¿Cómo es en realidad el interior del planeta Tierra?

Parece que, en general, tenemos la concepción de que la Tierra es una especie de corteza sólida rellena de magma líquido. Al fin y al cabo, el simple hecho de que existan lugares como la caldera del monte Nyiragongo (que aparece en el siguiente vídeo junto con un vulcanólogo demasiado intrépido) parece apoyar esa idea.

Pero hoy vengo a desafiar algo que habíamos dado por sentado hasta el momento: el interior de nuestro planeta es prácticamente sólido. Y digo prácticamente porque hay una parte líquida, pero no se encuentra donde la mayoría pensamos.

¡¿Pero qué me estás contando!? ¡Si ahí dentro la temperatura es de miles de grados! ¿Cómo no va a ser todo líquido? ¿Y por qué según esta imagen el núcleo externo del planeta está fundido y el resto no? ¿Y por qué sale lava del interior de la Tierra? ¡AGH! ¡Explícame todo eso o vete venderle tus informaciones a otro!

CALMA POR FAVOR, YA VOY.

Antes de empezar: el interior del planeta se mantiene caliente en gran parte gracias la desintegración de elementos radiactivos en el manto y el núcleo y, en menor medida, conserva parte del calor que se generó durante su formación. Con esto quiero aclarar que el interior del planeta no se mantiene caliente debido a la gran presión que está sometido.

Y ahora podemos seguir.

La temperatura no es el único factor que determina cuándo se va a fundir un material. Si decimos que el hielo se funde a más de 0ºC, por ejemplo, en realidad queremos decir que el hielo se funde a más de 0ºC a presión atmosférica.

Aunque pocas veces reparamos en ello, el aire tiene masa y, como todo lo que tiene masa, es atraído hacia la superficie terrestre por la gravedad de nuestro planeta. Por tanto, el aire ejerce una fuerza sobre los objetos (su propio peso). 

Pero no notamos la masa de aire que tenemos encima de nuestras cabezas como un peso muerto sobre nuestros hombros. Como explicaba en esta entrada en la que hablaba sobre los efectos de la presión si nos sumergimos en una piscina construida en la cima del Everest, la fuerza ejercida por un fluido se reparte alrededor de todo el cuerpo sobre el que actúa y lo empuja “hacia adentro” desde todas direcciones. Lo comprime, vaya.

 

Ahora imaginemos que tenemos un cubo de hierro encima de la mesa. Como tenemos un soplete a mano y nada mejor que hacer porque es navidad, salimos a la calle y empezamos a calentarlo para ver qué pasa. Llevamos con nosotros nuestro inseparable termómetro, con el que comprobamos que, cuando por fin el hierro se funde, ha alcanzado los 1.538ºC de temperatura.

Quedémonos con este ejemplo en mente. Ahora, para saber por qué gran parte del interior del planeta es sólido, habrá que entender qué pasa en realidad cuando un material se funde.

Las cosas sólidas están compuestas por átomos y moléculas y están unidas entre sí por sus enlaces. Como explicaba en esta entrada sobre cómo se forman los minerales, distintas moléculas tienen diferentes maneras de unirse entre sí para formar sólidos más grandes.

En esa misma entrada explicaba también que lo que nosotros interpretamos como calor es, en realidad, el resultado de la vibración de las moléculas. Cuanto más rápidamente vibre una molécula, más energía cinética tendrá y más caliente nos parecerá que está.

Los objetos se mantienen en forma sólida si esta vibración es lo suficientemente pequeña como para que los enlaces que las unen no se desmoronen. Si calentamos un objeto hasta el punto en que sus moléculas vibren demasiado como para poder seguir enlazadas, las moléculas se separarán y pasarán a formar una masa desordena e incoherente… Y entonces es cuando hablamos de un líquido, una sustancia sin organización molecular.

Según el material con el que estemos tratando y dependiendo de lo fuertes que sean sus enlaces, se necesita más o menos energía para que sus enlaces se rompan y la estructura se venga abajo. Cuanta más energía hace falta impartir al sistema para que sus enlaces se separen, será necesario aplicar una mayor temperatura para que se funda. El hierro tiene unos enlaces fuertes y se funde a 1.538ºC a presión atmosférica mientras que el mercurio, con unos enlaces muy débiles, se funde a -39ºC.

Pero, bueno, a lo que iba.

Si se dan las condiciones necesarias, la fuerza compresora ejercida sobre un material por la presión ayuda a que las moléculas queden bien pegadas entre sí y que sus enlaces tengan que vibrar con más fuerza para deshacerse. Es decir que, sometido a una mayor presión, habrá que calentar un material a una mayor temperatura para que se funda.

Volviendo al experimento que estábamos haciendo en el jardín, si el aire fuera más denso y, por tanto, ejerciera una fuerza compresiva sobre nuestro bloque de hierro, entonces no bastarían 1.538ºC para fundirlo: necesitaríamos calentarlo un poco más.

Esto es precisamente lo que pasa en el interior del planeta: las temperaturas son tremendas, sí, pero los kilómetros de material que hay encima de las rocas ejercen tanta fuerza sobre ellas que las moléculas que las componen no se pueden separar para formar un líquido.

¿Y entonces cómo se mueven los continentes? ¿No es gracias a que flotan sobre una capa de magma que arrastra las placas tectónicas?

SssssssssNo.

Es verdad que el manto que hay bajo la corteza del planeta se comporta como un fluido a lo largo de millones de años, pero está compuesto por roca sólida.

La roca que compone el manto terrestre se mueve gracias a la diferencia de temperaturas entre el núcleo del planeta y la superficie. El material caliente que está en contacto con el núcleo “asciende” y el que está más frío “desciende”, creando corrientes convectivas de material que arrastran consigo las placas tectónicas.

Esto son corrientes convectivas. (Fuente)

Pero para que se formen estas corrientes en el manto… ¿No debería ser líquido?

No, no hace falta. Una corriente convectiva se puede formar en un sólido. La diferencia es que en un sólido las corrientes avanzan muchísimo más despacio. Y cuando digo muchísimo, quiero decir muchísimo: el material que compone el manto se desplaza a la vertiginosa velocidad de unos 20 milímetros anuales.

Por supuesto, si pudiéramos hacer un agujero en el planeta y bajar hasta el manto para ver qué tal está todo, sólo encontraríamos roca sólida muy caliente. Es el conjunto del manto, durante escalas de tiempo larguísimas (del orden de millones de años), el que se mueve.

En esta imagen he representado, más o menos, cómo se comporta una corriente convectiva dentro del manto sólido del planeta: el material que está más cerca del núcleo se expande al estar sometido a altas temperaturas. Esta expansión fuerza al material más frío que tiene alrededor  a deformarse y apartarse de su camino, mientras el material caliente avanza por las zonas más débiles. Eventualmente, este material más caliente puede llegar hasta la superficie y empujar los continentes.

Que el material aparezca de color rojo no significa que esté fundido. El color está sólo para diferenciar la roca caliente del resto del manto.

En realidad, que el manto sea sólido tiene todo el sentido del mundo. Si el interior del planeta fuera líquido y los continentes flotaran encima de una gran piscina de magma, entonces las colisiones entre placas tectónicas no podrían formar grandes cordilleras montañosas como el Himalaya o los Andes, ya que las placas podrían volver a deslizarse fácilmente hasta su posición original.

Vale, hasta aquí bien. Pero, entonces, cómo explicas la lava, ¿eh?

La lava que vemos salir de los volcanes no viene de una reserva gigante de magma encapsulada por la corteza terrestre. El magma (recordemos que sólo se le llama lava cuando sale a la superficie) se crea de manera local.

Cuando las rocas calientes del manto consiguen subir por la corteza, la presión que actúa sobre ellas no es suficientemente alta como para evitar que la temperatura a la que están sometidas las funda. Por tanto, las rocas se vuelven líquidas (y se convierten en magma) y ganan la movilidad que les permite colarse por grietas hasta llegar a la superficie.

Bueno, vale… Y… Y… Ah, sí, ¿Y si la presión es tan grande en las profundidades de nuestro planeta, por qué el núcleo interno es sólido, pero el externo no? ¿Qué pinta ahí esa capa líquida?

Cuando la Tierra se formó, hace 4.500 millones de años, era una gigantesca bola de roca líquida extremadamente caliente. Al estar en estado líquido, los materiales más densos que contenía se hundieron hacia el núcleo del planeta por la propia gravedad, mientras que los más ligeros quedaron flotando en las capas más externas.

Por eso la corteza y el manto terrestre están compuestos en su mayoría por elementos ligeros, en su mayoría óxidos de silicio y magnesio.

En cambio, el núcleo interno y el externo del planeta están compuestos básicamente por dos metales: hierro y níquel. Estos elementos se funden a alrededor de 1.500ºC a presión atmosférica pero, presionados por miles de kilómetros de roca en el centro del planeta, la temperatura necesaria para que esto ocurra aumenta una barbaridad.

Tratemos por un momento el núcleo terrestre como una sola bola de hierro y níquel de 3.500 kilómetros de radio, sin diferenciar entre núcleo interno y externo.

La temperatura desde la parte exterior de esta bola metálica aumenta a medida que nos adentramos en ella, empezando a unos 4.000ºC en la zona donde está en contacto con el manto. La presión a la que está sometida nuestra bola también aumenta con la profundidad, por lo que también lo hace el punto de fusión del material.

En la zona más externa del núcleo, la temperatura es demasiado alta y la presión demasiado baja como para impedir que la mezcla de níquel y hierro se funda.

Pero, a una profundidad de 2.300 kilómetros a partir del borde externo del núcleo, la presión ejercida sobre el material es tan grande que su punto de fusión supera a la temperatura que lo rodea (que es de 5.700ºC) y el tremendo calor del núcleo no basta para sobreponerse a la fuerza compresiva que mantiene el metal compacto.

Para fundir esta parte del núcleo del planeta, se necesitaría una temperatura de alrededor de 6.200ºC.

Y por eso la parte externa del núcleo es líquida y la interior es sólida y las diferenciamos llamándolas núcleo interno y núcleo externo. Es una cuestión de presión.

 

 Ok, hoy me has convencido. Por cierto, ¿No tenías que decir no se qué de TU LIBRO?

¡Ah, sí! ¡Se me olvidaba! Gracias, voz cursiva.

En septiembre del año pasado publiqué un libro con la editorial Paidós que está disponible en librerías tanto en España como en México y por internet por todo el mundo. Así que, si os apetece leer algo sobre historia de la astronomía, os dejo por aquí mi libro del que leí que alguien decía (para bien o para mal): es como leer “Ciencia de Sofá, la película:

29 pensamientos en “¿Cómo es en realidad el interior del planeta Tierra?”

  1. no tienes ni idea, el calor de la tierra no solo tiene que ver por la presion, si no por la radioactividad, segun tu teoria este planeta deberia estar como la luna o marte, totalmente solido y muerto y se mantiene liquido por la reccion de la radioactividad, el nucleo no es solido como tu dices es liquido porque si fuese solido no tendriamos campo magnetico, para que veas que no tienes ni idea, y otra cosa, la corteza terrestre si esta flotando sobre un manto liquido, porque si no fuese asi, no existirian volcaneslos volvcanes se producen cuando las placas tectonicas rompen alguna zona de la corteza terrestre y debido a que la presion interior es muchisimo mayor que la exterior sale la lava, es decir el manto.

    1. Ey, ey, que en ningún momento he dicho que el calor interno del planeta lo genere la presión, sino que el calor y la presión aumentan la profundidad. Aunque te doy la razón en que lo debería puntualizar porque puede dar lugar a malentendidos, así que lo añadiré.

      Tampoco he dicho que el núcleo sea completamente sólido, de hecho explico que la capa externa es líquida. Es la interacción entre el núcleo interno sólido y el externo líquido las que generan el campo magnético (lo explicaba aquí: http://cienciadesofa.com/2014/02/respuestas-xl-cuando-desaparecera-el-campo-magnetico-terrestre.html).

      Y los volcanes aparecen cuando hay intrusiones de material más caliente en la corteza, pero no necesariamente se forman en los límites entre las placas. Mira por ejemplo la actividad volcánica del parque nacional de Yellowstone, que está en medio de la placa norteamericana (explicaba su origen aquí: http://cienciadesofa.com/2014/04/el-super-volcan-de-yellowstone.html).

    2. Nada más empezar tu comentario con un “no tienes ni idea” dice poco bueno de ti. Tienes que ser un poco más respetuoso. El anonimato que proporciona la red no significa que puedas tratar a las personas de una manera diferente que si las tuvieses cara a cara.

      1. Exacto. Me ha dado una rabia leerlo… Pues yo le diría: “Si no tengo ni idea haz tu un blog y cuando tenga el écito y el cariño que tiene este encima hablamos”.
        Lo bueno es que Jordi tiene más paciencia que yo. Un saludo campeón!

    3. Hola Diego. Antes de comentar, ( y más en el tono poco constructivo en que lo haces), haz el favor de leerte el articulo. Debajo del vídeo pone subrayado y en verde, que el interior del planeta se mantiene caliente en gran parte gracias la desintegración de elementos radiactivos en el manto y el núcleo. Y el tema de los volcanes también lo ha explicado y efectivamente no es debido a que el manto sea liquido. Contrástalo si quieres. En la red tienes multitud de artículos que dicen esto mismo. Saludos y gracias por la pagina. Muy didáctica y divertida 🙂

    4. No existen medios físicos ni tecnológicos para verificar el interior de planeta Tierra, pero si hipótesis, respecto a los conocimientos actuales, como cualquier tipo de energía que fluye a través del universo conocido o sin conocer, se mantienen masas de energía como las que podrián formar los diferentes astros que transfieren radiaciones al igual que lo hace en mayor o menor medida el astro rey mas cercano y que por “sol” le conocemos gracias a que esta a una distancia precisa del planeta con biosfera.

      Bien cuando me pregunte? por que se reunirerón las condiciones ideales para haber empezado la vida en Planeta Tierra, encontré una relación respecto a las variables orbitas que al igual que los cuerpos (cualquier planeta,asteroide…) tienden a orbitar sobre la mas cercana y mayor masa atomica existente, me aparecío esta teoria en mi cerebro, pero la comparto pese a las discrepancias que pueda ocasionar a lo que se creía conocer.

      Cada cierto periodo en tiempo universal, la polaridad respecto a la geografía de este planeta en el que respiramos!!! para poder entender, tiene variaciones, el polo norte no siempre ha estado centrado su eje polar en lo que actualmente es el Artico, como todo flujo magnético su oposición respecto a un mismo eje esta el polo sur, situandonos en si!! donde los pingüinos emperador sobreviven pese a nuestro acelerado y provocado cambioclimatico aportando mas temperatura a la atmosfera. La biología fosilizada corrobora la teoría!

      Esas variaciones del eje terrestre, de magnitud metrica o kilometrica, que puede llevar a que estén los polos en un continente o en oceano independientemente de una nueva aparición continental por un desplazamiento por fallas, el nucléo de la tierra no se sabe si es liquido o solido y relativamente eso, es lo menos interesante! el nucleo del planeta al que también se podía haber llamado Agua y tierra,¡ bien no me extendere textualmente mas! la incognita del nucléo es que tiene un valor energético menor evidentemente a si hicieramos una comparativa respecto a la masa energética sobre la que orbita el astro SOL, una teoría nueva pero proporcionalmente racional.

      Ademas la causa por la que planeta tierra sufre cambios geomorfologicos es por la aproximación de las equicomparables orbitas entre los astros y masas de los sistemes solares respectivamente colindantes o proximos al nuestro.
      La atracción de los cuerpos, como bien se dijo en su dia, no solo actua en la gravedad terrestre que conocemos, sino son evidencia de las masas de energia proximas que aceleran o ralentizan orbitas desencadenando aceleración o ralentización en un espacio tiempo, la vida en tierra no solo es por la distancia precisa respecto al sol, si no por la energía que mantiene su nucleo, en comparativa el planeta Marte necesitaria una proporción de nucleo energetico activo proporcionalmente superior al terrestre por ser proporcionalmente mas alejado del Astro SOL, la composición atomica marciana es similar al que mantiene el planeta de vida, bien, cuestionando, por que Marte esta congelado, podria ser que la energia de su nucleo y la distancia respecto al mismo astro sobre el que orbita también, no es proporcional en cuanto a unidad energetica universal y distancia precisa encomparación con el estupendo planeta TIERRA o Bioplanet como se referiría un Ingles, gracias y no es tanto texto, pues las teorias van mas allá …y ademas cierto es que pueden ocupar un espacio para el poco tiempo del que disponemos para el conocimiento

      1. En realidad si hay medios científicos y tecnólógicos para conocer cómo es el interior de la Tierra, no al detalle, pero sí dan muchas pistas. El ejemplo más clásico es la transmisión de las ondas por el interior de la misma (que nos permite conocer la viscosidad de las capas y si se encuentran en estado sólido o líquido, el núcleo externo líquido no es una incógnita como dices).

  2. Genial entrada… Tenia asumido que el manto era liquido y el nucleo solido. Al leer el articulo me vino a la mente algo que escuche en un documental aunque no tenga nada que ver.
    Era que en antiguas catedrales los vidrios eran mas anchos por abajo… Lo que podria querer decir que el vidrio no fuese un solido, sino realmente un liquido extremadamente viscoso.

    Disculpa las faltas ortograficas, el movil es un coñazo, compartire esta noche la entrada en un foro

    1. Mucha razón tienes mi estimado. es más poyando lo dicho por ti se dice en física moderna que el vidrio que no es cristal es un líquido sólido, y el agua líquida (por así decirlo) es un sólido líquido,y esto porque a pesar de su liquidez (eso quisiera en mis deudas) se comporta como un entramado de 3D como si fuera un sólido. Saludos desde Tuxcueca Jalisco México.

      1. Si se afirma que el nucléo de planeta Tierra es solido, pues proporcionalmente a su unidad energética el astro rey (sol) parte de su interior también seria solido, aunque esta sometido a mayor presión y su naturaleza atómica distinta

  3. me encanto tu articulo, solo un leve comentario, Richard Hammond no es propiamente un científico, es presentador actual del programa TOP GEAR, emitido por la BBC, tambien lo eh visto en varios documentales como presentador. fuera de eso me encanto todo muchas gracias por el aporte

  4. que facil parece divulgar ciencia cuando lo haceis de forma tan amena y bien estructurada.
    respecto al cristal como fluido, recuerdo haber leido hace mucho que solian encontrarse botellas de cristal deformadas por la presion en algunas excavaciones arqueologicas.
    diego; aprende a debatir.

  5. No sé si llego un poco tarde para preguntar, si es aquí el lugar correcto o si ya se ha respondido a la pregunta, pero es que soy nuevo. De todas formas, la pregunta es: ¿entonces los núcleos de las estrellas y otras entidades de gran masa estelares pueden tener una estructura (diferenciación entre capas) similares a la de la tierra? ¿Las manchas solares es el equivalente a los movimientos tectónicos terrestres?

    Un saludo

  6. Enhorabuena por el artículo, Jordi. Quería hacerte una pregunta a colación del mismo. En el pleistoceno superior o así, cuando yo cursaba 2° de BUP, mi profesora de ciencias nos habló de la traslación de los continentes, y nos dijo que dicha traslación era relativamente moderna; desde hacía unos 200 millones de años para acá. El caso es que no supo/quiso decirnos el porqué, y es una duda que tengo desde entonces y de la que aún no he obtenido respuesta. Si pudieras ilustrarme, te lo agradecería un montón. Gracias de antemano y te reitero mi enhorabuena por el artículo y por Ciencia de sofá. Saludos!

    1. Muchas gracias, Víctor.

      Pues no sé de dónde lo sacaría tu profesora. Hasta donde sabemos, los continentes se llevan moviendo (entiendo que por “traslación” te refieres simplemente a que se muevan) desde que la corteza terrestre se solidificó. 200 millones de años es, más o menos, el tiempo transcurrido desde que Pangea empezó a separarse, pero existieron otros súper continentes antes de Pangea (como Gondwana y Laurasia https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_supercontinents). De hecho, el súpercontinente más antiguo hubiera sido “Ur”, que existió hace 3.000 millones de años, así que las consiguientes reconfiguraciones que sufrieron las masas de tierra del planeta son señal de que el movimiento tecnónico lleva funcionando mucho más de 200 millones de años.

      Un saludo!

      1. En realidad, Laurasia no es un “supercontinente” (no es más que América del Norte). Y a Ur yo lo he oído llamar “súper-cratón” más que “súper continente”, porque no agrupaba la suficiente masa continental como para ser considerado tal.
        No hay mucho consenso sobre si la tectónica de placas ha funcionado igual durante toda la historia de la Tierra: se sabe que en el Arcaico los continentes se movían, pero no se tiene muy claro si los mecanismos eran los mismos que hoy en día. Aún así, eso es hace 2500 Ma, muuuucho antes de esos 200 Ma, así que no sé de dónde sacó la cifra la profesora.

        Y felicidades por la entrada, Jordi, la verdad es que se agradece un poco de divulgación sobre geología.

  7. ¡Hola! Me sirvió mucho tu información! Sí que eres un genio. Es muy bueno saber cada día más. Y nosotros caminamos en Corteza, va sobre ella, y bajo la tierra no tenes cómo respirar, Ósea ya para ser directa no podes respirar, debido a que allí abajo no hay oxigeno humano.

  8. ¡A lo que vamos! ¡Jordi! Muchísimas gracias por tu artículo, esto es divulgar y lo demás… La claridad para exponer ideas, el ingenio para darle el toque que te saca la sonrisa mientras lo lees,lo currado que está todo, vaya… Tienes mi admiración y mi seguimiento a partir de este momento. Por cierto, soy licenciado en geografía, y en cinco años nadie consiguió dejar este concepto claro como tu lo has hecho en “cuatro líneas”.
    Un saludo, compañero.

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