Al igual que los demás planetas terrestres (Mercurio, Venus y Marte), la Tierra está formada por muchas capas. Esto es el resultado de su diferenciación planetaria, en la que los materiales más densos se hunden en el centro para formar el núcleo, mientras que los materiales más ligeros se forman alrededor del exterior. Mientras que el núcleo está compuesto principalmente por hierro y níquel, las capas superiores de la Tierra están compuestas por rocas y minerales de silicato.
Esta región se conoce como el manto, y representa la gran mayoría del volumen de la Tierra. El movimiento, o convección, en esta capa es también responsable de toda la actividad volcánica y sísmica de la Tierra. La información sobre la estructura y la composición del manto es el resultado de la investigación geofísica o del análisis directo de las rocas derivadas del manto, o del manto expuesto en el fondo del océano.
Definición:
Compuesto por material rocoso silicatado con un grosor medio de 2.886 kilómetros (1.793 mi), el manto se sitúa entre la corteza terrestre y su núcleo superior. El manto constituye el 84% del volumen de la Tierra, frente al 15% del núcleo y el resto de la corteza. Aunque es predominantemente sólido, se comporta como un fluido viscoso debido a que las temperaturas se acercan al punto de fusión en esta capa.
Nuestro conocimiento del manto superior, incluidas las placas tectónicas, se deriva de los análisis de las ondas sísmicas; de los estudios de flujo de calor, magnéticos y de gravedad; y de los experimentos de laboratorio con rocas y minerales. Entre 100 y 200 kilómetros por debajo de la superficie de la Tierra, la temperatura de la roca se aproxima al punto de fusión; la roca fundida que erupciona en algunos volcanes se origina en esta región del manto.
Estructura y composición:
El manto se divide en secciones que se basan en los resultados de la sismología. Se trata del manto superior, que se extiende desde unos 7 a 35 km (4,3 a 21.El manto superior se extiende desde unos 7 a 35 km desde la superficie hasta una profundidad de 410 km; la zona de transición, que se extiende desde 410 a 660 km; el manto inferior, que se extiende desde 660 km hasta una profundidad de 2.891 km; y el límite entre el núcleo y el manto, que tiene un grosor variable (unos 200 km de media).
En el manto superior se distinguen dos zonas principales. La más interna es la astenosfera interior, que está compuesta por roca plástica fluida de un espesor medio de unos 200 km. La zona exterior es la parte más baja de la litosfera, que está compuesta por roca rígida y tiene un grosor de entre 50 y 120 km.
La parte superior de la litosfera es la corteza terrestre, una fina capa de entre 5 y 75 km de grosor, que se separa de la corteza terrestre.6 mi) de espesor, que está separada del manto por la discontinuidad de Mohorovicic (o «Moho», que se define por un fuerte aumento hacia abajo de la velocidad de las ondas sísmicas).
En algunos lugares bajo el océano, el manto está realmente expuesto. También hay algunos lugares en tierra donde la roca del manto ha sido empujada a la superficie por la actividad tectónica, sobre todo la región de Tablelands del Parque Nacional de Gros Morne en Terranova y Labrador (Canadá), la isla de San Juan (Egipto) o la isla de Zabargad en el Mar Rojo.
En cuanto a sus elementos constitutivos, el manto está formado por un 44,8% de oxígeno, un 21,5% de silicio y un 22,8% de magnesio. También hay hierro, aluminio, calcio, sodio y potasio. Todos estos elementos están unidos en forma de rocas de silicato, todas ellas en forma de óxidos. El más común es el dióxido de silicio (SiO2) con un 48%, seguido del óxido de magnesio (MgO) con un 37,8%. Ejemplos de rocas que se pueden encontrar en el interior del manto son: olivino, piroxenos, espinela y granate.
Convección:
Debido a la diferencia de temperatura entre la superficie y el núcleo externo de la Tierra, existe una circulación convectiva de materiales en el manto. Ésta consiste en el movimiento lento y sigiloso del manto de silicatos de la Tierra a través de la superficie, transportando el calor del interior de la Tierra a la superficie. Mientras que el material caliente sube a la superficie, el material más frío y pesado se hunde debajo.
La litosfera está dividida en una serie de placas que se crean y consumen continuamente en sus límites de placa opuestos. El movimiento descendente del material se produce en las zonas de subducción, lugares situados en los límites de placas convergentes en los que una capa del manto se mueve por debajo de otra. La acreción se produce a medida que se añade material a los bordes crecientes de una placa, lo que se asocia a la propagación del fondo marino.
Se cree que este proceso caótico es parte integrante del movimiento de las placas, que a su vez da lugar a la deriva continental. La corteza oceánica subducida es también lo que da lugar al vulcanismo, como demuestra el Cinturón de Fuego del Pacífico.
Exploración:
Las investigaciones científicas y la exploración del manto se realizan generalmente en el fondo marino debido al espesor relativo de la corteza oceánica en comparación con la corteza continental. El primer intento de exploración del manto (conocido como Proyecto Mohole) logró una penetración de aproximadamente 180 metros (590 pies). Fue abandonado en 1966 tras repetidos fracasos y sobrecostes.
En 2005, el buque de perforación oceánica JOIDES Resolution logró un sondeo a 1.416 metros de profundidad bajo el fondo marino. En 2007, un equipo de científicos a bordo del buque de investigación británico RRS James Cook realizó un estudio en una sección expuesta del manto situada entre las islas de Cabo Verdr y el mar Caribe.
En los últimos años, se propuso un método de exploración de las capas de la Tierra mediante una sonda pequeña, densa y generadora de calor. Ésta se abriría paso a través de la corteza y el manto y se comunicaría mediante señales acústicas generadas por su penetración en las rocas. La sonda consistiría en una cubierta exterior de tungsteno con un núcleo de cobalto-60, que actúa como fuente de calor radiactivo.
Se calculó que una sonda de este tipo llegaría al Moho oceánico en menos de 6 meses y alcanzaría profundidades mínimas de más de 100 km en unas pocas décadas bajo la litosfera oceánica y continental. En 2009, una aplicación de supercomputación creó una simulación que proporcionó nuevos conocimientos sobre la distribución de los depósitos minerales de cuando el manto se desarrolló hace 4.500 millones de años.
Aunque el manto de la Tierra aún no ha sido explorado a una profundidad significativa, se ha aprendido mucho de los estudios indirectos de los últimos siglos. A medida que continúe la exploración humana del Sistema Solar, seguro que aprenderemos más sobre los planetas terrestres, su comportamiento geológico y su formación.
Hemos escrito muchos artículos sobre el interior de la Tierra aquí en Universe Today. Aquí hay uno sobre el manto de la Tierra, el descubrimiento del núcleo interno, interior de la Tierra, cuál es la diferencia entre el magma y la lava, y un artículo sobre cómo el núcleo de la Tierra gira más rápido que su corteza.
Para más información, consulte el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS).
Astronomy Cast también tiene un episodio sobre el tema. Escúchelo aquí, Episodio 51: La Tierra.