¿De qué está hecho el manto de la Tierra?

Como todos los demás planetas terrestres (Mercurio, Venus y Marte), la Tierra está formada por muchas capas. Este es el resultado de la diferenciación planetaria, donde 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 de hierro y níquel, la capa superior de la Tierra está compuesta de roca de silicato y minerales.

Esta región se conoce como el manto y representa la gran mayoría del volumen de la Tierra. El movimiento, o convección, en esta capa también es responsable de toda la actividad volcánica y sísmica de la Tierra. La información sobre la estructura y 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 de material rocoso de silicato con un espesor promedio de 2.886 kilómetros (1.793 millas), el manto se encuentra entre la corteza terrestre y su núcleo superior. El manto constituye el 84% del volumen de la Tierra, en comparación con el 15% en el núcleo y el resto lo ocupa la corteza. Si bien es predominantemente sólido, se comporta como un fluido viscoso debido al hecho de que las temperaturas están cerca del punto de fusión en esta capa.

Nuestro conocimiento del manto superior, incluidas las placas tectónicas, se deriva de análisis de ondas sísmicas; estudios de flujo de calor, magnéticos y de gravedad; y experimentos de laboratorio sobre rocas y minerales. Entre 100 y 200 kilómetros por debajo de la superficie terrestre, la temperatura de la roca está cerca del punto de fusión; La roca fundida erupcionada por 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. Estos son el manto superior, que se extiende desde aproximadamente 7 a 35 km (4,3 a 21,7 millas) desde la superficie hasta una profundidad de 410 km (250 millas); la zona de transición, que se extiende de 410 a 660 km (250 a 410 millas); el manto inferior, que se extiende desde 660 km hasta una profundidad de 2.891 km (410 – 1.796 mi); y el límite núcleo-manto, que tiene un espesor variable (~200 km o 120 mi en promedio).

En el manto superior se distinguen dos zonas principales. El más interno de estos es la astenosfera interna, que está compuesta de roca plástica que fluye y tiene un espesor promedio de unos 200 km (120 millas). La zona exterior es la parte más baja de la litosfera, que está compuesta de roca rígida y tiene un espesor de aproximadamente 50 a 120 km (31 a 75 millas).

La parte superior de la litosfera es la corteza terrestre, una capa delgada de aproximadamente 5 a 75 km (3,1 a 46,6 millas) de espesor, que está separada del manto por la discontinuidad de Mohorovicic (o «Moho», que se define por un fuerte aumento hacia abajo en la velocidad de las ondas sísmicas).

En algunos lugares bajo el océano, el manto está realmente expuesto. También hay algunos lugares en la tierra donde la roca del manto ha sido empujada a la superficie por la actividad tectónica, más notablemente la región de Tablelands del Parque Nacional Gros Morne en Newfoundland y Labrador, Canadá, St. John’s Island, Egipto o la isla de Zabargad. en el Mar Rojo.

En cuanto a sus elementos constituyentes, el manto está compuesto 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. Estos elementos están todos unidos en forma de rocas de silicato, las cuales toman la forma de óxidos. El más común es el dióxido de silicio (SiO₂) al 48%, seguido por el Óxido de Magnesio (MgO) al 37,8%. Los ejemplos de rocas que puede encontrar dentro del manto incluyen: olivino, piroxenos, espinela y granate.

Convección:

Debido a la diferencia de temperatura entre la superficie de la Tierra y el núcleo exterior, existe una circulación de material convectivo en el manto. Esto consiste en el movimiento lento y progresivo del manto de silicato de la Tierra a través de la superficie, transportando calor desde el interior de la Tierra hacia la superficie. Mientras que el material caliente sube a la superficie, el material más frío y pesado se hunde debajo.

La litosfera se divide en una serie de placas que se crean y consumen continuamente en sus límites de placa opuestos. El movimiento hacia abajo del material ocurre en zonas de subducción, ubicaciones en los límites de placas convergentes donde una capa del manto se mueve debajo de otra. La acumulación ocurre cuando se agrega material a los bordes crecientes de una placa, asociado con la expansión del fondo marino.

Se cree que este proceso caótico es una parte integral del movimiento de las placas, que a su vez da lugar a la deriva continental. La corteza oceánica subducida también es lo que da lugar al vulcanismo, como lo demuestra el Anillo de Fuego del Pacífico.

Exploración:

Las investigaciones científicas y la exploración del manto se llevan a cabo generalmente en el lecho 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 más profunda de aproximadamente 180 metros (590 pies). Fue abandonado en 1966 después de repetidos fracasos y sobrecostos.

En 2005, el buque de perforación oceánica Resolución JOIDES logró un pozo de 1.416 metros (4.646 pies) de profundidad debajo del fondo del mar. 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 ubicada entre las Islas Cabo Verde y el Mar Caribe.

En los últimos años, se propuso un método para explorar las capas de la Tierra utilizando una sonda pequeña, densa y generadora de calor. Este se abriría camino a través de la corteza y el manto y se comunicaría a través de señales acústicas generadas por su penetración en las rocas. La sonda consistiría en una capa exterior de tungsteno con un núcleo de cobalto-60, que actúa como fuente de calor radiactivo.

Se calculó que una sonda de este tipo alcanzará el Moho oceánico en menos de 6 meses y alcanzará profundidades mínimas de más de 100 km (62 millas) en unas pocas décadas debajo de la litosfera oceánica y continental. En 2009, una aplicación de supercomputadora creó una simulación que brindó nuevos conocimientos sobre la distribución de los depósitos minerales desde que se desarrolló el manto hace 4500 millones de años.

Si bien el manto de la Tierra aún no se ha explorado a una profundidad significativa, se ha aprendido mucho de los estudios indirectos en los últimos siglos. A medida que continúa la exploración humana del Sistema Solar, estamos seguros de aprender 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 interior interno 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 obtener más información, consulte el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS).

Astronomy Cast también tiene episodios sobre el tema. Escúchalo aquí, Episodio 51: Tierra.