II. LA TIERRA
ALGUNOS DATOS SOBRE SU ESTRUCTURA Y EVOLUCION
LAS ROCAS que constituyen nuestro planeta est�n dispuestas desde
el centro del globo hasta la superficie, de mayor a menor densidad. Esto es
algo que se ha inferido a partir de las leyes de la f�sica, de la composici�n
de los meteoritos y del estudio de las ondas que producen los sismos, mismas
que se propagan a trav�s de la Tierra y cuyo estudio ha permitido a los geof�sicos
determinar a qu� a profundidades m�s o menos constantes sufren cambios bruscos
en su velocidad, lo que se relaciona con zonas donde se producen tambi�n bruscas
transformaciones en la composici�n de las rocas, en su densidad y temperatura.
As�, se han definido dos capas gigantescas, el manto y el n�cleo
y cada una ellas subdividida en dos (Figura 1). Por encima del manto se
encuentra la capa superior; comparativamente muy delgada, la corteza terrestre.
Figura 1. Estructura interna de la Tierra.
En la medida en que se desciende al interior de la Tierra, la temperatura aumenta en un promedio de 3�C por cada 100 metros, hecho que fue observado desde el siglo pasado en minas profundas. Pero este incremento gradual, conocido como gradiente geot�rmico, no se mantiene en esa proporci�n, sino que, a unos cuantos kil�metros, debe descender; de lo contrario, en la porci�n profunda del n�cleo las temperaturas ser�an extraordinarias, del orden de 150 000�C. Actualmente se considera que deben de ser de un m�ximo de 6 000�C. El valor del gradiente geot�rmico es muy variable: en algunas zonas volc�nicas alcanza 90�C/km, mientras que en otras es de 6�C/km. El calor interno que llega a la superficie terrestre se atribuye fundamentalmente a los elementos radiactivos —todav�a abundantes en la constituci�n de nuestro planeta— y se mide por la cantidad del mismo que atraviesa una superficie en un tiempo determinado: es el flujo t�rmico o flujo calor�fico y se expresa en calor�as por cent�metro cuadrado por segundo.
Los sismos producen dos tipos principales de ondas que se propagan en el interior de la Tierra de distinta manera. Son conocidas por los m�ltiples registros que se han hecho en las estaciones sismol�gicas en distintos puntos del mundo. Las ondas p (primarias) m�s r�pidas, se difunden en un ambiente s�lido, l�quido o gaseoso; las ondas s (secundarias), s�lo aparecen en los s�lidos.
La corteza terrestre es la capa superior. Tiene un grosor variable que alcanza
un m�ximo de 75 km bajo la cordillera del Himalaya y se reduce a menos de 7
km en la mayor parte de las zonas profundas de los oc�anos. En uno y otro caso
la corteza es distinta, lo que permite diferenciarla entre continental y oce�nica
(Figura 2).
Figura 2. Estructura de la corteza terrestre.
La estructura de la corteza continental es la siguiente:
1) Su capa superficial es un conjunto de rocas sedimentarias, con un grosor m�ximo de 20-25 km, que se forma esencialmente en el fondo del mar por la acumulaci�n de sedimentos (fragmentos rocosos cuyo tama�o va de fracci�n de mil�metro a metros) en distintas etapas de la historia geol�gica. La edad m�s antigua de estas rocas es de hasta 3 800 millones de a�os (m.a.) y hay porciones de la corteza donde dichas rocas no existen, o son capas muy delgadas.
2) Por debajo de la capa de rocas sedimentarias existen (en muchas regiones a partir de la superficie) rocas del tipo del granito, formadas por enfriamiento de magma y constituidas esencialmente por cuarzo y feldespatos (minerales en los que predominan los silicatos de aluminio y potasio, con otros elementos asociados, principalmente sodio y calcio). Se calcula que, bajo los sistemas monta�osos, el grosor de esta capa es de m�s de 30 km.
3) La tercera capa rocosa, que subyace a la anterior, se ha inferido como semejante a los basaltos, rocas magm�ticas con menor cantidad de s�lice que los granitos y que debe tener un grosor general de 15-20 km, con incrementos de hasta 40 km.
A diferencia de la corteza continental, la oce�nica es geol�gicamente joven en su totalidad, con una edad m�xima determinada hasta ahora de 180 m.a.
La palabra continente se refiere a bloques gigantescos constituidos esencialmente por rocas del tipo del granito que se extienden bajo las aguas de los oc�anos hasta profundidades que var�an de los 2 500 a los 4 000 m. La regi�n que emerge por encima del nivel del mar es la tierra firme.
La arquitectura de la corteza es distinta bajo las zonas profundas de los oc�anos, con un grosor de 5 a 8 km y densidad de 3-3.1. Aqu� tambi�n encontramos tres capas principales de rocas:
1) Sedimentaria, formada por las acumulaciones constantes de fragmentos de roca y organismos en los oc�anos. El grosor es muy variable, con m�ximos de 10-15 km en algunas regiones, hasta menos de 500 m en otras.
2) Subyace una capa de rocas del tipo del basalto de 1.5 a 2 km de grosor, mezclada con sedimentos y con rocas de la capa inferior.
3) La tercera capa est� constituida por rocas del tipo del gabro (semejante al basalto en composici�n, pero de origen profundo) y se calcula que es de unos 5 kil�metros de grosor ( Figura 2).
Parece que la corteza oce�nica se debe al enfriamiento de magma proveniente del manto superior.
El limite inferior de la corteza terrestre se ha establecido por las ondas s�smicas que cambian de una velocidad de 7.6 a 8 km/seg., valores promedio. Es un fen�meno de car�cter global: se reconoce m�s o menos a la misma profundidad en toda la Tierra, en una zona de 3-4 km en sentido vertical conocida como discontinuidad de Mohorovicic (Moho, para muchos autores). A partir de �sta contin�a el manto, una capa de 2 900 km de grosor, constituida por rocas m�s densas, donde predominan las peridotitas, rocas de silicatos de hierro y magnesio.
Entre los 100 y 1 000 km de profundidad se produce una aceleraci�n de las ondas s�smicas en varias zonas, pero en especial a 650-670 km de profundidad, lo que ha permitido definir un l�mite entre el manto superior y el inferior. Se infiere como un cambio de la estructura, de un medio pl�stico a otro r�gido, donde es posible que se conserve la composici�n qu�mica en general.
La velocidad de las ondas p disminuye bruscamente a 2 900 km de profundidad de 13 a 8 km/seg. y las ondas s dejan de propagarse. El paso del manto al n�cleo externo, de un medio s�lido a otro l�quido, es la discontinuidad de Gutenberg.
La corteza continental creci� por una diferenciaci�n qu�mica del manto superior; que se inici� tal vez hace unos 3 800 m.a. Algunos autores, como S. Moorbath, suponen que toda la corteza continental, exceptuando la capa sedimentaria, tiene su origen en la diferenciaci�n de la materia proveniente del manto.
En la base del manto superior la densidad es de unos 5.5. En la porci�n superior del manto es donde se producen las corrientes de convecci�n: grandes masas de materia fundida, que provienen de zonas de temperatura m�s altas, semejante al agua que hierve en una olla, desplaz�ndose de la porci�n m�s caliente a la m�s fr�a. �sta es la actividad principal del manto superior; en la que influye el calor proveniente del n�cleo. Las corrientes de convecci�n son el motor que mueve las placas litosf�ricas.
El n�cleo es una gigantesca esfera met�lica que tiene un radio de 3 485 km, semejante por su tama�o al planeta Marte. La densidad var�a, de cerca de 9 en el borde exterior a 12 en la parte interna. Se ha inferido que su constituci�n es de hierro y n�quel, con agregados principalmente de cobre, ox�geno y azufre.
El n�cleo externo es l�quido, con un radio de 2 300 km. La diferencia con el n�cleo interno se manifiesta por un aumento brusco en la velocidad de las ondas p a una profundidad entre 5 000 y 5 200 km, lo que ha permitido definir el l�mite entre ambos n�cleos.
El n�cleo interno tiene un radio de 1 220 km. Se considera que es s�lido y sus temperaturas son del orden de 4 000 a 5 000� C. Es posible que el n�cleo interno sea resultado de la cristalizaci�n de lo que fue una masa l�quida de mayor magnitud y que contin�e este proceso de crecimiento.
Se supone tambi�n que la energ�a calor�fica influye en el manto, en particular en las corrientes de convecci�n. Este concepto, todav�a novedoso, tratado por algunos cient�ficos como R. Jeanloz, hace del n�cleo una pieza activa de la din�mica terrestre. Actualmente se considera que el n�cleo interno posee un movimiento de rotaci�n y es posible que se encuentre en crecimiento a costa del externo que se reduce.
Muchos especialistas calculan que hace 4 000 m.a. la Tierra ya pose�a un campo magn�tico, es decir; un n�cleo met�lico definido, lo que represent� una nueva etapa de desarrollo del planeta; fue la frontera entre el proceso de consolidaci�n y el enfriamiento de su superficie.
Las capas del interior de la Tierra han dejado de ser cuerpos aislados entre s� para convertirse en partes de un sistema, que como en la maquinaria de un reloj de poleas —de los antiguos— act�an en interdependencia.
Litosfera, astenosfera y mesosfera
La clasificaci�n en corteza, manto y n�cleo obedece a cambios de la composici�n qu�mica asociados con otros de temperatura, presi�n y densidad. Actualmente se utiliza, adem�s, una clasificaci�n basada en la actividad o din�mica interna, donde se reconocen la litosfera, la astenosfera y la mesosfera, a las que se agregan n�cleo exterior e interior.
La litosfera comprende toda la corteza terrestre, m�s la porci�n superior del manto. Es, en s�, una capa r�gida que tiene movimiento sobre otra pl�stica (astenosfera). El grosor es variable, de 50-150 km bajo los oc�anos y, hasta 300-400 km bajo los continentes. Est� fragmentada en grandes bloques o placas litosf�ricas.
La astenosfera fue definida de manera preliminar por B. Gutenberg en 1926; con mayor precisi�n, lo fue hasta fines de la d�cada de los a�os cincuenta. Su borde superior se encuentra a una profundidad de 50-400 km bajo la superficie, aunque no se conoce su extensi�n total. Las ondas s�smicas disminuyen su velocidad, en especial las s, al pasar a un medio de menor densidad. Esta capa se destruye de manera constante, ya que al enfriarse se agrega a la base de la litosfera.
La porci�n del manto que se encuentra bajo la astenosfera es la mesosfera (manto inferior).
Surge el problema de por qu� existen los bloques elevados, que son los continentes, y las depresiones oce�nicas. �Qu� fue primero, la corteza continental o la oce�nica? �Cu�ndo surgieron? Estas y otras interrogantes no tienen a�n una respuesta definitiva.
Una teor�a considera que la corteza gran�tica existe desde que la Tierra se enfri� hace 4 000 m.a. El granito es de menor densidad que el basalto, por lo que se encuentra en la porci�n superior. Los elementos m�s pesados deben constituir el n�cleo y los m�s ligeros se encuentran en las capas de la atm�sfera. Todo esto es muy l�gico, pero actualmente predomina otro punto de vista: la corteza gran�tica no exist�a al inicio de la vida de nuestro planeta.
La Tierra, al igual que el resto de los planetas del sistema solar, surgi� de una nebulosa solar. Hace 4 600 m.a. debe de haber tenido un tama�o semejante al actual, y se form� por condensaci�n de la materia de la nebulosa, as� como por fragmentos de otros cuerpos planetarios que se agregaron. Fue una etapa de crecimiento (acreci�n) y aumento de la temperatura por efecto, principalmente,de los elementos radiactivos que entonces eran m�s abundantes; asimismo, se produc�a una contracci�n del planeta y los impactos de meteoritos eran frecuentes. Ambos fen�menos contribu�an al calentamiento.
El estudio de los planetas del sistema solar ha sido fundamental para entender c�mo era la superficie original de la Tierra. Es de aceptaci�n general que los planetas se formaron en una misma �poca y, aunque est�n constituidos por los mismos elementos qu�micos, la proporci�n en la estructura de cada uno debe de ser distinta. Hay otros factores que los distinguen: su masa y la distancia del Sol. En funci�n de estos par�metros, la evoluci�n de cada planeta ha sido diferente en los �ltimos 4 000 millones de a�os.
Se considera que hace 4 000 m.a., la Tierra pose�a condiciones semejantes a las de la Luna en la actualidad: no iguales. Un intenso bombardeo meteor�tico provocaba la formaci�n de cr�teres en la superficie y, en muchos casos, se acompa�aba por ascensos de magma que se derramaban rellenando las depresiones. De esta forma se origin� una corteza bas�ltica, semejante a la que subyace a los oc�anos en sus regiones profundas.
Todav�a son pocos los elementos con que se cuenta para apoyar estas teor�as, que se basan en el estado actual de la f�sica y la qu�mica y en lo poco que se conoce de otros planetas.
La teor�a de Laplace, del siglo XVIII, se apoy� en las leyes de Newton. Hoy d�a la ciencia es distinta; las teor�as se perfeccionan o son sustituidas por otras. Contin�an en evoluci�n y no han llegado a explicar, en su totalidad, los fen�menos del universo: de la materia y su movimiento, desde las dimensiones c�smicas hasta las infinitamente peque�as.
En la reconstrucci�n de la historia de la Tierra sucede lo mismo que en la historia de la humanidad: mientras m�s nos remontamos en el tiempo, tenemos menos elementos para explicar el pasado. Los archivos —rocas en un caso, restos de culturas antiguas en otro— se reducen considerablemente.
Las rocas que se formaron en la etapa m�s temprana de la vida de la Tierra, en su corteza original, fueron destruidas, transformadas o cubiertas a lo largo del tiempo geol�gico. Cuando se realicen an�lisis de las rocas de Marte y Venus tendremos una informaci�n m�s completa. En la investigaci�n es importante la comparaci�n del objeto en estudio con otro semejante. En la medida en que conozcamos mejor el relieve de los planetas, sabremos m�s del de la Tierra.
LA EVOLUCI�N DE LOS CONTINENTES
Para algunas rocas se han determinado edades de hasta 3 800 m.a., mismas que se formaron en un medio acu�tico, lo cual permite suponer que entre 3 800 y 4 000 m.a. antes se origin� la atm�sfera. Puede ser que �sta haya existido desde que se constituy� la superficie s�lida de la Tierra, por la concentraci�n de los elementos m�s ligeros durante el proceso de enfriamiento, es la opini�n de algunos especialistas; otros atribuyen una gran importancia al vulcanismo de la etapa inicial de desarrollo. Las erupciones volc�nicas son ricas en gases, cuya acumulaci�n gradual pudo formar la atm�sfera, con una proporci�n de elementos qu�micos muy distinta de la actual. Al alcanzar determinada composici�n surgi� el agua, que al precipitarse y escurrir fue rellenando las depresiones del relieve. Pudo haber sido el inicio de la formaci�n de los actuales oc�anos.
El agua en contacto con las rocas provoca reacciones qu�micas que van destruyendo lentamente los minerales que las constituyen. Una masa s�lida y compacta se convierte en una sustancia deleznable de granos peque�os. La acci�n mec�nica del fluido transporta los fragmentos de roca (sedimentos) hasta los oc�anos y al depositarlos origina otras rocas, las sedimentarias. Este proceso, de muchos millones de a�os, represent� una nueva etapa en la evoluci�n de la Tierra y, muy en especial, en su relieve.
Algunos investigadores suponen que desde hace 3 500 m.a. se produjeron fracturas profundas que desmembraron la corteza en grandes bloques, lo que pudo haber sido el inicio del movimiento de placas litosf�ricas.
Los restos de organismos m�s antiguos que se conocen tienen edades de hasta 3 400 m.a. La vida surgi� en sus formas elementales en un medio acu�tico y evolucion� a lo largo de miles de millones de a�os, hasta las formas actuales, incluyendo al hombre; las transformaciones son tan complejas como las que ha sufrido el relieve terrestre.
Hace 2 500 m.a. no exist�an grandes masas continentales, sino menores, y se elevaban sobre el oc�ano; pero fue a partir de esa �poca cuando creci� la corteza continental, lo que en apariencia fue una manifestaci�n de p�rdida de calor del manto. Las transformaciones se dieron en la atm�sfera y en la vida cuando dominaban algas, hongos y bacterias, dando lugar a la aparici�n de formas m�s complejas.
Las capas de rocas sedimentarias crecieron en grosor en las cuencas oce�nicas. Procesos internos relacionados con altas temperaturas las transformaron —en algunas regiones— en otras rocas, las metam�rficas. Cubrieron territorios cada vez m�s grandes. As� se fue formando la corteza continental y tuvo un notable desarrollo hasta hace 1 700 m.a.
La separaci�n de grandes bloques dio origen al mar de Tetis (Mediterr�neo)
y al de los Urales-Okhotsk y, posteriormente, al cerrarse los oc�anos, se convirtieron
en sistemas monta�osos. Doscientos m.a. antes, todos los continentes estaban
unidos en Pangea (Figura 3). Norteam�rica y Eurasia, en el norte, formaban Laurasia;
en el sur; Sudam�rica, Africa y la Ant�rtida constitu�an Gondwana.
Figura 3. Hace 200 millones de a�os los continentes estaban unidos en uno solo: pangea ( R. Dietz y J. Holden, 1970).
La formaci�n del Atl�ntico se inici� hace 150 m.a. y separo a Am�rica de Europa.
En los �ltimos 50 m.a. se definieron los rasgos principales de los continentes actuales. Aun cuando se conserva mucho de su configuraci�n original, el relieve de la Tierra tiene su desarrollo principalmente en el �ltimo mill�n de a�os, o dos millones, edad que se atribuye al periodo Cuaternario.
En ese periodo emergieron, sobre el nivel del mar, regiones como parte de la pen�nsula de Yucat�n y de Centroam�rica y, las altas monta�as del Asia Central, se elevan con una velocidad considerable; se form� el actual Golfo de California, por la separaci�n de la pen�nsula; surgieron la inmensa mayor�a de volcanes j�venes alineados en continentes y oc�anos. Esta actividad es simplemente una continuaci�n del movimiento y de la vida en el planeta durante m�s de 4 000 m.a. No se presenta con la misma intensidad en toda la superficie, sino en determinadas regiones, entre otras, gran parte del territorio mexicano, Centroam�rica y el Caribe.
Para concluir, hay que se�alar que la Tierra evolucion� con una rapidez considerable, lo que la distingue del resto de los planetas del sistema solar; porque, como considera S. Moorbath, gracias a su masa pudo retener el calor generado por la desintegraci�n de los is�topos radiactivos, mientras que en la Luna, Marte y Venus, la energ�a calor�fica se redujo en un tiempo breve. Todav�a hay poca informaci�n sobre otros astros. La Luna posee un relieve de cr�teres meteor�ticos y volc�nicos. Parece que conserva el mismo tipo de corteza desde su formaci�n. En su superficie se colocaron instrumentos que registraron sismos, y aunque lo m�s probable es que �stos se hayan producido por impactos de meteoritos, no se ha descartado el origen profundo de algunos, lo que afirmar�a una actividad interna en el sat�lite terrestre.
Marte, un planeta considerablemente menor que la Tierra, posee una monta�a de m�s de 23 km de altura. La m�xima vertical del relieve terrestre es de casi 20 km. Uno de los canales de Marte es una depresi�n alargada de 1 500 km de longitud por 200 km de ancho y 6 km de profundidad. En Venus predominan las planicies, pero se encuentran tambi�n verdaderos sistemas monta�osos de origen volc�nico; entre otras elevaciones se encuentra la del Monte Maxwell, de 11 km de altura.
El relieve de estos cuerpos celestes no es est�tico. Se ve afectado por ca�das de meteoritos, posible actividad interna e incluso procesos de erosi�n y acumulaci�n, causados principalmente por el viento.
