Ondas sísmicas y estructura interna de la Tierra.

La entrada aquí fue acerca de las fases telesísmicas, donde hablaba de las aplicaciones prácticas que tiene estudiar las distintas fases. Unas cuantas de estas eran sobre estudiar las fronteras entre las distintas capas de la Tierra. Estos estudios son la forma que tenemos de conocer la estructura interna,  ya que no es tan fácil como ponerse a cavar, como dicen las películas. Antes de entrar en materia, un breve recordatorio de cuales son las capas terrestres.

capas-tierra

Capas de la Tierra (1)

Las capas del interior de la Tierra eran [1]:

  • La corteza, continental u oceánica, que va de los 0 a los 70 kilómetros de profundidad.
  • El manto, subdividido en superior e inferior, que van de los 70 a los 660 kilómetros, y los 660 y 2890 kilómetros respectivamente. El manto superior es una capa viscosa.
  • El núcleo, externo, que va desde los 2890 a los 5150 kilómetros de profundidad y está en estado líquido; y el interno que va de los 5150 a los 6370 kilómetros de profundidad.

¿Qué más cosas sabemos de las capas terrestres? Ya he mencionado que el núcleo externo es líquido, frente al resto de capas que son sólidas (o viscosas). También se saben cosas como la densidad que tiene cada capa, y por tanto, una posible composición. También se conoce la distribución de presión y temperatura, así como la viscosidad que tienen.
¿Cómo sabemos todo esto? Gracias a las ondas sísmicas, como ya he dicho. Las ondas sísmicas como buenas ondas, se pueden refractar y reflejar en la frontera entre dos medios con diferente velocidad. La refracción es el típico efecto de ver el lápiz roto en un vaso de agua. Este efecto se produce por la diferencia del índice de refracción entre el agua y el aire. ¿Y qué es el índice de refracción? El índice de refracción es el cociente entre la velocidad de la luz en un medio respecto a la velocidad de la luz en el vacío, es decir, n=c/v. Cuando hay un cambio en los índices de refracción, la trayectoria de los rayos se modifica, en base a la ley de Snell, como se puede ver en la figura de abajo.

ley_snell_1

Ley de Snell. El medio de arriba tiene menor velocidad, por eso tiene un ángulo menor. (2)

¿Y qué tiene que ver todo esto con las capas de la Tierra? Pues bastante, ya que gracias al estudio de las velocidades y las variaciones de trayectoria se han podido conocer los límites de las capas, su composición, estado…  Para esto se usa la ley de Snell, y se analizan las trayectorias de los rayos, de forma que se puede conocer la velocidad de estos en las distintas capas. Este estudio de las trayectorias se hace usando la trigonometría esférica*: analizan los caminos de los rayos, se van sacando ángulos poco a poco, usando las relaciones adecuadas.

trigonometria_esfericca

Ejemplo de trayectorias de rayos considerando trigonometría esférica (3)

Y así es como el estudio de las trayectorias de los rayos, y el estudio de los tiempos de recorridos, han permitido conocer el interior de la Tierra. Una ejemplo es la imagen de abajo, con la relación de la velocidad de las ondas sísmicas respecto a la profundidad

speeds_of_seismic_waves

Velocidad de las ondas. Se puede ver como la onda S no tiene velocidad en el núcleo externo, al ser líquido (4)

*En distancias “cortas” se puede usar la trigonometría habitual, ya que no hace falta considerar la curvatura terrestre.

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Fuentes y referencias:

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Un pensamiento en “Ondas sísmicas y estructura interna de la Tierra.

  1. Pingback: Campo magnético terrestre. Inversión de los polos. | La jaula se mueve

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