2.2. Metodos de estudio indirectos

He recibido la llamada de un vecino. Parece ser que ha observado cómo caía del cielo un objeto cerca de su casa. Me indica que el objeto emitía un silbido similar al de un cohete. El hombre asustado, pensaba que tal vez era un pequeño misil que había sido lanzado por un avión militar. Nos acercamos al lugar donde había caido el objeto y observamos que no hay nada extraño salvo un pequeño agujero y unas piedrecitas metálicas parecidas a la escoria de fundición.

Al día siguiente, en la prensa aparece una noticia sobre la caída de "bolas de fuego" en varios puntos de la Península. Intento relacionar este hecho y llego a la conclusión de que se trata de una parte del meteorito de la noticia.

Imagen 5. Fuente El Mundo bajo licencia Creative Commons.
Tras leer la noticia me dedico a buscar información sobre meteoritos y encuentro que el responsable de los fenómenos es un siderito, un tipo de meteorito rico en hierro, cuyo estudio y análisis proporciona información sobre el interior terrestre.
El estudio de los meteoritos es uno de los métodos de estudio indirectos del interior terrestre. Los sideritos, como el de la noticia, son meteoritos que se originaron de la misma forma que la Tierra; por lo tanto, su composición deben ser semejante. Están compuestos por una aleación de hierro y níquel. Por tanto, la composición del núcleo terrestre debe ser muy similar a esta. Existen otros meteoritos que presentan una elevada cantidad de silicatos (olivino y piroxeno), lo que ha hecho suponer que la composición del manto terrestre sea similar a la de estos cuerpos.
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Un método indirecto es aquel que necesita de la medición y toma de datos para deducir el objeto de estudio.

Existen diferentes técnicas y métodos que facilitan información para estudiar el subsuelo. Muchas de ellas se basan en el estudio de las propiedades físicas de las rocas o en los efectos ocasionados por la variación de estas propiedades. Todos estos métodos son utilizados por la geofísica para conocer cómo es el interior de la Tierra. Entre los métodos más importantes están:
  • Análisis de la densidad terrestre.
  • Método gravimétrico.
  • Método geotérmico.
  • Método magnético.
  • Método sísmico.
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Los métodos geofísicos informan de la estructura interna del planeta y de las propiedades fisicoquímicas de las rocas que lo componen.

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Emil Wiechert, uno de los geólogos más importantes de todos los tiempos, calculó la densidad terrestre y comprobó que su valor era el doble del que tienen las rocas superficiales.
Vamos a calcular la densidad ideal de la Tierra, suponiendo que es una esfera perfecta de radio 6371 Km. ¿Te atreves a hacerlo?. Antes de presionar sobre la solución, intenta hacerlo en un papel y compara tus resultados con los de la solución.

Análisis de la densidad terrestre

 

El estudio de la densidad es un método indirecto clásico que nos descubre que la Tierra no es homogénea, pues el valor teórico (5'52g/cm3) está muy separado de los encontrados en las rocas de la superficie (2'7 g/cm3). Esta diferencia indica que los materiales superficiales son menos densos que los que se encuentran en el interior terrestre.

Wiechert relacionó este hecho con la información aportada del estudio de los meteoritos. Sabiendo que entre los elementos más comunes del Universo, el de mayor densidad es el hierro, supuso que el núcleo debería estar formado por este metal.

Pregunta de Selección Múltiple
Fíjate en la siguiente gráfica que muestra la relación entre la densidad de los materiales terrestres y la profundidad. Señala las opciones correctas.
Imagen 6. Fuente Javier López bajo licencia Creative Commons.

 

La densidad de los materiales disminuye con la profundidad.
Los materiales más densos se localizan a partir de los 2900 km.
El núcleo se localiza a partir de los 5100 km de profundidad.
La corteza tiene una profundidad aproximada de 120 km.



Icono de IDevice de pregunta Pregunta de Elección Múltiple
1. ¿Por qué se pensó que el núcleo de la tierra es muy denso?
  
Por el cálculo teórico a partir de la ley de gravitación universal.
Por las muestras de rocas obtenidas en los sondeos.
Por el valor de la densidad media y el de densidad de la corteza.
Por el estudio de las densidades de otros planetas similares en composición a la tierra.

El método gravimétrico

Se basa en el estudio de la variación de la aceleración de la gravedad (g) en diferentes zonas del planeta. Se toman datos con gravímetros como el de la imagen 7 y se comparan con el valor teórico referido en la Ley de la Gravitación Universal de Newton (g = 9'8 m/s2). Si el valor de la gravedad en la superficie terrestre es constante, la Tierra es una esfera homogénea.

Imagen 7. Fuente Javier López bajo licencia Creative Commons.
Los resultados dicen lo contrario. Se han medido variaciones de este valor que se denominan anomalías gravimétricas o gravitatorias. Están relacionadas con la variación de la densidad de las rocas, las diferencias de altitud y de latitud, etc. Son de dos tipos:
  • Anomalía positiva. Es aquella en la que el valor medido es mayor que el teórico. Puede indicar la existencia de una capa densa de mineral que ejerce mayor atracción al presentar más masa.
  • Anomalía negativa. Es aquella en la que el valor medido es menor que el esperado. Indicaría la presencia de rocas poco densas. Los geólogos Everest y Pratt demostraron, con medidas realizadas sobre el Himalaya, que las montañas presentaban anomalías gravitatorias negativas, que indica que existe un defecto de masa en las montañas.
Tras este descubrimiento Dutton formuló el principio de la isostasia. El principio presupone que los excesos y defectos de masa se compensan hacia el interior de tal forma que los materiales más ligeros como las montañas se comportan como los icebergs. Es decir, en la superficie del planeta hay una capa fluida que ejerce un empuje sobre las montañas que flotan sobre ella. La teoría de la isostasia propone que la Tierra consta de dos capas a nivel de la superficie diferenciadas por su densidad. Ambas capas constituyen lo que hoy en día llamamos litosfera.
Pregunta de Selección Múltiple
1. Señala todos los métodos de estudio indirectos que aparecen en la siguiente relación:
Análisis de las inclusiones magmáticas
Análisis de las variaciones del gradiente geotérmico
Análisis de la sismicidad
Análisis de las variaciones de densidad.
Análisis de la composición de las rocas de la corteza



Pregunta Verdadero-Falso


1. La gravedad terrestre es igual en todos los lugares de la superficie del planeta debido a la homogeneidad de su superficie.

Verdadero Falso


2. El estudio de la densidad no determina qué materiales son los que existen en el interior de la Tierra, pero informa de que no son los que se encuentran en la superficie.

Verdadero Falso
Análisis geotérmico

La Tierra emite calor desde su interior originando un flujo geotérmico, responsable de la generación de magmas y de la existencia de volcanismo en la superficie. Las fuentes de este calor son:

  • El calor residual del proceso de formación del planeta.
  • La fricción entre las capas de diferente naturaleza que se desplazan unas respecto a otras como consecuencia de la rotación terrestre.
  • Los cambios de estado asociados a la diferenciación de los materiales del interior, como ocurre con la formación del núcleo sólido a partir de material fundido.
  • La desintegración de elementos radiactivos del interior, que liberan y transmiten energía de tal forma que calientan los materiales de los que forman parte.
  • Las reacciones químicas exotérmicas.

Como sabemos por los sondeos, el gradiente geotérmico aumenta en una valor de 3°C por cada 100 m que profundizamos. Si este valor se mantiene constante indicaría que la temperatura a 1000 Km. sería de 30000°C., por lo que las rocas del manto y el núcleo estarían fundidas. Por la información que facilita el método sísmico sabemos que esto no es así; por lo que la temperatura media en estas zonas debe ser compatible con el estado físico en el que se encuentran los materiales.

Actualmente se propone que el incremento de la temperatura en el manto es de 0'5°C por Km y que la temperatura en el límite del manto y el núcleo sea de 3800°C incrementándose hasta cerca de los 5000°C en el interior del núcleo, tal y como se muestra en la imagen inferior.

Imagen 8. Fuente Javier López bajo licencia Creative Commons

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El gradiente geotérmico no aumenta de forma constante con la profundidad.

Icono de IDevice de pregunta Pregunta de Elección Múltiple
1. La información que proporciona el gradiente geotérmico nos indica ...
  
que los materiales del interior aumentan la temperatura inicialmente a razon de 3ºC por cada 100 m que profundizamos.
que los materiales del interior aumentan su temperatura 1ºC por cada 100 m que profundizamos.
que el gradiente geotérmico crece de forma lineal hasta llegar al núcleo debido al incremento de la presión.
que a partir de los 600 km de profundidad todos los materiales están fundidos.

Método magnético

La Tierra posee un campo magnético que sólo se puede explicar si existe un núcleo metálico externo fundido en movimiento alrededor de un núcleo interno metálico sólido, que funcionarían como una enorme dinamo (geodinamo). El campo magnético funciona gracias al movimiento de la masa fluida metálica provocada por la rotación terrestre y las corrientes convectivas generadas por el calor interno. Existen dos polos magnéticos que no coinciden con los polos geográficos. El magnetismo se puede medir mediante magnetógrafos y ha sido un método fundamental para explicar la tectónica de placas.

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El Instituto Geográfico Nacional proporciona en su pagina web información sobre geodesia, geomagnetismo y gravimetría, además de información sobre sismología. Pincha sobre la imagen para acceder a esta página.
Imagen 9. Fuente IGN bajo licencia Creative Commons.

Pregunta de Selección Múltiple
Tras investigar y leer varios artículos científicos y de prensa, tengo más claro que el hipotético viaje al centro de la Tierra de Julio Verne no es posible y que habría fracasado incluso si hubiera llegado al límite inferior de la corteza terrestre. Mis investigaciones y aprendizajes sobre los métodos no sísmicos me han permitido aprender una serie de hechos que resumo a continuación:
Hacia el interior terrestre aumenta la densidad.
Según profundizamos en el interior la temperatura aumenta siguiendo un gradiente geotérmico no constante y no superior a 6000 ºC.
El núcleo del planeta está formado por una aleación de hierro y níquel, de la que una parte está fundida y en movimiento alrededor de otra sólida, lo que genera un campo magnético.
No nos permiten diferenciar capas de una manera precisa.