Mantu terrestre

Mantu terrestre
Situación
Tipu	manto planetario (es)
Parte de	Tierra
Datos

El mantu terrestre ye la capa de la Tierra que s'atopa ente la corteza y el nucleu (supón aproximao'l 87 % del volume del planeta). El mantu terrestre estender dende cerca de 33 km de fondura (o alredor de 8 km nes zones oceániques) hasta los 2.900 km (transición al nucleu). La diferenciación del mantu empecipióse fai cerca de 3.800 millones d'años, cuando la segregación gravimétrica de los componentes del protoplaneta Tierra produció l'actual estratificación. La presión na parte inferior del mantu ronda los 140 GPa (unes 1.400.000 atmósferes). Estremar en dos partes: mantu internu, sólidu, elásticu; y mantu esternu, fluyíu, mafosu.

Carauterístiques

El mantu estrémase principalmente de la corteza poles sos carauterístiques químiques y el so comportamientu mecánicu, lo qu'implica la esistencia d'una clara alteración súbita (una discontinuidá) nes propiedaes físiques de los materiales, que ye conocida como discontinuidá de Mohorovičić, o a cencielles Moho, n'homenaxe a Andrija Mohorovičić, el xeofísicu que la afayó. Esta discontinuidá marca la frontera ente la corteza y el mantu.

Mientres tiempu pensóse que'l Moho representaba la frontera ente la estructura ríxida de la corteza y la zona más plástica del mantu, siendo la zona onde tendría llugar el movimientu ente les plaques de la litosfera ríxida y l'astenosfera plástica. Sicasí, estudios recién demostraron qu'esa frontera allúgase muncho más embaxo, en plenu mantu cimeru, a una fondura del orde de los 70 km so la corteza oceánica y de los 150 km so la corteza continental. Asina, el mantu que s'asitia darréu debaxo de la corteza ta compuestu por materiales relativamente fríos (aprox. 600 °C), ríxidu y fundíu cola corteza, a pesar de tar dixebráu d'ella pola Moho. Ello demuestra que la Moho ye en realidá una discontinuidá composicional y non una zona de separación dinámica.

Composición

La principal alteración mecánica nel Moho s'evidencia na velocidá de les ondes sísmiques, qu'aumenta sustancialmente, dada la mayor densidá de los materiales del mantu (una y bones la velocidá d'espardimientu d'una vibración ye proporcional a la densidá del material). Esa mayor densidá resulta, amás del efeutu del aumentu de la presión, de les diferencies na so composición química, que ye en realidá'l principal elementu diferenciador ente corteza y mantu: los materiales del mantu son bien ricos en minerales máficos de fierro y magnesiu, especialmente olivino y piroxeno. Debíu al aumentu de la proporción relativa d'esos minerales, les roques del mantu —peridotita, dunita y eclogita— comparaes coles roques de la corteza, carauterizar por un porcentaxe de fierro y magnesiu enforma mayor, en desterciu del siliciu y del aluminiu.

El cuadru siguiente da una composición averada de los materiales del mantu en porcentaxe del so masa total (% ponderal). Nótese que la composición del mantu puede nun ser uniforme, siendo d'esperar un aumentu gradual de la proporción Fe/Mg cola fondura; envalórase que varie de 0,25 nel mantu cimeru a 0,6 nel mantu inferior.

Composición del mantu de la Tierra (en % ponderal)

Elementu	Cantidá		Compuestu	Cantidá
O	44,8
Si	21,5		SiO2	46
Mg	22,8		MgO	37,8
Fe	5,8		Óxidos de fierro FEU	7,5
Al	2,2		Al2O3	4,2
Ca	2,3		CaO	3,2
Na	0,3		Na2O	0,4
K	0,03		K2O	0,04
Total	99,7		Total	99,1

Carauterístiques físiques

Amás de les diferencies de composición, el mantu tamién presenta unes carauterístiques físiques bien distintes de les de la corteza (y del nucleu). Nos puntos siguientes faise una carauterización de los principales parámetros físicos del mantu.

Estáu del material

El material del que se compón el mantu puede presentase n'estáu sólidu o como una pasta mafoso, como resultáu de les elevaes primas. Sicasí, al contrariu de lo que pueda imaxinase, l'enclín n'árees d'alta presión ye que les roques calténganse sólides, pos asina ocupen menos espaciu físicu que los líquidos resultantes de la fusión. Amás d'eso, la constitución de los materiales de cada capa del mantu determina l'estáu físicu local. Asina, l'interior de la Tierra, incluyendo'l nucleu internu, tiende a ser sólidu porque, a pesar de les peraltes temperatures, ta suxetu a presiones tan alzaes que los átomos, al ser amaceraos, obliguen a que les fuercies de repulsión ente los átomos sían vencíes pola presión esterna. En resultancia, a pesar de la temperatura, la sustancia caltiénse sólida.

Temperatura

Les temperatures del mantu varien ente los 600 °C (873 K) na zona de contautu cola corteza, hasta los 3.500 °C (3.873 K) na zona de contautu col nucleu, aproximao. Esti aumentu de temperatura reflexo al empar la mayor dificultá de les capes fondes en perder calor por conducción a la superficie y la mayor capacidá endóxena de producir calor en fondura (pol aumentu de la desintegración radioactiva y por resfregón colos materiales fluyíos en movimientu nel nucleu esternu).

Mafa

La mafa nel mantu cimeru (la astenosfera) varia ente 10²¹ y 10²⁴ Pa*s, dependiendo de la fondura. Poro, el mantu cimeru muévese bien amodo, portándose simultáneamente como un sólidu y como un líquidu d'alta mafa. Ello esplica'l perlentu movimientu de les plaques tectóniques y los movimientos isostáticos de fundimientu y realzamiento (rebound) de les plaques téctónicas cuando s'alteria'l so pesu (por casu, cola formación de mases de xelu y el so posterior destemple).

Densidá

La densidá nesta rexón aumenta linealmente de 3,4 a 4,6 (nel mantu cimeru) y de 4,6 a 5,5 (nel mantu inferior). Nel mantu cimeru, la presencia de l'astenosfera marca zones de fusión parcial. Aparentemente, nel mantu inferior nun asocede nengún cambéu de fase importante, a pesar de que se dan pequeños gradientes na velocidá d'espardimientu de les ondes sísmiques a los 1.230 km y 1.540 km de fondura. D'esta forma, créese que l'aumentu na velocidá de les ondes sísmiques tien d'asoceder principalmente como resultáu de la compactación d'un material de composición uniforme.

Propunxéronse dellos modelos que suxuren que'l mantu inferior contién más fierro que'l mantu cimeru. Nesti casu, la razón Fe/Mg variaría de 0,25 nel mantu cimeru a 0,6 nel mantu inferior. L'aumentu na masa atómico media aumentaría la densidá hasta los valores reparaos, ensin necesidá de recurrir a estructures moleculares complexes.

Estos modelos xeneraron munchos discutinios, pos si'l mantu inferior ye más trupu que'l superior sería difícil la esistencia de movimientos de conveición. Per otru llau, esistiendo una conveición xeneralizada nel mantu sería difícil caltener la heteroxeneidá de la composición química mientres grandes intervalos de tiempu. Sicasí, estes aparentes incoherencies pueden llimase si consideramos la esistencia de celdes de conveición independientes nel mantu.

Subdivisiones del mantu

Magar nun esisten diferencies marcaes nin discontinuidaes obvies nel interior del mantu, pero sí gradientes que reflexen l'aumentu de la presión y de la temperatura, ye común estremar el mantu en dos capes:

• el astenosfera (de la discontinuidá de Mohorovičić a los 650 km de fondura); y
• el mantu inferior (de los 650 km de fondura a la llende esterna del nucleu).

Mantu cimeru

El mantu cimeru (o mantu esternu) empecipiar na discontinuidá de Mohorovičić, que ta a una fondura media de 6 km so la corteza oceánica y a una fondura media de 35,5 km so la corteza continental, anque puede algamar nésta última fondures cimeres a 400 km nes zones de subducción.

Les velocidaes de les ondes sísmiques midíes nesta capa son típicamente de 8,0 a 8,2 km/s, que son mayores que les rexistraes na corteza inferior (6,5 a 7,8 km/s). Los datos xeofísicos demuestren qu'ente 50 y 200 km (o más nes zones de subducción) de fondura asocede un amenorgamientu na velocidá de les ondes P (llonxitudinales) y una fuerte atenuación de les ondes S (tresversales), d'ende qu'esta rexón sía conocida como zona de baxa velocidá.

Evidencies basaes en datos xeofísicos, xeolóxicos y petrolóxicos, y la comparanza con cuerpos estraterrestres, indiquen que la composición del mantu cimeru ye peridotítica. Les peridotitas son una familia de roques ultrabásicas, mayoritariamente compuestes por olivino magnésicu (aprox. un 80 %) y piroxeno (aprox. un 20 %). Anque son rares na superficie, les peridotitas aprucen en delles islles oceániques, en capes llevantaes pola oroxénesis y en rares kimberlites.

Esperiencies de fusión de peridotitas amuesen que la so fusión parcial puede aniciar los basaltos oceánicos nes condiciones de presión y temperatura esistente nel mantu cimeru. Esti procesu asocede probablemente na zona de baxa velocidá, lo qu'esplica l'amenorgamientu de les velocidaes sísmiques pola fusión parcial de los materiales.

Los estudios efectuaos n'ofiolites y na litosfera oceánica demuestren que la formación de la corteza oceánica (colos sos escasos 5 km d'espesura media) efectuar a partir de la porción más superficial del mantu cimeru. El grau de fusión parcial tien d'algamar un 25 %, lo qu'emprobez a esta zona en componentes de temperatura de fusión baxa. Esisten pruebes indireutes de que'l mantu vuélvese menos aprobetáu en silicatos col aumentu de la fondura.

Les peridotitas del tipu granate-lherzolita (60 % olivino, 30 % orto y clinopiroxenos, y 10 % espinelas, granates y plagioclases), representen probablemente les peridotitas del mantu primitivu, que al sufrir fusión parcial, anicien magmes basálticos, dexando como residuos harzburgites (80 % olivino, 20 % ortopiroxenos) y dunites (olivino). Teniendo en cuenta les rellaciones de presión y temperatura, la conclusión ye qu'en fondures menores la mineraloxía ta apoderada pol complexu plagioclasa-lherzolita (que s'atopa frecuentemente en ofiolitas) y que, col aumentu de la presión, va pasar a apoderar el complexu espinela-lherzolita (que forma dacuando nódulos en basaltos alcalinos). En presiones mayores, la mineraloxía más estable ye la del complexu granate-lherzolita (que forma nódulos en kimberlitas).

Mantu internu

El mantu internu (o mantu inferior) empecípiase cerca de los 670 km de fondura y estiéndese hasta la discontinuidá de Gutenberg, asitiada a 2.700-2.900 km de fondura, na transición al nucleu. El mantu inferior ta dixebráu de l'astenosfera pola discontinuidá de Repetti, siendo pos una zona esencialmente sólida y de bien baxa plasticidad.

La densidá nesta rexón aumenta linealmente de 4,6 a 5,5. Aparentemente, nel mantu inferior nun asocede nengún cambéu de fase importante, a pesar de que se dan pequeños gradientes na velocidá d'espardimientu de les ondes sísmiques a los 1.230 km y 1.540 km de fondura. D'esta forma, créese que l'aumentu na velocidá de les ondes sísmiques tien d'asoceder principalmente como resultáu de la compactación d'un material de composición uniforme. Propunxéronse dellos modelos que suxuren que'l mantu inferior contién más fierro que'l mantu cimeru.

La temperatura varia de 1.000 °C a 3.000 °C, aumentando cola fondura y col calor producíu pola desintegración radioactiva y por conducción a partir del nucleu esternu (onde la producción de calor per resfregón qu'esperimenten los fluxos que xeneren el xeomagnetismu ye grande) .

Conveición nel mantu y puntos calientes

Por cuenta de les diferencies de temperatura ente la corteza terrestre y el nucleu esternu esiste la posibilidá térmica de formación d'una corriente convectiva que tome tol mantu. Sicasí, esta capacidá vese amenorgada pola bajísima plasticidad de los materiales del mantu inferior y pol gradual aumentu de la densidá (pola diferencia de composición y de la presión).

Sicasí, ello nun torgar que xuban en direición a la superficie diapiros plutónicos aisllaos y que fragmentos de corteza más fría y trupa fundir nes zones de subducción, formando estenses zones de re-fusión de materiales de la corteza. La baxa plasticidad fuercia a estos movimientos a una estrema lentitú, faciéndolos durar centenares de miles, o inclusive millones, d'años.

Nes zones onde los diapiros persisten y avérense de la superficie, lo que lleva a la fusión de los materiales a midida que la presión mengua col ascensu, fórmense puntos calientes (del inglés, hot spots) que dempués se traducen, na superficie, en formaciones intrusivas, en vulcanismu persistente o nun enanche de la corteza oceánica. Nes zones de subducción, la xubida de los materiales fundíos y l'efeutu de la introducción d'enormes cantidaes d'agua nel mantu lleven al surdimientu d'arcos insulares (como les Antilles o Xapón) y de cadenes volcániques (como la Cordal de los Andes).

La conveición nel mantu terrestre ye un procesu teoría del caos caóticu de dinámica de fluyíos que paez determinar el movimientu de les plaques tectóniques y, per esa vía, a la deriva de los continentes. Nesti contestu convien tener presente que lu deriva de los continentes ye solu parte del procesu de desplazamientu de les plaques tectóniques, una y bones la rixidez d'estes y los fenómenos de xeneración de nueva corteza qu'asoceden a lo llargo de los rifts y de destrucción a lo llargo de les rexones de subducción, dan a ésti un calter bien complexu.

Per otru llau, el movimientu de la litosfera ta necesariamente desligado del de la astenosfera, lo que fai que les plaques mover con velocidaes relatives distintos sobre'l mantu. D'ende que los hot-spots puedan dar orixe a cadenes d'islles (como los archipiélagos de Ḥawai y de les Azores, nos que cada islla o volcán marca la posición relativa del hot-spot en rellación a la placa litosférica nun determináu tiempu).

Dada la complexidá de los fenómenos de conveición del mantu esisten grandes incertidumes na so modelación, almitiéndose inclusive qu'esistan distintes celdes convectivas en capes distintes del mantu, creando un sistema con múltiples capes ente'l nucleu y la corteza.

A pesar de qu'esiste un enclín xeneral d'aumentu de la mafa cola fondura, esta rellación nun ye llinial y paez qu'esisten capes con una mafa enforma mayor que la esperada nel mantu cimeru y xunto a la zona de transición al nucleu esternu.

Por cuenta de la baxa mafa de la astenosfera, sería d'esperar que nun esistieren seísmo con hipocentros asitiaos a más de 300 km de fondura. Eso ye polo xeneral verdaderu, yá que los seísmos que se dan nes zones oceániques raramente tienen el so hipocentru per debaxo de los 25 km, y los seísmos nes zones continentales tienen el so focu a 30-35 km de fondura. Sicasí, nes zones de subducción, el gradiente xeotérmico pue ser sustancialmente amenorgáu, lo qu'aumenta la rixidez del material del mantu nel so alredor. D'ende que yá se rexistraron nestes rexones seísmos con fondures focales de 400 km a 670 km, magar son casos bien raros.

La presión nes capes inferiores del mantu algama los ~140 GPa (1,4 Matm). A pesar d'estes xigantesques presiones, qu'aumenten cola fondura, piénsase que, aun así, ye posible que tol mantu se deforme como un fluyíu bien mafosu cuando se consideren llargos periodos de tiempu. La mafa del mantu cimeru varia ente 10²¹ y 10²⁴ Pas, dependiendo de la fondura. D'ende que cualquier movimientu nel mantu tenga que ser necesariamente hiperlento.

Esta situación d'alta mafa oldea fuertemente cola fluidez del nucleu esternu, anque tea sometíu a una presión mayor. Tal contraste resulta la composición férrica del nucleu, que'l so puntu de fusión ye bien inferior al de los compuestos del fierro esistentes nel mantu. Asina, los compuestos del fierro del mantu inferior, a pesar de tar sometíos a una presión inferior, tán n'estáu sólidu (anque, si tomamos grandes escales de tiempu como referencia, actúen como un fluyíu d'una mafa estrema), ente que'l nucleu esternu, de fierro casi puru, ta n'estáu líquidu. El nucleu internu ta n'estáu sólidu daes les presiones estremes a les que ta sometíu.

Les implicaciones d'esta diferencia ente'l mantu y el nucleu esternu (y ente ésti y l'internu) son determinantes pa la vida na Tierra, pos d'equí que naz el campu magnéticu terrestre que funciona como un escudu electromagnéticu que protexe la vida na superficie terrestre de les radiaciones ionizantes del espaciu esterior y de los vientos solares.

Esploración

La conocencia que se tien del mantu básase esencialmente n'estudios xeofísicos indireutos, cuantimás nel estudiu del espardimientu de les ondes sísmiques, y nel estudiu de muestres de roques de gran fondura que son traíes escontra la superficie pola oroxenia o pol vulcanismu (ofiolitas, kimberlitas y xenolites). D'ende l'interés por llograr muestres direutes del mantu, lo que s'intentó, en devanéu, col proyeutu de perforación oceánica denomináu proyeutu Mohole, que pretendía faer una perforación qu'algamara la discontinuidá de Mohorovičić. La mayor profunidad alcanzada nesti proyeutu, abandonáu pol so enorme costu en 1966 foi de 180 m sol suelu marín. En 2005 la tercera más fonda prospección algamó 1416 m sol fondu marín dende'l barcu de perforación JOIDES Resolution. Una nueva tentativa llevar a cabu en 2007. Esta vegada usó'l navío xaponés Chikyu pa furar 7.000 m na corteza oceánica, cerca del triple de la fondura máxima alcanzada nos fondos oceánicos, coles mires de llograr materiales de la discontinuidá y de les capes del mantu cimeru asitiaes darréu debaxo.

En marzu de 2007 una espedición compuesta por una docena de científicos liderada pol profesor Roger C. Searle (Universidá de Durham, Reinu Xuníu) esploró una rexón submarina d'unos 4000 metros de diámetru, allugada a 4900 metros de fondura nel océanu Atlánticu a mediu camín ente les mariñes d'África y Suramérica. La zona llamó l'atención de los científicos por creese que na mesma'l mantu terrestre alcuéntrase espuestu, nun esistiendo corteza detectable nesti particular llugar. Emplegando un robot esplorador empobináu por control remotu, van realizase perforaciones en tres zones distintes del área espuesta del mantu. Les perforaciones taba previstu que tuvieren 4 cm de diámetru y 1 metru de fondura. La misión duró unos seis selmanes y tuvo compuesta por xeólogos y oceanógrafos del Centru Oceanográficu Nacional (NOC, nes sos sigles n'inglés) de la ciudá inglesa de Southampton. Viaxaron a bordu del buque "RRS James Cook", llamáu asina n'honor al célebre esplorador británicu del sieglu XVIII.

Referencies

Enllaces esternos

• Estructura del interior de la Tierra - Ventanes al universu.
• El mantu y el nucleu en AstroMía.
• L'Interior de la Tierra y la tectónica de plaques.
• Más cerca del mantu de la Tierra.
• Información nel Proyeutu Mohole.