rocas de una gran elasticidad. La elasticidad es una propiedad de los sólidos, como las rocas, que significa que una vez que se han deformado por una fuerza aplicada, recobran su forma inicial cuando esta desaparece.

Como la onda P es más rápida que la onda S en todos los materiales, siempre llega primero a las estaciones sísmicas. Las ondas sísmicas se mueven hacia el exterior como frentes de onda desde su zona de origen, aunque es mejor, en nuestro caso, utilizar el rayo sísmico, que son las líneas que muestran la dirección de movimiento de los frentes de onda.

El comportamiento y los tiempos que tardan las ondas en sus recorridos por el interior de la Tierra aportan a los científicos mucha información sobre su estructura interna. La velocidad de las ondas P y S depende de la densidad y elasticidad de los materiales que atraviesan, y ambas propiedades (densidad y elasticidad) aumentan con la profundidad, aunque la elasticidad aumenta más rápidamente que la densidad, resultando globalmente un aumento de la velocidad de las ondas sísmicas con la profundidad.

Si el interior de la Tierra fuera homogéneo, los rayos sísmicos de las ondas P y S se moverían según trayectorias rectilíneas. Pero cuando un rayo sísmico pasa de un material a otro de diferente densidad o elasticidad, su velocidad y dirección cambian. Por ello, los rayos sísmicos cambian de dirección, en un fenómeno denominado refracción. Como las ondas van pasando a través de materiales de diferente densidad y elasticidad, están continuamente refractándose, por lo que sus trayectorias son curvas.

Además de la refracción, los rayos sísmicos pueden sufrir reflexión, de manera similar a como la luz se refleja en un espejo. Los rayos sísmicos que encuentran una discontinuidad que separa materiales de diferente elasticidad o densidad en el interior de la Tierra se refractan cuando pasan por la interfase, y alguna de su energía se refleja hacia la superficie de la Tierra. Si conocemos la velocidad de la onda y el tiempo requerido para trasladarse desde su fuente hasta la interfase y de esta a la superficie, podemos calcular la profundidad de la interfase. Esta información se utiliza para calcular la profundidad de las capas del interior de la Tierra.