EL INTERIOR DE LA TIERRA

El interior de la tierra ha sido siempre un ámbito inaccesible y misterioso. Durante la mayor parte del tiempo histórico se le conoció como un mundo subterráneo de grandes cavernas, calor y gases azufrosos, poblado por demonios. Para 1860, los científicos sabían cual era la densidad promedio de la tierra y que tanto la presión como la temperatura aumentan con la profundidad. Aun cuando el interior de la tierra está oculto a la observación directa, los científicos tiene una idea razonable de su estructura y composición internas. Al igual que un niño agita un regalo sin abrir en un intento por descubrir su contenido, así el hombre debe escuchar las vibraciones de nuestra Tierra en un intento por descubrir su contenido. Esto se lleva a cabo a través de la sismología, que se ha convertido en el principal método empleado en el estudio del interior de la Tierra. Sismos es una palabra de origen griego que significa choque; similar a terremoto, agitamiento o movimiento violento. En la Tierra la sismología se encarga del estudio de las vibraciones que se producen durante los terremotos, los impactos de meteoritos, o por medios artificiales como una explosión. En estas ocasiones, se emplea un sismógrafo para medir y registrar los movimientos y vibraciones que se producen dentro de la Tierra y la superficie.

Los científicos clasfican los movimientos sísmicos en cuatro tipos de ondas características que viajan a velocidades que varían entre los 3 y 15 kilómetros (1.9 a 9.4 millas) por segundo. Dos de estas ondas viajan alrededor de la superficie de la Tierra formando bucles. Las otras dos, Primarias (P) u ondas de compresión y las Secundarias (S) u ondas de corte, penetran en le interior de la Tierra. Las ondas primarias comprimen y dilatan los materiales por los que viajan (ya sea roca o líquido) de una forma parecida a la de las ondas sonoras. Tienen también la capacidad de moverse dos veces más rápido que las ondas S. Las ondas secundarias se propagan a través de la roca pero no son capaces de hacerlo en un medio líquido. Ambos tipos de ondas se refractan o reflejan en los puntos donde dos medios de diferentes propiedades físicas se tocan. También reducen su velocidad cuando se mueven a través de un medio más caliente. Estos cambios en la dirección y la velocidad son los medios que se emplean para localizar las discontinuidades.

Las discontinuidades sísmicas han permitido dividir el interior de la Tierra en núcleo interno, núcleo externo, D", manto inferior, zona de transición, manto superior y corteza (oceánica y continental). Se han podido distinguir y mapear también las discontinuidades laterales utilizando la tomografía sísmica pero no se discutirán aquí.

• Núcleo interno: 1.7% de la masa de la Tierra; profundidad de 5,150-6,370 kilómetros (3,219 - 3,981 millas). El núcleo interno es sólido y no está en contacto con el manto, sino suspendido en el fundido núcleo externo. Se cree que se ha solidificado como resultado del congelamiento por presión que se produce en la mayoría de los líquidos cuando la temperatura disminuye o la presión aumenta.

• Núcleo externo: 30.8% de la masa de la Tierra; profundidad de 2,890-5,150 kilómetros (1,806 - 3,219 millas). El núcleo externo es un líquido caliente, conductor de la electricidad, en el que se produce corrientes convectivas. Esta capa conductiva se combina con el movimiento de rotación de la Tierra para crear una dinamo que mantiene un sistema de corrientes eléctricas conocidas como campo magnético terrestre. Es también responsable de las sutiles alteraciones de la rotación de la Tierra. Esta capa no es tan densa como el hierro puro fundido, lo que indica la presencia de elementos más ligeros. Los científicos sospechan que aproximadamente un 10% de la capa está compuesto por oxígeno y/o azufre porque estos elementos son abundantes en el cosmos y se disuelven con facilidad en el hierro fundido.

• D": 3% de la masa de la Tierra; profundidad de 2,700-2,890 kilómetros (1,688 - 1,806 millas). Esta capa tiene entre 200 y 300 kilómetros (125 a 188 millas) de espesor y representa aproximadamente el 4% de la masa conjunta del manto y la corteza. A pesar de que se identifica habitualmente como parte del manto inferior, las discontinuidades sísmicas sugieren que la capa D" podría poseer una composición química diferente de la del manto inferior situado encima de ella. Los científicos especulan sobre si el material se disolvió en el núcleo o fue capaz de hundirse a través del manto pero sin llegar al núcleo debido a su densidad.

• Manto inferior: 49.2% de la masa de la Tierra; profundidad de 650-2,890 kilómetros (406 -1,806 millas). El manto inferior contiene el 72.9% de la masa conjunta del manto y la corteza y está probablemente compuesto principalmente por silicio, magnesio y oxígeno. También contiene algo de hierro, calcio y aluminio. Los científicos realizan estas deducciones asumiendo que la Tierra tiene los elementos cósmicos en una abundancia y proporciones similares a las del Sol y los meteoritos primitivos.

• Zona de transición: 7.5% de la masa de la Tierra; profundidad de 400-650 kilómetros (250-406 millas). La zona de transición o mesosfera (manto medio), llamada algunas veces capa fértil, contiene el 11.1% de la masa conjunta del manto y la corteza y es la fuente de los magmas basálticos. También contiene calcio, aluminio y granate, que es un silicato complejo con aluminio. Esta capa es densa cuando está fría debido al granate. Está fluida cuando está caliente porque estos minerales se funden fácilmente para formar basalto que luego se puede elevar a través de las capas superiores en forma de magma.

• Manto superior: 10.3% de la masa de la Tierra; profundidad de 10-400 kilómetros (6 - 250 millas). El manto superior contiene el 15.3% de la masa conjunta del manto y la corteza. Algunos fragmentos de esta capa han sido sacados a la luz por la erosión de las cordilleras montañosas y erupciones volcánicas, permitiendo su observación. Los principales minerales que se han encontrado de esta forma son olivino (Mg,Fe)2SiO4 y piroxeno (Mg,Fe)SiO3. Estos y otros minerales son refractarios y cristalinos a altas temperaturas; por lo tanto, la mayoría se desprende del magma ascendente, formando más material en la corteza o no abandonan nunca el manto. Parte del manto superior llamada astenosfera podría estar parcialmente fundida.

• Corteza oceánica: 0.099% de la masa de la Tierra; profundidad de 0-10 kilómetros (0 - 6 millas). La corteza oceánica contiene el 0.147% de la masa conjunta del manto y la corteza. La mayor parte de la corteza terrestre se produjo a partir de la actividad volcánica. El sistema de dorsales oceánicas, una red de volcanes de 40,000 kilómetros (25,000 millas) de longitud, genera nueva corteza oceánica a razón de 17 km3 por año, cubriendo el fondo del océano con basalto. Hawaii e Islandia son dos ejemplos de la acumulación de pilas de basalto.

• Corteza continental: 0.374% de la masa de la Tierra; profundidad de 0-50 kilómetros (0 - 31 millas). La corteza continental contiene el 0.554% de la masa conjunta de manto y corteza. Esta es la parte más externa de la Tierra y está compuesta básicamente por rocas cristalinas. Estas son materiales flotantes de baja densidad dominados principalmente por el cuarzo (SiO2) y los feldespatos (silicatos pobres en metal). La corteza (tanto oceánica como continental) es la superficie de la Tierra; como tal, es la parte más fría de nuestro planeta. Debido a que las rocas frías se deforman lentamente, nos referimos a esta rígida cáscara externa como litosfera (capa rocosa o fuerte).

Tomografía Sísmica

Los paradigmas en cuanto se refieren al procesamiento de información y al manejo de los datos han experimentado un cambio dramatico en los últimos tiempos, en especial con el avance de las comunicaciones y de la informatica. Como en muchos campos del conocimiento, el uso de la infraestructura se ha desarrollado antes que exista una cultura necesaria para su desarrollo y óptima utilización. Igualmente, en el campo científico hay que tener sumo cuidado en replantear las actividades y los procedimientos ya que el desconocimiento provocara desde perdidas simples de tiempo, que si se traduce en desarrollo es muy dañino, hasta la imposibilidad de emplear una tecnología para obtener el tipo de analisis que se planteaba desarrollar. Dentro de este marco, qué hay que hacer o tomar en cuenta para replantear la obtención de datos y su utilización en el manejo correspondiente y su aplicación en proyectos de investigación que impliquen fuente de desarrollo y conocimiento?. Lo importante en si no es la infraestructura, ni la impresionante capacidad de las computadoras actuales para realizar cálculos extremadamente complicados en un cortisimo tiempo. Lo importante es la flexibilidad que permite la utilización de dicha tecnología. Para ello se tienen que cambiar esquemas, ya no se puede seguir pensando en fuentes de información no relacionadas o independientes de interactuar con otras similares. No se puede estructurar ningún esquema sin pensar que estamos convirtiendonos en parte de un gran cerebro global como pequeñas neuronas del mismo. En la actualidad ya no interesa en que parte del mundo se encuentre la información, todo científico o usuario en general puede acceder a este conocimiento con minimos requerimientos sea cual sea su ubicación. De manera que las acciones de desarrollo en la obtención de información y en el manejo del mismo tienen que adecuarse a estos cambios. Existen varias instituciones alrededor del mundo y en nuestro mismo continente que desde hace muchisismos años vienen monitoreando la tierra bajo todos sus parametros; este monitoreo se ha traducido en grandes bancos de datos donde en muchos casos todavía no se ha terminado de colocarlos en manejadores que permitan extraer la información adecuada. Es importantísimo, axiomatizar nuestras actividades, intercambiando opiniones de optimización en el manejo de la información, considerando prioridades, tecnologías, medios de colaboración, etc. En la actualidad se han generado iniciativas en INTERNET, por parte de grupos de profesionales de diferentes países en otros campos del conocimiento, que vienen trabajando en el desarrollo de la educación, medicina, etc.

• Antecedentes: La idea del Seminario sobre Tomografía Sísmica reconoce la importancia de tomar acciones para que la valiosísima información que cada uno de nuestros paises maneja y obtiene sea compartida y colocada en una base de datos estructurada, relacionada y homogenea. El seminario es una actividad conducente al logro de ese objetivo. Una gran base regional de datos es indispensable como fuente de información para los investigadores de todo el continente sudamericano, y una herramienta adecuada de facil acceso, permanentemente actualizada. El Seminario propuesto sera un primer paso para la realización de un proyecto conjunto que, ademas de su propio valor intrinseco, coadyuvara a generar mecanismos para el logro del objetivo final, cual es la gran base de datos. Estimamos oportuno hacer hincapie sobre la conveniencia de desarrollar, ademas del de tomografía sísmica, otros proyectos regionales de investigación, que requieren de la integración, colaboración e intercambio de información sismológica, meta que se puede lograr en el marco del Centro Regional de Sismología para América del Sur (CERESIS). Las investigaciones de caracter regional son la base para futuros estudios más detallados, a nivel nacional o local. Para la realización de proyectos de esta naturaleza, que involucran un número importante de investigadores de América del Sur, es fundamental contar con información reunida en base a datos homogéneos. Esto se puede conseguir paulatinamente mediante actividades tales como el monitoreo en tiempo real de sismos sobre una magnitud umbral y la revisión de catálogos sísmicos locales y regionales.

• Introducción y marco general: Para estudios de tomografía es imprescindible contar con un catalogo actualizado basandose en los ya existentes en la regisn (CERESIS 91-H, SALSA, catalogos nacionales actualizados). Se propone mantener estos catálogos "al día" mediante procedimientos establecidos de intercambio de información y, ademas, en base al monitoreo e intercambio de datos en tiempo casi-real, procedimiento que se encuentra en proceso de implementación (MWATCH), a escala regional.
Un estudio tomografico a nivel regional permite obtener una imagen de la estructura en velocidad bajo el continente. Esta es una contribución al entendimiento de la geodinamica global de Sud América. Por otro lado el conocimiento de la estructura de velocidades en tres dimensiones permitira relocalizar los sismos y localizar con mayor precisión eventos futuros en la región. El estudio fué propuesto al Consejo Directivo de CERESIS en julio, 1996, y aprobado. Los objetivos principales son dos: determinar un modelo lateralmente inhomogeneo de velocidades de ondas P y S, que mejor de cuenta del tiempo de propagación de las ondas a través del continente y desarrollar y diseminar este conocimiento de tal forma de asegurar un impacto en futuras generaciones de profesionales que puedan continuar refinando este modelo a medida que mejore la calidad de los datos y las metodologías. El esfuerzo de recientes proyectos regionales para la integración, colaboración e intercambio de información sismológica, Piloto, SALSA, entre otros) ha creado la oportunidad para desarrollar un proyecto de investigación a nivel continental bajo el marco del Centro Regional de Sismología para América del Sur (CERESIS). La integración regional sera cada vez mas efectiva en el futuro debido al creciente nzmero de instituciones del continente que tienen acceso rapido a INTERNET. Ya se vislumbra la posibilidad de monitorear la actividad sísmica del continente en forma rapida, en un futuro cercano, contando con la colaboración e intercambio de información entre todas las instituciones del continente. Esto, sin lugar a duda, generara un flujo de información que tendra que ser analizado también en un marco continental. 

Es esencial para cualquier analisis de información sísmica la información hypocentral de todo sismo dentro de margenes de errores aceptables. Los cuales estan usualmente asociados al desconocimiento de la estructura de la corteza y el manto superior. Es por lo tanto primordial hacer un esfuerzo común entre los investigadores del continente para conocer con la mayor precisión posible la estructura de la corteza y manto superior en América del Sur.  Desde un punto de vista sismológico, en los últimos años ha habido un tremendo avance en metodologías para resolver detalles finos de la estructura de la tierra. Es así como en otras regiones del globo se han podido determinar con bastante detalle incluso la geometría de la placa en proceso de subducción hasta profundidades de 2000 km. Estudios previos han podido determinar variaciones laterales, pero a una escala local o regional, y no a una escala continental. Es indudable que un estudio de este tipo tendrá un tremendo impacto en clarificar procesos dinámicos que ocurren dentro de la placa y en la zona de subducció; relacionar posibles estructuras en profundidad con estructuras geológicas en la superficie, mejorar la resolución de las localizaciones de los sismos y mejorar el entendimiento del riesgo sísmico para América del Sur.

• Metodología para un futuro proyecto: Existen varias metodologías desarrolladas en la literatura que se pueden utilizar. Será necesario primero decidir las ventajas y desventajas de cada cual dependiendo del tipo de datos a usar y la resolución deseada. En principio se analizaran datos telesísmicos y regionales. La metodología para estudiar datos telesísmicos consiste básicamente en un proceso de linealización por etapas del problema de inversión. Primero, relocalizar los eventos cuyos datos provendran mayormente de catalogos como el ISC re-identificando las fases P, pP, PP y otras, usando el modelo de velocidades iasp91; segundo, perturbar el modelo de iasp91 considerando variaciones laterales, parametrizandolo en bloques, y resolver esta estructura y re-localizaciones invirtiendo los residuales obtenidos en la primera etapa. La metodología para estudiar datos regionales, se basa en un proceso similar al anterior, donde se considera la propagación de ondas P, S, Pn, Sn, pP, pPn, etc, dependiendo de la geometría fuente-observación. Existen varias formas de calcular el tiempo de propagación de la onda en un medio lateralmente heterogéneo. Una esta basada en un parametrización de bloques de velocidad constante donde se usa teoría de rayos para 'disparar' rayos con cierta densidad e interpolar los tiempos para puntos intermedios deseados. La otra, en una parametrización por bloques, pero con variaciones contínuas, donde se calcula la trayectoria usando la teoría dinamica de rayos. Esto último permite calcular los tiempos para una vecindad determinada. Independientemente del método para calcular la trayectoria de las ondas y el tiempo de propagación, los residuales se invierten para resolver los parámetros de la estructura de velocidades y a su vez en nuevas localizaciones.

• Resultados esperados del proyecto: El proyecto tendrá un impacto en varios aspectos complementarios como son ampliar el conocimiento y mejorar el entendimiento de la dinámica de la tectónica de América del Sur, el origen de la formación de la cordillera de los Andes, la morfología de las distintas estructuras geológicas y su extensisn en profundidad, el riesgo sísmico. En el aspecto educativo: proporcionar a los profesionales solidas herramientas de trabajo en problemas de tratamientos de datos, estructura terrestre, e inversión, incrementar la interacción entre sismólogos del continente, servir como guía para futuras investigaciones a nivel local.

• Sugerencias para el desarrollo del Seminario:

• Identificar a los participantes.

• Diseñar y formular el Temario para la realización del seminario, incluyendo la discusión sobre generación del banco de datos homogéneos, el desarrollo y la aplicación de distintas metodologías, la organicación de sesiones de trabajo para diseminar los conocimientos y las aplicaciones de la tomografía.

• La preparación se realizara en base a las opiniones de un grupo representativo de los Estados Miembros de CERESIS.

La participación en el Seminario sera abierta a todo el público que se suscriba a traves de una lista electrónica. El propósito es incorporar ideas e involucrar a investigadores aun cuando estos no trabajen directamente en el continente. Sugerimos usar el protocolo de 'HyperNews', instalado en el servidor del Departamento de Geofísica de la Universidad de Chile. Para quienes esten limitados al correo electrónico su participación será a través de una lista electrónica.

Formación de montañas

Fotografía que muestra la textura típica indicativa de lo que antes era magma dentro de las partes centrales de un batolito (una gran intrusión de magma dentro de roca).

Comprender la formación de las montañas es muy importante, ya que los procesos geológicos que se encuentran activos en los cinturones montañosos, incluyendo las erupciones volcánicas, los terremotos o los desprendimientos, afectan cada día a las sociedades humanas. Pero a pesar de que existen montañas en todos los continentes y en todos los fondos oceánicos, los científicos aún saben relativamente pocas cosas de las fuerzas que interaccionan para formarlas o destruirlas, de cómo evolucionan y cambian a lo largo del tiempo, y de la relación entre las montañas y el clima terrestre.

Para entender mejor estos procesos dinámicos, los expertos en la materia han empezado a integrar de forma novedosa estudios procedentes de todo tipo de disciplinas tradicionales, algo de cuyos resultados se informa en el número de enero de 2003 de la revista GSA Today. En el artículo se describe el mejor modo de reunir los datos de las observaciones realizadas tanto en el laboratorio como en el campo. El equipo estudióun cinturón montañoso en Fiordland, South Island, Nueva Zelanda. "Este enfoque integrador ha permitido comprender mejor los procesos [de formación de montañas]," dijo Tracy Rushmer, geóloga de la Universidad de Vermont y co-autora del artículo. Según Rushmer, la metodología ha permitido revelar procesos que controlan el movimiento del magma y el impacto de este último en la deformación de las rocas, y averiguar cómo la solidez del cinturón montañoso cambia a lo largo del tiempo.

En Fiordland, donde podemos encontrar expuestas en superficie rocas pertenecientes a épocas muy antiguas de formación montañosa, la investigación ha "revelado los mecanismos por los cuales el magma fue generado y transportado a través de la corteza continental inferior, y cómo estos procesos afectaron a la formación de las montañas durante millones de años," agregó Rushmer. Los investigadores saben que las montañas son la expresión en superficie de las fuerzas de la tectónica de placas, fuerzas que diferencian a nuestro planeta de otros en el sistema solar. Las fuerzas tectónicas son la conexión dinámica entre procesos activos en las profundidades de la Tierra, procesos que modifican la superficie terrestre, y la atmósfera que dirige el ciclo hidrológico y posibilita la vida. Montañas tan elevadas como los Himalayas, existen porque son levantadas tan rápidamente que la erosión no tiene tiempo de limar sus imponentes picos. Conocer cómo ocurre esto es esencial, dicen los geólogos, porque nos permitirá predecir con mayor precisión el comportamiento del planeta.

Formación de montañas por subducción

Proceso de formación de montañas en la Tierra

Las montañas se forman a través de un proceso general llamado "deformación" (o plegamiento) de la corteza de la Tierra. Un ejemplo de esta clase de plegamiento viene por el proceso que se describe a continuación. Cuando chocan dos secciones de la corteza terrestre, en lugar de empujarse hacia regiones más profundas de la Tierra, las losas de roca pueden apilarse unas sobre otras provocando que una o ambas losas se plieguen como un acordión. Este proceso provoca que la corteza se: (1) eleve; y (2) se pliegue. Al final, se forma una cadena de montañas. La figura de arriba ilustra el proceso. Una losa de la corteza de la Tierra, la de la derecha, es empujada hacia abajo, mientras que la losa a la izquierda es obligada a elevarse y doblarse. La losa derecha eventualmente puede fundirse y formar un volcán.

LITOSFERA

Capa sólida que “flota” sobre la astenosfera, fluida. Ocupa la corteza y parte del manto. Astenosfera: capa pastosa que se encuentra en el manto superior y que hace que las ondas secundarias disminuyan su velocidad. Desde la astenosfera hasta la superficie es la Litosfera. Desde la astenosfera hasta el núcleo es la Mesosfera. El núcleo es la Endosfera.

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