La Viscosidad del Manto Terrestre | Claves, Proyecciones y Modelos

La viscosidad del manto terrestre: claves sobre cómo afecta la tectónica, proyecciones futuras y modelos científicos para entender su comportamiento.

La Viscosidad del Manto Terrestre | Claves, Proyecciones y Modelos

La viscosidad del manto terrestre es un tema central en la geofísica, pues esta propiedad afecta la dinámica interna del planeta, incluyendo la tectónica de placas y los movimientos convectivos. En este artículo exploraremos los conceptos fundamentales, las teorías utilizadas para modelar la viscosidad del manto, así como las ecuaciones empleadas en estos estudios.

Conceptos Básicos

El manto terrestre es una capa situada entre la corteza y el núcleo de la Tierra, extendiéndose desde aproximadamente 35 km hasta 2900 km de profundidad. A pesar de estar hecho de roca sólida, el manto se comporta como un fluido extremadamente viscoso en escalas de tiempo geológicas.

La viscosidad es una medida de la resistencia de un material a la deformación. En el caso del manto terrestre, esta resistencia está influenciada por factores como la temperatura, la presión y la composición mineralógica. La viscosidad del manto tiene un rango estimado de \(10^{19}\) a \(10^{24}\) Pa·s (Pascales por segundo), variando ampliamente con la profundidad y la región.

Teorías Utilizadas

Para entender cómo se comporta la viscosidad del manto, es importante conocer las teorías y modelos usados en su estudio:

Teoría de la Convección del Manto: Esta teoría platea que el manto terrestre se mueve mediante sólidos procesos de convección. El calor procedente del núcleo terrestre y la desintegración radiactiva en el manto generan flujos de material caliente hacia arriba y más frío hacia abajo.

Modelo de Reología del Manto: Este modelo describe cómo el manto responde a las fuerzas externas. La reología del manto a menudo se trata usando una combinación de modelado viscoelástico y viscoplástico.

Teoría de descomposición radial: Propone que la viscosidad cambia radicalmente con la profundidad, generalmente aumentando en las zonas de mayor presión y temperatura.

Fórmulas y Modelos

La viscosidad del manto se puede modelar de manera matemática usando distintas ecuaciones. Algunas de las fórmulas más empleadas incluyen:

Modelo Newtoniano de Viscosidad: A continuación se presenta la fórmula general para un fluido Newtoniano, aunque el manto no siempre se comporta como tal.
\[ \tau = \eta \cdot \dot{\gamma} \]
donde \(\tau\) es la tensión de cizalladura, \(\eta\) es la viscosidad y \(\dot{\gamma}\) es la tasa de deformación.

Ley de Arrhenius: Esta ley describe cómo varía la viscosidad con la temperatura.
\[ \eta = \eta_0 \cdot \exp \left( \frac{Q}{R \cdot T} \right) \]
donde \(\eta_0\) es la viscosidad de referencia, \(Q\) es la energía de activación, \(R\) es la constante de los gases y \(T\) es la temperatura en Kelvin.

Modelo de Viscosidad Dependiente de la Presión: Este modelo introduce la dependencia de la presión a través de la relación.
\[ \eta(P) = \eta_0 \cdot \exp \left( \frac{P \cdot V_0}{R \cdot T} \right) \]
donde \(P\) es la presión y \(V_0\) es el volumen de activación.

Una de las herramientas más importantes en el estudio de la viscosidad del manto son las simulaciones numéricas. Estas simulaciones ayudan a los científicos a modelar el comportamiento del manto bajo diferentes condiciones iniciales y de frontera. Se aplican métodos como el Element-By-Element (EBE) y el Modelo de Elementos Finitos (MEF) para resolver las ecuaciones de movimiento y evaluar cómo varía la viscosidad espacial y temporalmente.