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Unidad 1: La energía interna
Sobre la superficie terrestre observamos diversos procesos que se traducen en cambios en el medio ambiente. La teoría de la tectónica de placas explica la localización en el tiempo y en el espacio de estos procesos y el crecimiento de la litosfera continental mediante el reciclaje de la litosfera oceánica.
EL ORIGEN DEL CALOR TERRESTRE
Las energías geotérmica y radiactiva son responsables de los procesos geológicos internos que se manifiestan en los fenómenos magmáticos, en el metamorfismo de las rocas, en la formación de montañas, etc. El origen de esta energía interna es el siguiente:
En las primeras etapas de la evolución de la Tierra se produjo una diferenciación por densidades y afinidades químicas que formó el núcleo y el manto. Este proceso liberó una enorme cantidad de energía gravitatoria que produjo mucho calor. Parte de este calor permanece en el núcleo y es transferido hacia el exterior mientras cristaliza lentamente el núcleo externo. Este calor, y el que posiblemente generan algunos isótopos radiactivos, ayuda a mantener el sistema de convección en el núcleo externo, que probablemente fue más activo en las primeras etapas de la historia del planeta.
En esas etapas iniciales de la historia terrestre la temperatura aumentó a causa de los impactos de planetoides. En la parte inferior de la corteza, también ahora se produce calor por la descomposición de isótopos radiactivos, que son especialmente abundantes en la corteza continental.
El transporte del calor hacia el exterior para mantener la actividad de los procesos geológicos internos depende de los siguientes factores:
- Generación de calor por la descomposición de isótopos en el interior de la Tierra.
- Transferencia de calor del núcleo al manto.
- Transporte de calor por convección en el manto.
- Transferencia de magmas y otros fluidos del manto a la corteza.
- Transferencia de calor por conducción del manto a la corteza.
La Energía de la Tierra
La constante solar y el albedo |
La energía solar y su transporte y absorción |
LA DINÁMICA DE LAS PLACAS LITOSFÉRICAS
Desintegración del núcleo de un isótopo radiactivo para generar un elemento más ligero. El proceso libera energía calorífica, partículas y radiaciones electromagnéticas capaces de comunicar energía a los átomos cercanos. Para producir las enormes cantidades de calor que contiene la Tierra, este proceso debe ocurrir muchas veces y durante mucho tiempo. Así, los isótopos radiactivos responsables del calor interno podrían ser el torio 232, el uranio 238, el potasio 40, y el uranio 235, ya que son relativamente abundantes en las rocas y tienen unas vidas medias bastante altas (14100,4510, 1 260 y 710 millones de años, respectivamente). La vida media es el promedio de los tiempos que tardan en sufrir la desintegración espontánea todos los isótopos presentes en una muestra.
Según la teoría de la tectónica global, las placas litosféricas no son estáticas, sino que cambian, lenta pero continuamente, de tamaño, de forma y de posición. Esta dinámica litosférica produce titánicos roces y empujes entre las placas, que, a su vez, desencadenan los diferentes procesos geológicos de origen interno (vulcanismo, magmatismo, terremotos, deformaciones en la corteza, etc.), e influyen en los de origen externo. El modelo que propone la teoría de la tectónica de placas, y que se estudiará en este texto, describe únicamente los cambios en las placas y sus consecuencias en la superficie terrestre.
La ventaja de este modelo es que su aceptación no requiere, necesariamente, una explicación sobre el mecanismo impulsor de la dinámica de las placas. No obstante, el análisis de algunas de las hipótesis que los geólogos elaboran para intentar explicarlo puede ayudar a la comprensión de la teoría.
EL MOTOR DE LAS PLACAS
En general, todas las hipótesis que intentan explicar el mecanismo que produce la dinámica de las placas litosféricas se fundamentan en la presencia de una gran cantidad de calor en el interior de la Tierra. De hecho, hay muchos datos que confirman la existencia de esta energía geotérmica.
Como se explicará a continuación, este calor puede producir movimiento en los materiales de las capas internas de la geosfera, lo que tiene su expresión superficial en el movimiento de las placas.
El origen del calor interno
Los geólogos piensan que el calor interno de la Tierra procede, principalmente, de los restos del calor de formación del planeta y de los procesos radiactivos que ocurren en su interior.
- Los restos del calor de formación. Los numerosos impactos de planetesimales que se produjeron durante el proceso de formación de la Tierra liberaron enormes cantidades de energía calorífica, que llegaron a fundir por completo el planeta. Después, tuvo lugar la diferenciación de los materiales por densidades; el movimiento de esas grandes masas a través del interior terrestre produjo fricciones entre ellas, que también generaron mucho calor. A pesar del enfriamiento progresivo de la Tierra, parece que una parte de aquel calor de formación permanece en el núcleo y es irradiado lentamente hacia las capas superiores.
- El calor generado por los procesos radiactivos. Se cree que la mayor parte de la energía interna de la Tierra procede de la actividad de los isótopos radiactivos de algunos de los elementos químicos que forman los minerales. Estos son átomos inestables que sufren una transmutación, es decir, una desintegración de su núcleo que los transforma en elementos distintos con menor masa atómica. En este proceso liberan energía en forma de calor y emiten partículas en movimiento y ondas electromagnéticas, que, a su vez, pueden comunicar energía a los átomos vecinos y generar más calor.
La distribución del calor interno y la dinámica de las placas
Todas las explicaciones sobre los mecanismos que hacen que el calor interno de la Tierra pueda generar la dinámica de las placas se fundamentan en su desigual distribución, ya que es mucho más intenso en las capas profundas (especialmente en el núcleo) y va disminuyendo hacia la superficie. Es lo que se conoce como gradiente térmico.
Como en todos los sistemas en los que existen diferencias térmicas, el calor de las zonas calientes del interior de la Tierra tiende a dirigirse hacia las zonas frías de la corteza. Este tránsito de calor se lleva a cabo mediante corrientes de convección, que mueven los materiales de forma parecida a como sucede en un recipiente en el que se calienta agua. Así, Las masas de rocas calientes y plásticas del manto profundo pueden ascender hacia la superficie, mientras que las zonas frías de la litosfera se introducen en el manto. Sean de la forma que sean, estas corrientes de materiales parecen ser las responsables del movimiento de las placas.
Existen varias hipótesis que intentan explicar este proceso con detalle, aunque, debido a que la dificultad para estudiar el interior de la Tierra es todavía muy grande, no se ha llegado a un acuerdo.
CUESTIONES
- ¿Cuál es la principal fuente del calor interno terrestre según las hipótesis científicas más actuales?
- ¿Qué es el gradiente térmico terrestre?
- Explica las semejanzas y las diferencias entre los dos modelos sobre el mecanismo impulsor de las placas.
HIPÓTESIS SOBRE EL MECANISMO IMPULSOR DE LAS PLACAS
Propone que bajo la litosfera existe una zona del manto superior, la llamada astenosfera, que presenta una fusión parcial de sus rocas.
La astenosfera sería una capa universal y muy activa. En ella se producirían células de convección capaces de arrastrar los fragmentos de litosfera (que estarían físicamente despegados de la astenosfera) como si se tratara de una cinta transportadora movida por unos rodillos situados bajo ella.
Modelo de avalanchas y plumas
Considera que la astenosfera no existe y que la totalidad del manto presenta un lento flujo de materiales:
- Por una parte, la litosfera oceánica se introduce en el manto en las zonas de subducción, se precipita en grandes avalanchas hasta el límite núcleo-manto y tira de la placa causando su movimiento.
- Por otra parte, se produciría un ascenso hasta la superficie de plumas de materiales supercalientes procedentes del manto profundo.
