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Ciencias de la Tierra y del espacio de primaria y secundaria · শ্রেণি 1–9
16El interior de la Tierra
En el extremo noroeste de Rusia, no lejos de la frontera con Noruega, hay una tapa de metal soldada al suelo entre edificios abandonados. Debajo, un agujero de solo unos 23 centímetros de ancho baja en vertical durante más de 12 kilómetros: es el agujero más profundo jamás excavado. Perforarlo llevó unos 20 años. Los perforadores esperaban llegar aún más hondo, pero en el fondo la roca estaba a unos 180 grados Celsius, casi el doble de lo previsto: el calor doblaba las brocas y los tubos, y el trabajo se detuvo en 1992. Y, sin embargo, el centro de la Tierra está más de 500 veces más hondo que el fondo de ese agujero. ¿Cómo podemos saber lo que hay allí abajo?
Lo que ya sabes
La Tierra es un planeta rocoso, una bola de unos 12 742 km de diámetro: su radio, de la superficie al centro, mide unos 6371 km (Capítulo 13). Sus rocas pertenecen a tres familias, ígneas, sedimentarias y metamórficas (Capítulo 15). En un volcán, la roca fundida sube desde abajo y se derrama en forma de lava; en un terremoto, el suelo tiembla (Capítulo 8).
16.1 ¿Hasta qué profundidad hemos llegado?
Desde hace mucho tiempo, la gente excava la Tierra en busca de agua, piedra y metales. Hay dos clases de agujeros que llegan más hondo que los demás.
Las minas. La mina más profunda del mundo es una mina de oro cercana a Johannesburgo, en Sudáfrica. Sus galerías bajan más de 4 km por debajo de la superficie. Allí abajo, las paredes de roca llegan a unos 60 grados Celsius: la mina se refrigera bombeando hacia abajo miles de toneladas de hielo mezclado con agua, y con ventiladores gigantes que soplan aire por las galerías.
Los sondeos. Un sondeo es un agujero estrecho perforado desde la superficie con una máquina; nadie baja por él. El más profundo es el sondeo de la historia del principio, perforado para la ciencia en la península de Kola, en el noroeste de Rusia: 12 262 metros, es decir, unos 12.3 km.
Estas profundidades parecen enormes. Comparadas con el tamaño de la Tierra, son diminutas. La figura de abajo las muestra en una sola franja, junto a la montaña más alta, el Everest (8849 m).
Método 16.1 (Comparar una profundidad con el radio de la Tierra)
- Escribe la profundidad y el radio en la misma unidad (kilómetros).
- Divide la profundidad entre el radio y multiplica por 100: así obtienes la profundidad como porcentaje del camino hasta el centro.
- Para decir cuántas veces más hondo está el centro, divide el radio entre la profundidad.
Ejemplo 16.2 (El sondeo más profundo)
El sondeo tiene 12.3 km de profundidad y el radio mide 6371 km. , y : el sondeo recorrió alrededor del 0.2 % del camino hasta el centro. Al revés, : el centro está más de 500 veces más hondo que el fondo del agujero.
Para la mina más profunda, de unos 4 km: , es decir, el 0.06 %: tres veces menos que el sondeo.
Así que nadie ha visto, tocado ni tomado muestras del interior profundo de la Tierra. Lo que sabemos de él viene de otras pistas, sobre todo de las ondas de los terremotos (sección 16.3).
16.2 Corteza, manto y núcleo
La Tierra está construida en capas, un poco como un huevo duro: una cáscara fina y quebradiza, una “clara” gruesa y una “yema” en el centro.
Definición 16.3 (Las capas de la Tierra)
La Tierra está formada por tres capas principales, de la superficie al centro:
- la corteza, una capa exterior fina de roca sólida, de unos pocos kilómetros a unas pocas decenas de kilómetros de espesor;
- el manto, una capa gruesa de roca sólida, caliente y densa, que llega hasta unos 2900 km de profundidad;
- el núcleo, hecho de metal, sobre todo hierro con algo de níquel, desde unos 2900 km hasta el centro. El núcleo tiene dos partes: el núcleo externo, que es líquido, y el núcleo interno, una bola sólida en el centro, de unos 1220 km de radio.
El dibujo de abajo muestra las capas a escala, con los límites medidos gracias a las ondas de los terremotos.
| capa | desde (km) | hasta (km) | espesor (km) | hecha de |
|---|---|---|---|---|
| corteza | 0 | de 5 a 100 | de 5 a 100 | roca sólida |
| manto | base de la corteza | 2891 | unos 2860 | roca sólida, muy caliente |
| núcleo externo | 2891 | 5150 | unos 2260 | metal líquido |
| núcleo interno | 5150 | 6371 (centro) | unos 1220 | metal sólido |
La corteza es la única capa sobre la que podemos caminar y en la que podemos excavar. Es muy fina comparada con las demás: bajo los océanos solo tiene unos 5 km de espesor; bajo los continentes, unos 30 km de media; bajo las altas cordilleras como los Alpes, su base puede llegar a 100 km de profundidad, como la raíz de una muela. Ni siquiera el sondeo récord, de 12.3 km, atravesó la mitad de una corteza continental media. En el dibujo a escala, la corteza es más fina que la línea que rodea el disco.
El manto es la capa más gruesa: va desde la base de la corteza hasta los 2891 km, alrededor del 45 % del camino hasta el centro. Su roca es sólida, pero muy caliente y más densa que la roca de la corteza. A lo largo de millones de años, la roca caliente de una parte del manto puede deslizarse muy despacio, como una pasta muy dura.
El núcleo empieza a 2891 km y llega hasta el centro. No está hecho de roca, sino de metal: una aleación de hierro y níquel, casi el doble de densa que el manto. Su parte exterior es líquida: un océano de metal fundido de más de 2000 km de profundidad. Su parte interior, desde los 5150 km hasta el centro, es una bola sólida de metal, de unos 1220 km de radio: alrededor del 70 % del ancho de la Luna. Al girar la Tierra, el metal líquido del núcleo externo se mueve, y ese movimiento crea el campo magnético de la Tierra, el que hace girar la aguja de una brújula.
Cuanto más hondo, más denso. El agua tiene una densidad de 1 gramo por centímetro cúbico: la roca de la corteza es entre 2.6 y 2.9 veces más densa, la roca del fondo del manto más de 5 veces, y el metal del centro unas 13 veces (mira el gráfico de abajo). Los materiales más pesados están en el centro y los más ligeros, arriba: la Tierra está ordenada, desde la corteza ligera hasta el pesado núcleo de metal.
En el laboratorio — Capas en un vaso (en clase, con el profesor)
El profesor vierte despacio, uno tras otro, en un vaso alto: un poco de miel, un poco de agua teñida con una gota de tinta y un poco de aceite de cocina. Sea cual sea el orden en que se vierten, al cabo de un momento la miel queda en el fondo, el agua en el medio y el aceite arriba: cada líquido se coloca por debajo de los más ligeros y por encima de los más densos. Si se agita, el vaso se enturbia; si se deja quieto, vuelve a ordenarse. La Tierra está dividida en capas de la misma manera: el material más denso, el metal del núcleo, está en el centro, y la roca más ligera, arriba.
Observación 16.4 (¿Qué fina es la corteza?)
En un globo escolar de 30 cm de diámetro, la corteza continental (30 km) tendría unos 0.7 milímetros de espesor, y la corteza oceánica (5 km), más o menos el grosor de una hoja de papel. La corteza es menos de la mitad del uno por ciento del radio: , es decir, el 0.47 %.
16.3 Cómo nos cuentan el resto las ondas de los terremotos
Si nadie ha bajado a más de 12 km, ¿cómo podemos dibujar el núcleo? La respuesta viene de los terremotos. Cuando un terremoto sacude el suelo, salen de él ondas en todas direcciones, que viajan a través de toda la Tierra, igual que el sonido de un golpe viaja a través de una pared. Unos instrumentos situados en muchos lugares del mundo registran cuándo llega cada onda (los conocerás en el Capítulo 20).
Las ondas no viajan a la misma velocidad en todos los materiales. Cuando llegan al límite entre dos capas, su velocidad cambia de golpe: algunas ondas rebotan y otras se desvían al cruzarlo, un poco como la luz que entra en el agua. Cronometrando las ondas de muchos terremotos, en estaciones repartidas por todo el globo, los científicos han encontrado dónde están esos límites y qué capas son sólidas o líquidas. Los sismólogos llaman a las dos clases principales de ondas ondas P (las más rápidas, que empujan y tiran de la roca) y ondas S (las más lentas, que la sacuden de un lado a otro); los volúmenes siguientes las estudian de cerca. Las ondas S tienen una propiedad notable: no pueden atravesar un líquido.
Leamos el gráfico de izquierda a derecha: en el manto, las dos clases de ondas van cada vez más deprisa con la profundidad. A 2891 km, las ondas S desaparecen y las ondas P se frenan de golpe: es el techo del núcleo externo líquido. A 5150 km, las ondas P vuelven a acelerar y las ondas S existen de nuevo: es el núcleo interno sólido.
Historia — Inge Lehmann y el núcleo interno

A comienzos de la década de 1930, los sismólogos pensaban que la Tierra tenía dos capas: un manto sólido alrededor de un núcleo líquido. La sismóloga danesa Inge Lehmann estudió las ondas de un fuerte terremoto que sacudió Nueva Zelanda en 1929, registradas en estaciones lejanas. Algunas ondas llegaban a lugares a los que, con un núcleo completamente líquido, no deberían haber llegado nunca. En un artículo de 1936, titulado sencillamente “P ”, propuso una explicación: dentro del núcleo líquido hay un núcleo interno sólido más pequeño, que devuelve esas ondas. Escribió con modestia que los datos eran “del todo insuficientes” para estar segura, pero que la interpretación “parece posible”, y pidió a otros investigadores que la pusieran a prueba. Lo hicieron, y hoy el núcleo interno sólido forma parte de todos los modelos de referencia de la Tierra, como el que se usa en los gráficos de este capítulo.
16.4 Cuanto más hondo, más calor
Todas las minas profundas y todos los sondeos profundos muestran lo mismo: cuanto más se baja, más caliente está la roca. En la mina más profunda, las paredes de roca llegan a unos 60 grados Celsius, a más de 4 km de profundidad; en el fondo del sondeo récord, a 12.3 km, la roca estaba a unos 180 grados.
Cerca de la superficie, la temperatura sube a un ritmo bastante regular. En los Estados Unidos, los científicos reunieron las mediciones de 284 perforaciones, la mayoría de más de 600 m de profundidad. De media, la temperatura subía 29 grados por cada kilómetro de profundidad: unos 25 grados por kilómetro en el este del país y 34 en el oeste. Pero el ritmo cambia mucho de un lugar a otro: en esas perforaciones, iba de 6 a 69 grados por kilómetro.
Método 16.5 (La temperatura a una profundidad)
- Toma la temperatura del suelo cerca de la superficie.
- Multiplica la profundidad, en kilómetros, por el ritmo, en grados por kilómetro: es lo que se calienta de más.
- Suma las dos cosas. Úsalo solo en el intervalo en el que se midió el ritmo: unos pocos kilómetros.
Ejemplo 16.6 (A dos kilómetros de profundidad)
El suelo está a 15 C y el ritmo es de 29 grados por kilómetro. A 2 km: grados más, así que C: más caliente que el baño más caliente, y ya demasiado caliente para tocarlo.
¿Se puede usar el mismo ritmo hasta el centro? No. A 29 grados por kilómetro, el centro estaría a unos 185 000 grados, lo cual es imposible: el ritmo medido en los primeros kilómetros no vale en las profundidades, donde la subida tiene que ser mucho más lenta. Los científicos estiman la temperatura del núcleo de otra manera: en el laboratorio, aprietan granos diminutos de hierro entre dos diamantes, hasta millones de veces la presión del aire, y los calientan con láseres hasta que se funden. Así descubrieron que en el borde del núcleo interno sólido la temperatura es de unos 6000 grados Celsius, y, sin embargo, el hierro del núcleo interno sigue sólido, porque la presión que hay allí, unos 3.3 millones de veces la presión del aire, le impide fundirse.
Observación 16.7 (Caliente, y aun así sólido)
Si se aprieta mucho una sustancia, solo se funde a una temperatura más alta. El manto está muy caliente, y sin embargo sigue sólido; el núcleo externo es líquido; el núcleo interno, aún más caliente, vuelve a ser sólido, porque es el más apretado de todos. Que algo se funda o no depende de la temperatura y de la presión.
16.5 Ejercicios
Ejercicio 16.1 ★
Nombra en orden las cuatro capas de la Tierra, de la superficie al centro. ¿Cuál es líquida? ¿Cuáles están hechas de metal?
Solución
Solución de Ejercicio 16.1.
La corteza, el manto, el núcleo externo y el núcleo interno. El núcleo externo es líquido. Los núcleos externo e interno están hechos de metal (sobre todo hierro, con algo de níquel); la corteza y el manto están hechos de roca.
Ejercicio 16.2 ★
¿Verdadero o falso? Corrige las frases falsas. (a) La corteza es más gruesa bajo los océanos que bajo los continentes. (b) El núcleo está hecho de roca. (c) El núcleo interno es sólido. (d) El sondeo más profundo jamás perforado tiene unos 12 km de profundidad.
Solución
Solución de Ejercicio 16.2.
(a) Falso: la corteza es más gruesa bajo los continentes (unos 30 km) que bajo los océanos (unos 5 km). (b) Falso: el núcleo está hecho de metal, una aleación de hierro y níquel. (c) Verdadero. (d) Verdadero: 12 262 m, unos 12.3 km.
Ejercicio 16.3 ★
Usa la tabla de las capas. (a) ¿A qué profundidad empieza el núcleo? (b) ¿A qué profundidad empieza el núcleo interno? (c) ¿Qué espesor tiene el núcleo externo?
Solución
Solución de Ejercicio 16.3.
(a) A 2891 km, unos 2900 km. (b) A 5150 km. (c) : unos 2260 km.
Ejercicio 16.4 ★
A menudo se compara la Tierra con un huevo duro. Copia y completa: “La cáscara es como la …, la clara es como el … y la yema es como el …. Pero, a diferencia de la yema, el … tiene dos partes: un … líquido y un … sólido”.
Solución
Solución de Ejercicio 16.4.
“La cáscara es como la corteza, la clara es como el manto y la yema es como el núcleo. Pero, a diferencia de la yema, el núcleo tiene dos partes: un núcleo externo líquido y un núcleo interno sólido”.
Ejercicio 16.5 ★★
El Everest mide 8.849 km de altura y el radio de la Tierra, 6371 km. ¿Qué porcentaje del radio representa la altura del Everest? Redondea a dos decimales. Vista desde lejos, ¿tiene la superficie de la Tierra muchos bultos?
Solución
Solución de Ejercicio 16.5.
, y : el Everest solo representa alrededor del 0.14 % del radio. Vista desde lejos, la Tierra es una bola muy lisa: su montaña más alta es un bultito diminuto.
Ejercicio 16.6 ★★
La corteza continental tiene 30 km de espesor de media, y la corteza oceánica, 5 km. (a) ¿Cuántas veces más gruesa es la corteza continental? (b) Bajo una alta cordillera, la corteza puede llegar a 100 km. ¿Cuántas veces más gruesa que la corteza oceánica es?
Solución
Solución de Ejercicio 16.6.
(a) : seis veces más gruesa. (b) : veinte veces más gruesa.
Ejercicio 16.7 ★★
En una región, el suelo está a 12 C y la temperatura sube 25 grados por kilómetro. ¿Cuál es la temperatura (a) a 1 km, (b) a 1.5 km, (c) a 2 km?
Solución
Solución de Ejercicio 16.7.
(a) C. (b) C. (c) C.
Ejercicio 16.8 ★★
En un sondeo, la roca está a 14 C cerca de la superficie y a 74 C a 2 km de profundidad. ¿Cuántos grados sube la temperatura por cada kilómetro? ¿Está este ritmo entre las medias del este y del oeste de las mediciones del capítulo?
Solución
Solución de Ejercicio 16.8.
La subida es de grados en 2 km, así que grados por kilómetro. Sí: 30 está entre la media del este (25) y la media del oeste (34).
Ejercicio 16.9 ★★
Usa el gráfico de las velocidades de las ondas. (a) ¿Cuál es la velocidad de las ondas P justo encima del núcleo, hacia los 2890 km, y justo por debajo del techo del núcleo? (b) ¿Entre qué profundidades es cero la velocidad de las ondas S? (c) ¿Qué nos dice esto sobre esa capa?
Solución
Solución de Ejercicio 16.9.
(a) Justo encima del núcleo, unos 13.7 km por segundo; justo por debajo de su techo, unos 8.1 km por segundo: las ondas P se frenan de golpe. (b) Entre 2891 km y 5150 km, en el núcleo externo. (c) Las ondas S no pueden atravesar un líquido: el núcleo externo es líquido.
Ejercicio 16.10 ★★
El sondeo récord tiene 12.3 km de profundidad. (a) ¿Qué porcentaje de una corteza continental media (30 km) atravesó? (b) ¿Llegó al manto?
Solución
Solución de Ejercicio 16.10.
(a) : alrededor del 41 % de una corteza continental media. (b) No: bajo un continente, el manto empieza por debajo de la corteza, a unos 30 km de profundidad de media; el sondeo se detuvo mucho más arriba, dentro de la corteza.
Ejercicio 16.11 ★★★
Leo dice: “Cerca de la superficie, la temperatura sube 29 grados por kilómetro, así que en el centro, a 6371 km de profundidad, tiene que haber grados”. (a) Calcula el número de Leo. (b) Compáralo con la temperatura que se ha encontrado en el laboratorio para el borde del núcleo interno. (c) ¿Qué falla en el razonamiento de Leo?
Solución
Solución de Ejercicio 16.11.
(a) , y : unos 185 000 grados. (b) El laboratorio da unos 6000 grados en el borde del núcleo interno: el número de Leo es unas 30 veces demasiado grande (). (c) El ritmo de 29 grados por kilómetro solo se midió en los primeros 2 km, más o menos. Leo lo usa miles de kilómetros más allá de las mediciones; en las profundidades, la temperatura sube mucho más despacio. Un ritmo solo se puede usar allí donde se midió.
Ejercicio 16.12 ★★★
La Tierra entera tiene una densidad media de unos 5.5 gramos por centímetro cúbico (Capítulo 13), pero las rocas de la corteza solo tienen una densidad de 2.6 a 2.9. (a) ¿Qué nos dice esto del material que hay más abajo? (b) Usa el gráfico de las densidades: ¿en qué capas es la densidad mayor que 5.5 en todas partes? (c) ¿Por qué es lógico que el metal pesado esté en el centro y no en la superficie?
Solución
Solución de Ejercicio 16.12.
(a) Si la corteza es más ligera que la media, el material de más abajo tiene que ser más denso que 5.5, para subir la media. (b) En el núcleo externo y el núcleo interno (de unos 9.9 a unos 13 gramos por centímetro cúbico); el manto solo llega a 5.6 justo en su fondo. (c) Los materiales más densos se hunden por debajo de los más ligeros, como una piedra se hunde en el agua: el metal pesado acabó en el centro y las rocas más ligeras, arriba.
16.6 Problema: un viaje al centro, a escala
Problema 16.1
Problema de fin de semana — una Tierra de 2 metros de diámetro: las capas, los agujeros más profundos y el interior caliente, dibujados a escala
Para la feria del colegio, una clase construye una maqueta de la Tierra cortada por la mitad, lo más grande posible: la cara plana de la media bola es un disco de 2 metros de diámetro, pintado con las capas. Todo tiene que estar a escala. Usa: radio de la Tierra, 6371 km; techo del núcleo externo, 2891 km; techo del núcleo interno, 5150 km; corteza continental, 30 km; corteza oceánica, 5 km; Everest, 8.849 km; sondeo récord, 12.3 km.
Parte I — La maqueta.
- ¿Cuál es el diámetro de la Tierra, en kilómetros? Escribe el diámetro de la maqueta en milímetros.
- ¿Cuántos kilómetros de la Tierra real representa 1 milímetro de la maqueta? (Divide el diámetro real entre el diámetro de la maqueta.)
- En la maqueta, ¿qué altura tiene el Everest, en milímetros? Redondea a un decimal.
- ¿Qué profundidad tiene el sondeo récord en la maqueta? Compárala con la distancia de la superficie al centro de la maqueta.
Parte II — Las capas.
- ¿A qué distancia por debajo de la superficie de la maqueta tienen que pintar los alumnos el techo del núcleo externo? Redondea al milímetro más cercano.
- La misma pregunta para el techo del núcleo interno. ¿Cuál es el radio del núcleo interno en la maqueta?
- ¿Qué capa ocupa más sitio a lo largo de un radio de la maqueta: el manto, el núcleo externo o el núcleo interno? Da su espesor en la maqueta.
- ¿Con qué espesor hay que pintar la corteza continental? Redondea a un decimal. ¿Es fácil hacerlo con un pincel?
Parte III — El interior caliente.
- Los alumnos escriben la temperatura a 2 km, con un suelo a 15 C y 29 grados por kilómetro. ¿Qué escriben? ¿A qué distancia por debajo de la superficie de la maqueta están los 2 km?
- La mina más profunda baja más de 4 km. En la maqueta, ¿es la mina más profunda o menos profunda que el sondeo récord? ¿Por unos cuántos milímetros?
- Cerca del borde del núcleo interno, la etiqueta dice “unos 6000 C, sólido”. Un visitante se sorprende: ¿por qué el núcleo externo es líquido y el núcleo interno, aún más caliente, es sólido?
- La corteza oceánica es la capa más fina. ¿Qué espesor debe tener en la maqueta, en milímetros? Redondea a dos decimales y compáralo con el grosor de una hoja de papel (unos 0.1 mm).
Solución
Solución de Problema 16.1.
1. km. La maqueta mide 2 m de diámetro, es decir, 2000 mm.
2. : 1 mm de la maqueta representa unos 6.37 km de la Tierra real.
3. : el Everest mide unos 1.4 mm de altura en la maqueta, un grano de arena.
4. mm. El centro de la maqueta está 1000 mm (1 m) por debajo de la superficie: el sondeo es unas 520 veces más corto ().
5. : el techo del núcleo externo se pinta unos 454 mm por debajo de la superficie.
6. : unos 808 mm por debajo de la superficie. El radio del núcleo interno en la maqueta es de mm.
7. El manto: de unos 5 mm a 454 mm, unos 449 mm. El núcleo externo ocupa mm, y el núcleo interno, 192 mm.
8. mm: una franja fina, que se puede pintar con un pincel fino.
9. C. En la maqueta, 2 km están mm por debajo de la superficie: apenas el grosor de tres hojas de papel.
10. mm, frente a unos 1.9 mm del sondeo: la mina es menos profunda, por unos mm.
11. Que una sustancia se funda depende de la temperatura y de la presión. El núcleo interno es el más apretado de todos, por unos 3.3 millones de veces la presión del aire: el hierro apretado solo se funde a una temperatura más alta, así que el hierro del núcleo interno sigue sólido aunque está más caliente que el núcleo externo.
12. : la corteza oceánica solo debe pintarse con un espesor de 0.78 mm en la maqueta de 2 metros, el grosor de unas ocho hojas de papel ().