El manto terrestre es la capa o superficie de la Tierra que se encuentra entre la corteza y el núcleo (supone aproximadamente el 84% del volumen del planeta). El manto terrestre se extiende a unos 34 km de profundidad (o cerca de 8 km en áreas oceánicas) a 2900 km (transición al núcleo). La diferenciación del manto comenzó hace unos 3800 millones de años, cuando la segregación gravimétrica de los componentes de la Tierra protoplaneta produjo la estratificación actual.
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Definición
Primero tenemos que entender que la definición de manto, nos dice que en cualquier tipo de cobertura o capa que se forma dentro de un cuerpo astronómico. Comúnmente cuando hablamos de un manto, nos referimos a todo material sólido que posee una cubierta con diferentes tipos de composición y esta recubre a un núcleo que es visiblemente definido y estra denso. Este tipo de manto tiene unas caraterísticas únicas, y es que se puede subdividir en diferentes capas, y que por lo general hay una que es llamada corteza, tal cual es el caso del planeta Tierra.
El manto terrestre es una capa interna de los planetas de otros cuerpos de planetas rocosos, que se localiza entre el núcleo, la capa más interna y la capa exterior. Para que el planeta en su extensión pueda ser cubierto completamente, este debe ser bastante grande como para haber pasado por la diferenciación de la densidad del planeta. Los planetas (Tierra, Venus, Marte y Mercurio), la Luna de la Tierra, dos de los satélites de Júpiter (Io y Europa) y el asteroide Vesta tienen cada uno un manto rocoso.
Dentro de la tierra, el manto es una capa de roca situada directamente debajo de la corteza y en el núcleo externo. El manto de la Tierra constituye aproximadamente el 70 por ciento del volumen de la Tierra y está por encima del núcleo rico en hierro de la Tierra, que ocupa aproximadamente el 30 por ciento del volumen de la Tierra. Aunque es predominantemente fijo, gran parte del manto es muy viscoso debido a la presión extremadamente alta que contiene. La convección de la vaina se expresa en la superficie a través de los movimientos de las placas tectónicas.
Características que posee el manto terrestre
Entre estas características, podemos mencionar las más importantes y principales que son las que determinan la formación y estructura como tal de este manto:
- El manto se distingue de la corteza mediante la química, es decir, los tipos de rocas, reología y características sísmicas.
- El derretimiento parcial del material del manto hace que elementos incompatibles se separen de la roca del manto, con material menos denso flotando por las grietas o fisuras, para enfriar y congelar en la superficie.
- Las rocas típicas del manto tienen una proporción mayor de magnesio para hierro y una porción menor de silicio y aluminio que la corteza.
- La roca del manto a menos de 400 km de profundidad consiste principalmente en olivino, piroxenos, espinela y granate.
- Por debajo de 650 km, todos los minerales del manto superior comienzan a volverse
- La parte superior del manto se define por un aumento repentino en la velocidad sísmica.
- El manto superior más la corteza suprayacente son relativamente rígidos y forman la litosfera.
- Debajo de la litosfera, el manto superior se vuelve notablemente más plástico en su reología.
- Se sabe muy poco sobre el manto inferior, aparte de que parece ser sísmicamente homogéneo.
Composición del Manto terrestre
Su composición aún no se ha determinado con exactitud, pero se puede decir que consiste en:
- 46% de óxido de silicio
- 38% de óxido de magnesio
- 8% de óxido de hierro
Mientras que las ondas sísmicas que se forman y luego se reproducen en la parte superior de la corteza terrestre, produce que esta densidad que se genera a partir de los materiales, como consecuencia produce se hagan mas grandes. El material del manto también es rico en minerales mafiosos y hierro, principalmente olivino y piroxeno. También puede encontrar piedras como peridotita, dunit y eklogit, que tienen altos porcentajes de hierro y magnesio. Los materiales en la superficie están en forma sólida o viscosa debido a la presión. Su viscosidad es de aproximadamente 1021 y 1024 Pascales, dependiendo de la profundidad en que se encuentre.
Esta capa tiene cerca de 3000 kilómetros de espesor y es una región de roca densa muy caliente. Se mantiene prácticamente en estado sólido debido a la gran presión ejercida por la corteza superior. No hay continuidad entre la corteza y el manto. Esta alteración radical entre una estructura y otra es conocida como la discontinuidad de Mohorovicic, que actúa como un elemento de frontera entre las dos capas.
Esta zona intermedia entre la corteza y la carcasa separa los materiales de menor densidad de la corteza (por ejemplo, calcio, sodio y potasio) de mayor densidad del manto terrestre (silicatos de hierro y magnesio). Se divide en dos partes: manto interno, sólido, elástico; y manto externo, fluido, viscoso.
A través de los sismógrafos es posible obtener informaciones sobre el comportamiento del manto terrestre, ya que no es posible acceder a esa capa directamente. Los registros sísmicos proporcionan información esencial para entender la estructura del manto. Así, los geólogos hablan de dos capas diferentes:
1) la cubierta superior que alcanza los 700 km y la velocidad de las ondas sísmicas es mayor que las producidas en la corteza.
2) La cubierta interior tiene un espesor que va desde los 700 a los 2900 kilómetros.
Los datos geológicos obtenidos en el manto han mejorado la comprensión del proceso de formación de acuerdo con la corteza, probablemente formado por diferenciación magmática, como el magma derivado de astenosfera, la parte flotante del manto superior.
Corteza, manto y Núcleo
Las construcciones terrestres forman la geosfera, que tiene un radio de aproximadamente 6.400 km, desde la capa más superficial o la corteza terrestre hasta el centro de la tierra o núcleo. El núcleo de la tierra está formado principalmente por hierro y níquel y su temperatura es superior a 3000 grados centígrados. El núcleo interno es fijo y el núcleo externo es fluido. La capa más externa es la corteza que contiene océanos y continentes. La corteza es sólida y está formada por piedras, cuya profundidad es de unos 50 km. Entre el núcleo y la corteza está el manto terrenal.
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Entre las diferentes composiciones que representan las capas concéntricas de la Tierra, y gracias a los estudios que han permitido demostrar que esto sea cierto, básicamente podemos analizar los movimientos de las diferentes capas cuando ocurre un evento sísmico de alta intensidad, como por ejemplo un terremoto.
Desde el interior hacia el exterior hay tres capas y estas son las siguientes:
- El Núcleo: es también conocido como la endosfera, es la capa más interna que cubre la tierra. Está formada por diferentes materiales geoquímicos, tales como metales como el hierro y el níquel, y es muy notable porque está fundido, por lo menos gran parte de esta (el núcleo externo) debido a las altas temperaturas presentes en esa área. Este calor interno es responsable de los procesos internos que ocurren en la tierra, algunos de los cuales tienen manifestaciones externas, como los terremotos, volcanismo o desplazamiento de continentes.
- El manto o mesosfera: está por encima del núcleo y está formado por silicatos, más densos en el interior (cubierta inferior) y más pequeños en el exterior (cubierta superior). Es una capa muy activa porque el material del fenómeno de convección, es decir, el material caliente tiende a elevarse desde el núcleo, puede llegar a la superficie y, cuando se enfrían, tiende a hundirse hacia el interior y se produce desde un material llamado ciclo de convección. Mover estos materiales produce el desplazamiento de los continentes y todo esto tiene asociados: terremotos, volcanismo, creación de islas y cadenas montañosas, etc.
- La corteza o Litosfera: es la capa más externa, que está en contacto con la atmósfera y está compuesta de silicatos leves, carbonatos y óxidos. Es más espesa en el área de los continentes y mucho más fina en los océanos. Es un área geológicamente activa porque aquí es donde se dan los procesos internos de calor, manifiesto terrestre, pero procesos externos (erosión, transporte y sedimentación), debido a la energía solar y la gravedad también se dan. Una corteza continental y una corteza oceánica son diferenciadas.
Manto superior
La cubierta superior (o cubierta externa) comienza en la discontinuidad de Mohorovičić, que se encuentra a una profundidad media de 6 km por debajo de la corteza oceánica y a una profundidad media de 35,5 km por debajo de la corteza continental, aunque posteriormente puede alcanzar mayores profundidades superiores a 400 km en las zonas de subducción.
La velocidad de las ondas sísmicas medida en esta capa suele ser de 8,0 a 8,2 km / s, que es mayor que la registrada en la corteza inferior (6,5-7,8 m / s). Los análisis geofísicos muestran que entre 50 y 200 km (o más en zonas de subducción) la profundidad es una disminución de la velocidad de las ondas P (longitudinal) y una fuerte amortiguación de las ondas S (transversales), por lo que esta región se conoce como zona de baja velocidad.
La evidencia basada en datos geofísicos, geológicos y de petrológicos, así como la comparación con cuerpos extraterrestres indica que la composición de la cubierta superior es peridotítica. Se definen como peridotitas a la extensa familia de las estructuras geológicas últrabasicas. Las cuales se conocen datos históricos de que están constituidas en magnesioolivina (alrededor del 80%) y piroxeno (alrededor del 20%). Aunque es inusual en la superficie, las peridotitas afloran en algunas islas oceánicas, en capas sostenidas por el orógeno y kimberlitas raras. (Ver Articulo Sobre: Las ondas gravitacionales).
La experiencia de la fusión de peridotitas muestra que su fusión parcial puede derivar los niveles basales oceánicos en las condiciones de presión y temperatura que se encuentran en la cubierta superior. Este fenómeno se estima que ocurra en la zona de baja velocidad, lo que explica la disminución de las velocidades sísmicas debido a la fusión parcial de los materiales.
El grado de fusión parcial debe llegar al 25%, lo que empobrece esa zona en componentes de baja temperatura de fusión. Hay evidencia indirecta de que el manto se vuelve menos exasperado en el silicato con el aumento de la profundidad. Los estudios en ofiolitos y litosfera oceánica muestran que la formación de la corteza oceánica (con un espesor medio de 5 km) se realiza desde la parte superior del manto superior.
Manto inferior
Si las conclusiones alcanzadas en las nuevas investigaciones que se han realizado en los últimos años son correctas, la composición del sector inferior del manto terrestre, sería mucho mas diferente de lo que hasta ahora se conoce. El manto inferior representa 55 por ciento en volumen del planeta y se extiende entre 670 y 2.900 km de profundidad, limitadas por la zona de transición (arriba) y el límite entre el núcleo y el manto (abajo).
La teoría más aceptada ha sido que el manto inferior consiste en un solo mineral, generalmente llamado perovskita. Se pensó que la perovskita no cambió su estructura a través del amplio rango de presiones y temperaturas que se encuentran en la cubierta inferior. Debido a las fuertes presiones a las que son sometidas dentro del sector inferior del manto, entonces se podría mencionar que esta tiene unos 237.000 veces la presión atmosférica, es decir unos 24GPa, e incluso alcanzar 1,3 millones de veces la presión atmosférica la cual es 136GPa, justo en la mitad del núcleo y el manto.
Experiencias recientes recrean las condiciones del manto inferior usando las células de diamante tibia calentadas por el láser, a presiones entre 938 000 y 997 000 veces la presión atmosférica (95 a 101 GPa) y temperaturas entre 1.900 y 2.100 grados Celsius aproximadamente (entre 3500 y 3860 grados Fahrenheit ), revelan que la perovskita con contenido de hierro es inestable en el manto inferior.
La química de la fase H aún contiene muchos misterios, pero si se aprecia su abundancia en la capa inferior, muchos modelos geodinámicos deben reescribirse para incorporar el papel de la fase H. Y puede haber muchas fases distintas a las identificadas en la corteza inferior.
La cubierta inferior está separada de la astenosfera por la discontinuidad de Repetti, por lo tanto, es sustancialmente sólida y con un rango de plasticidad muy bajo.
La densidad en esta región aumenta linealmente de 4.6 a 5.5. Obviamente, en la capa inferior no se producen cambios en la fase principal, aunque se producen pequeños gradientes en la velocidad de propagación de las ondas sísmicas a 1230 km y 1540 km de profundidad. Por lo tanto, se supone que el aumento en la velocidad de las ondas sísmicas debe ser principalmente como resultado del empaquetamiento de la composición uniforme del material. Se han sugerido varios modelos, lo que sugiere que la cubierta inferior contiene más hierro que la superior.
La temperatura varía de 1000 ° C a 3000 ° C, aumenta con la profundidad y con el calor producido por la descomposición radioactiva y a través del conductor desde el núcleo externo (donde la generación de calor a través de la fricción es experimentada por los flujos generados, el geomagnetismo es alto).
Convección en el manto y puntos calientes
Debido a las diferencias de temperatura entre la corteza terrestre y el núcleo externo, existe la posibilidad térmica de formar una corriente convectiva que cubre todo el manto. Sin embargo, esta capacidad es disminuida por la plasticidad muy baja de los materiales del manto inferior y por el aumento gradual de la densidad (debido a la diferencia en la composición y presión).
Pero, sin embargo, esto no impide que el ascenso a la corteza superior, diapiros plutónicos aislados y que fragmentos de corteza más fría y densa sean enterrados en las zonas de sub-ducción, lo que ocurría por ende es la formación extrema de zonas de re-fusión de materiales de la corteza. La baja plasticidad fuerza a estos movimientos a una extrema lentitud, haciéndolos durar centenares de miles, o incluso millones, de años.
En áreas donde los diapiros persisten y se aproximan a la superficie, lo que lleva a la fusión de los materiales a medida que la presión disminuye con la subida, se forman puntos calientes, que se traducen a la superficie, en formaciones intrusivas, en un vulcanismo persistente o en una ampliación de la corteza oceánica. En las zonas de subducción, subiendo materiales fundidos y el efecto de la introducción de grandes cantidades de agua en el manto para el surgimiento de arcos insulares (como las Indias Occidentales y Japón) y cadenas volcánicas (como la Cordillera de los Andes). (Ver Articulo Sobre: La estructura del universo).
La convección en el manto terrestre es un proceso caótico de dinámica de fluidos, que al parecer es la que determina el movimiento de las placas tectónicas y, por esa vía, la deriva de los continentes. En este contexto, se debe tener en cuenta que la deriva continental es sólo una parte del movimiento de las placas tectónicas, y la rigidez de estos fenómenos, producen una nueva corteza que ocurren a lo largo de las grietas y destrucción a lo largo de las regiones de subducción, un carácter muy complejo.
Además, el movimiento de la litosfera se separa necesariamente de la astenosfera, lo que hace que las placas se muevan a diferentes velocidades con respecto a la vaina. Por lo tanto, los puntos calientes pueden formar cadenas de islas (como el archipiélago de Hawai y las Azores, donde cada isla o volcán marca la posición relativa del punto caliente con respecto a la placa litosférica en un momento dado).
Dada la complejidad del fenómeno de la convección del manto, existen grandes incertidumbres en el modelado, incluso admitiendo que existen diferentes células convectivas en diferentes capas del manto, lo que crea un sistema de múltiples capas entre el núcleo y la corteza. Aunque hay una tendencia general de aumento de la viscosidad con la profundidad, esta relación no es lineal y se muestra que hay capas con una capa mucho más alta de lo esperado en la capa superior y con la zona de transición a la viscosidad del núcleo externo.
Sin embargo, en las zonas de subducción, el gradiente geotérmico puede reducirse significativamente, lo que aumenta la rigidez del material de la vaina a su alrededor. Por lo tanto, ya se han registrado terremotos en estas áreas con distancias focales de 400 km a 670 km, aunque son muy raras.
La presión en la capa inferior del manto alcanza 140 GPa (1.4 Matm). A pesar de estas presiones gigantescas, que aumentan en profundidad, se cree que también es posible que toda la vaina se deforme como un líquido muy viscoso cuando se consideran períodos largos. La viscosidad de la cubierta superior varía entre 1021 y 1024 Pas, dependiendo de la profundidad. Por lo tanto, cada movimiento en la corteza debe ser necesariamente hiperlativo.
Esta situación de alta viscosidad contrasta fuertemente con la fluidez del núcleo externo, incluso si se somete a una presión más alta. Este contraste da como resultado la composición del núcleo, cuyo punto de fusión es mucho más bajo que el de los compuestos de hierro en la cubierta.
Por lo tanto, los compuestos de la superficie inferior de la corteza de hierro, a pesar de estar sujetos a una presión más baja, se encuentran en estado sólido (aunque, si tomamos las escalas de referencia a largo plazo, actuamos como una viscosidad extrema fluida), mientras que el núcleo es externo, hierro casi puro, en estado líquido El núcleo interno está en estado sólido dadas las presiones extremas a las que está expuesto.
Las consecuencias de esta diferencia entre la corteza y el núcleo externo (y entre ella e internamente) son cruciales para la vida en la Tierra, porque aquí el campo magnético de la Tierra sirve como un escudo electromagnético que protege la vida de la superficie de la radiación ionizante en el espacio exterior y los vientos solares.
Características del manto terrestre de la tierra
El manto se puede diferenciar generalmente del manto terrestre, debido a su composiciones tanto químicas como su comportamiento, de acuerdo a estos factores importantes, se puede evidenciar la existencia de una clara alteración súbita (una discontinuidad) en las propiedades físicas de los componentes, que es conocida como discontinuidad de Mohorovičić, o simplemente Moho, en homenaje a Andrija Mohorovičić, el geofísico que la descubrió. Esta discontinuidad marca la frontera entre la corteza y el manto.
Propiedades físicas: Estas propiedades físicas, tienen un rol muy importante, además de las composiciones del manto, ya que el manto también presenta propiedades físicas que difieren mucho de la corteza (y del núcleo). Los siguientes puntos hacen una caracterización de los principales parámetros físicos del manto.
Condición del material: El material del que está compuesta la corteza o capa superior, puede ser sólido o como una pasta viscosa, como resultado de las altas presiones. Contrariamente a lo que se puede imaginar, la tendencia en las áreas de alta presión como piedras sigue siendo fuerte, además de ocupar menos espacio físico que la fusión de líquidos resultante. (Ver Articulo Sobre: La evolucion del universo).
Además, la constitución del material en cada capa del manto terrestre determina el estado físico local. Por lo tanto, el interior de la Tierra, incluido el núcleo interno, tiende a ser sólido porque, a pesar de las altas temperaturas, está sujeto a una presión tan alta que los átomos a comprimir, que requieren que las fuerzas repulsivas entre los átomos sean superadas por la presión externa. Como resultado, aunque se deja la temperatura, la sustancia es sólida.
Temperatura: Temperatura del manto entre 600 ° C (873 K) en el área de contacto con la corteza a 3500 ° C (3773 K) en el área de contacto con el núcleo, muy cerca. Este aumento de la temperatura refleja tanto la mayor dificultad de las capas profundas de pérdida de calor a través de la conducción a la superficie como la mayor parte de la capacidad para producir calor en profundidad (al aumentar la descomposición y la fricción radiactiva con el fluido en movimiento en el núcleo externo).
Viscosidad: La viscosidad de la cubierta superior (astenosfera) varía entre 1021 y 1024 Pas, dependiendo de la profundidad. Por lo tanto, la cubierta superior se mueve muy lentamente, lo que actúa simultáneamente como un sólido y como una alta viscosidad líquida. Esto explica el movimiento muy lento de las placas tectónicas y la disminución de los movimientos isostáticos y el rebote de las placas tectónicas a medida que su peso cambia (por ejemplo, la formación de masas de hielo y la posterior descongelación).
Densidad: La densidad en esta área aumenta de una forma lineal de 3,4 a 4,6 (en el manto superior) y de 4,6 a 5,5 (en el manto inferior). En el manto superior, la presencia de la astenosfera marca zonas de fusión parciales. No se ha evidenciado, ningún cambio significativo de fase ocurre en el manto inferior, aunque hay pequeños gradientes en la velocidad de propagación de las ondas sísmicas a 1230 km y 1540 km de profundidad. De este modo, se cree que el aumento en la velocidad de la onda sísmica debe ocurrir principalmente como resultado de la compactación de un material de composición uniforme.
Se han sugerido varios modelos, lo que sugiere que la cubierta inferior contiene más hierro que la superior. En este caso, la relación Fe / Mg variaría de 0.25 en la cubierta superior a 0.6 en la cubierta inferior. El aumento en la masa atómica promedio aumentaría la densidad a los valores observados sin recurrir a estructuras moleculares complejas.
Estos modelos generaron muchas discusiones, porque si el manto inferior es más denso que el superior, la existencia de movimientos de convección sería difícil. Por otro lado, habiendo una convección generalizada en el manto, sería difícil mantener la heterogeneidad de la composición química durante grandes intervalos de tiempo. Sin embargo, estas inconsistencias aparentes se pueden suavizar si se considera la existencia de células de convección independientes en el manto.
