Viaje al centro de la Tierra. Parte I: La corteza

«Desciende al cráter del Yocul de Sneffels que la sombra del Scartaris acaricia antes de las calendas de Julio, audaz viajero, y llegarás al centro de la tierra, como he llegado yo.
Arne Saknussemm».

Viaje al centro de la Tierra, Julio Verne

En el esquema clásico de la estructura de la Tierra hay 3 capas: núcleo, manto y corteza. Alguna vez te has preguntado, ¿cómo se verían estas capas si pudieras estar dentro de ellas? Te tengo una noticia, ¡las capas de la Tierra no son como las pintan! Casi todas son sólidas, no tienen fuego, ni cámaras de lava —ni dinosaurios, ni gigantes—. Eso sí, están formadas por minerales que pueden tener formas y colores espectaculares.

Fig. 1 Proteos, personas gigantes avistadas por Axel y su tío Lidenbrock en su viaje al centro de la Tierra
Copyright © René Paul, Copyright © Zvi Har’El

Un viaje al centro de la Tierra es hasta ahora imposible. No existe ningún material capaz de resistir las temperaturas y presiones que se encuentran algunas decenas de kilómetros bajo nuestros pies, ni hablar cuando rebasamos los cientos de kilómetros. El pozo más profundo hecho hasta ahora es el pozo de Kola, con solo un poco más de 12 km de profundidad. Este pozo tomó más de 20 años para terminarse de perforar; después de encontrarse con dificultades como derrumbes y grandes cantidades de hidrógeno, la perforación finalizó a una temperatura de 180°C a los 12 km.

En esta historia intentaré contarte qué es lo que verías si decidieras realizar un viaje al interior de la Tierra. Muchas de las cosas que describo por ahora son inferencias hechas con la poca información que proviene de pozos, de rocas ígneas, sedimentarias y metamórficas que forman nuestros paisajes y de los meteoritos.

La corteza

Si decidieras adentrarte en el planeta, primero tendrías que atravesar la corteza: la capa más delgada y superficial del planeta. La cascarita.

La corteza es heterogénea. En un viaje al interior de la Tierra, lo que veas dependerá del camino que decidas tomar. Hay dos tipos de corteza: continental y oceánica. La corteza continental está formada principalmente por rocas con minerales de colores claros, como los granitos que se utilizan en la cocina; mientras que la corteza oceánica está formada por rocas con minerales de color oscuro.

La corteza continental es la que está bajo nuestros pies. La que forma todos los continentes (y las plataformas continentales). En promedio, tiene un espesor de 30-40 km. Por ejemplo, si vivieras en la Ciudad de México tendrías que atravesar al menos 32 km de corteza continental para poder llegar al manto; pero, espérame, si decidieras cruzar por el tranquilo Nepal, ¡tendrías que cruzar 80 kilómetros! Mira en el mapa de abajo el espesor promedio de la corteza.

En cambio, la corteza oceánica es mucho más delgada que la continental. Esta corteza es la que forma el piso de los océanos, lejos de nuestro alcance. Si decidieras entrar al interior de la Tierra, por ejemplo, en la zona del Atlántico donde se hundió el Titanic, lo harías en solo 10 km. No es coincidencia que el proyecto actual de perforación de la Tierra se esté realizando en Japón, a través de la corteza oceánica.

Estimación de los espesores de la corteza en el mundo, los colores cálidos indican mayores espesores.
El barquito está en la zona donde se hundió el Titanic.
Imagen de USGS

Bajo el mar: cruzar la corteza oceánica

La corteza oceánica es mucho más homogénea que la corteza continental. Después de cruzar el océano completo, encontrarás una capa de sedimentos muy finos, si pudieras sentirlos, serían como harina con agua en tus manos. Estos sedimentos están formados por los microesqueletos del plancton que vive en la superficie del océano y son el inicio de la corteza oceánica.

Cuando cruces completamente la capa de sedimentos, encontrarás roca, dura y sólida. Te parecerá raro cómo lucen estas rocas, porque tendrán forma de almohada. Cuando lava se emplaza debajo del agua adquiere esta forma, como estos basaltos en Hawái.

Los basaltos almohadillados se forman cuando la lava es expulsada bajo el agua, pero ¿Qué hay debajo? La respuesta es un poco simple, ¿te imaginas cómo es que llega la lava arriba? Sí, tiene que abrirse camino entre todos lo basaltos, y lo hace en forma de canales semiverticales rectos que se llaman diques. Cuando la lava sale por un dique, este se rellena y se tienen que formar nuevos diques para que salga más lava, por lo tanto, cuando logres atravesar los basaltos almohadillados te encontrarás con un entramado de diques rellenos de basalto. Esta capa puede medir entre 1 y 2km. Durante este tiempo a tu alrededor verás un montón de cuerpos tabulares de rocas volcánicas que cortan entre sí. Nunca verás un dique activo, por donde esté circulando lava, a menos que decidas cruzar la corteza oceánica a lo largo de una dorsal oceánica o un volcán submarino.

Las dorsales son las zonas donde se emite magma y están en el centro de todos los océanos.
Mapa de la topografía del piso oceánico por la súper científica Marie Tharp y Bruce Heezen.

Después de cruzar lodo, almohadas de lava y telarañas de lava solidificada el viaje no para. Llevas recorridos unos 3 km de la corteza oceánica. Es decir, quedan al menos otros 7 km por recorrer. ¿Qué te encontrarás? Empezarás a notar los primeros cambios importantes en la textura de las rocas. Las rocas cerca de la superficie (menos de 2 km) en general están formadas por minerales tan pequeños que ni puedes verlos, pero hacia el interior de la Tierra los minerales son cada vez más grandes.

Por debajo de los diques encontrarás una roca con cristales prismáticos de colores oscuros que se llama gabro y formará las paredes de tu túnel hasta los 5-10 km. Si estas lejos de la dorsal esta capa será solida; pero en las dorsales oceánicas esta capa es el reservorio de magma que alimenta los diques.

Imagen de un gabro (una excámara magmática) de Geology Science

Tras los pasos de Lidenbrock: cruzar la corteza continental

Supongamos que lo tuyo es complicarte la vida y quieres cruzar la corteza a través de la corteza continental. La corteza continental es muy heterogénea y dependerá del lugar donde quieras cruzar lo que podrías ver. Podrías cruzar por un volcán, o por una montaña no volcánica o por una gran planicie. Los personajes de Verne, en su viaje al interior de la Tierra, entraron por un volcán. Veamos qué es lo que los científicos creemos que verías al entrar.

Los volcanes son cuerpos geológicos versátiles —sobre todo en los periodos eruptivos— en los que las rocas y las fracturas pueden cambiar de una día a otro, o de un erupción a otra. Y también hay muchos tipos de volcanes, en algunos volcanes de Hawái puedes encontrar lagos de lava 500m de profundidad. En otros volcanes rara vez hay lava en la superficie.

El edifico volcánico está formado por estratos de piroclastos, que son rocas volcánicas que se producen durante erupciones explosivas. Estas capas están muy fracturadas hacia el interior del volcán. El conducto que alimenta con lava el cráter está formado por un entramado de fracturas por las que circula el magma. Las fracturas pueden formarse por inestabilidad de los materiales que conforman el volcán, por explosiones previas o por la propia presión de magma al ascender.

Estructura interna de un volcán
Imagen de W.W. Norton & Company, Inc.

Si desciendes por un volcán, tendrás que tener un mecanismo que contenga las paredes pues tu túnel será muy inestable debido a la gran cantidad de fracturas. Tu descenso será caliente, prepara tus ropas de verano. En las paredes verás los estratos de rocas depositadas durante toda la historia del volcán. A tu alrededor podrás ver magma en las fracturas (en caso de que se acerque una erupción) y una gran cantidad de gases sulfurosos que nublaran tu vista. ¿Cómo lidiarías con ese problema?

Una vez que atraviesas el edificio volcánico, que puede medir hasta 3km, terminarán los depósitos volcánicos e iniciarían las rocas de la corteza sobre las que se depositaron estos piroclastos, también conocidas como basamento.

El basamento

Los primeros kilómetros de la corteza continental lucirán como una caverna subterránea. Podrás ver cómo gotea agua en las paredes de tu túnel y podrás sentir que vapor muy caliente empieza a rodearte. Las rocas que verás dependerán del lugar donde decidas sumergirte; en general, serán rocas de grano fino y estratificadas, como las rocas depositadas por los ríos, los lagos o los volcanes. ¡Sería como atravesar un pastel en capas que todavía está en el horno!

En la corteza hay agua al menos hasta los 12 kilómetros de profundidad. En el pozo de Kola, la temperatura a los 12 km era 180°C. A esa temperatura es posible aún encontrar agua líquida, sí y solo sí, te encuentras a presiones importantes, como en el interior de la corteza (esto es imposible en la superficie dado que a las presiones normales el agua se convierte en vapor a los 100°C). Con la profundidad, tanto el agua como los espacios para almacenarla disminuirán progresivamente.

En algún punto dentro del basamento encontrarás la cámara magmática del volcán. Imagínala como una esponja donde hay gotitas de magma almacenadas en los intersticios dejados entre acumulaciones de minerales con formas prismáticas, laminares o equidimensionales que pueden ser blancos, negros, verdes o incluso plateados.

Modelo de una cámara magmática. En realidad no se sabe exactamente cómo luce una. Imagen de Ellis et al., 2014.

Bienvenidos al Himalaya: cruzar por las montañas

Una orogenia es una zona de la corteza donde —debido a esfuerzos compresivos— se están formando montañas, no necesariamente volcánicas, como los Himalaya. En las orogenias la corteza se está plegando, como plastilina. Sin embargo, este movimiento ocurre a velocidades tan pequeñas que una vida, y menos un viaje, no son suficientes para percibirlo. ¡Los Himalaya llevan 50 millones de años plegándose!

En las orogenias ocurre un movimiento continuo que solo sería perceptible si grabaras por millones de años y luego reprodujeras tu video en cámara rápida. El plegamiento ocurre aproximadamente a una tasa de 3 mm al año. Por lo tanto, necesitarías grabar al menos 33 años para percibir un movimiento de tan solo 10 centímetros si te encontrarás dentro de un pliegue (como el que se ve en la imagen de abajo) a 10 km de profundidad en la corteza.

Rocas plegadas por una orogenia. ¿Te imaginas la fuerza que se necesita para plegar rocas como si fueran plastilina? Esto solo ocurre cuando chocan continentes, a velocidades muy bajas
Foto de Sand Atlas

Corteza continental profunda

Por debajo de los 15 km ya no puede existir agua líquida en la corteza porque las temperaturas son muy altas. Entonces, en tu túnel ya no encontrarás agua goteando, solo gases muy calientes, que pueden ser CO2, vapor de agua, helio o hidrógeno.

Nuevos cambios te aguardan al viajar a mayores profundidades. Una vez que rebasas los 15-20 km de la corteza, desaparecen los espacios vacíos. A diferencia de los primeros kilómetros de la corteza —donde es posible encontrar poros entre los sedimentos o fracturas en las rocas —, cuando rebasas los 15 km la presión es tan alta que ya no es posible encontrar espacios vacíos en la corteza. Es decir, en tu túnel de viaje, no habría ni un solo hueco y solo encontarías rocas cristalinas, metamórficas o plutónicas.

La presión puede ser tan alta que tu nave, aunque la hicieras del material más fuerte del planeta, podría colapsar. A los 8 km de profundidad en la corteza la presión es de 200MPa, lo que equivale a poner encima de una nave de un metro por un metro todo el peso de la Torre Latinoamericana de la Ciudad de México.

Los datos sísmicos de la estructura de la corteza indican un aumento sustancial en la velocidad de las ondas entre los 15 y los 25 km de profundidad. Este aumento puede deberse al cambio composicional de la corteza —que podría enriquecerse en hierro —, a un cambio en la composición mineralógica o a la desaparición de poros en las rocas —y por lo tanto de agua —. Probablemente la zona más profunda en la que podrás encontrar agua infiltrada desde la superficie entre los poros de las rocas serán los 15 km. El agua o fluidos que pudieras encontrar en niveles inferiores proviene de la deshidratación y disolución de los minerales cuando las rocas sedimentarias se convierten en metamórficas como parte del ciclo de las rocas.

Entre los 15-20 km de la corteza, el agua solo puede existir dentro de los minerales o adherida a la superficie de estos en cantidad ínfimas. Es decir, no podrías verla. Sin embargo, esta agua está sometida a presiones tan altas que cuando se generan efímeros espacios vacíos en esta parte de la corteza —a la que se le llama porosidad dinámica— se rellenan inmediatamente con los fluidos que se movilizan muy rápido a estas zonas de descompresión. Entonces, en el hipotético caso de que alguien hiciera un túnel en esta parte de la corteza, la volatilización de fluidos será muy alta y probablemente tendría que viajar a lo largo de una nube de vapor de agua, helio y dióxido de carbono. O sea que solo iría a poner desorden en ese mundo quieto.

Finalmente, en la parte más profunda de la corteza, las temperaturas son tan altas que ya no es posible que exista ningún tipo de fluido. Si lograrás llegar aquí, lo único que verías serían rocas formadas por bandas de colores claros y oscuros, como una cebra. Además, las temperaturas son tan altas que probablemente las rocas tienen tonalidades rojizas, como cuando tienes carbón incandescente. A estas rocas «cebra» les llamamos gneis.

Roca de la corteza profunda (más de 25 km)

Corteza en quiebra

En algunos lugares la corteza se rompe a través de fracturas de muchos kilómetros de largo a las que les llamamos fallas. Las fallas son zonas dinámicas de la corteza donde los materiales se mueven de lugar, se rompen y se transforman en otros cristales o en cristales más grandes.

Falla de San Andrés vista desde arriba. Imagen de Wikipedia

Si te sumergieras a la corteza a lo largo de una falla, sería como si entraras en una licuadora gigante. Como si fueras un grano de arena entre las manos al frotarse. Al principio, la sensación sería como estar en el metro a una hora pico, pero ya no sería una multitud de personas, sino una multitud de rocas del tamaño de un dado o hasta del tamaño de un coche. Con el progresivo choque entre estas rocas, el tamaño de cada fragmento disminuye.

A mayores profundidades, este revoltijo se muele tanto que queda como harina: harina de falla. A más de 15 km, el calor hace que los minerales pequeñísimos de esta harina se vuelven un budín; es decir, se vuelven más cohesivos, más grandes y se deforman dentro de esta licuadora de manera más dúctil (¿qué pasaría si frotaras el budín entre tus manos?). A estos budines dentro de las fallas les llamamos milonitas. Las fallas desaparecen en la corteza profunda (recuerda que no es posible que existan fracturas por las altísimas presiones) y vuelve a aparecer el mundo de rocas cebra (gneis).

Milonita. Imagen de Sand Atlas

Después de este largo viaje y de por fin lograr cruzar la corteza encontrarás el manto… pero de este tema que hablaremos en la siguiente entrega de esta historia. ¡No te la pierdas!

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