Argonne National Laboratory/flickr, CC BY-NC-SA

A más de 5.000 kilómetros por debajo de nosotros, el núcleo interno de metal sólido de la Tierra no se descubrió hasta 1936. Casi un siglo después, todavía estamos luchando por responder preguntas básicas sobre cuándo y cómo se formó por primera vez.

Estos no son acertijos fáciles de resolver. No podemos muestrear directamente el núcleo interno, por lo que la clave para desentrañar sus misterios radica en la colaboración entre sismólogos, que indirectamente lo muestrean con ondas sísmicas, geodinámicos, que crean modelos de su dinámica, y físicos especializados en minerales, que estudian el comportamiento del hierro. aleaciones a altas presiones y temperaturas.

Combinando estas disciplinas, los científicos han proporcionado una pista importante sobre lo que está sucediendo a kilómetros bajo nuestros pies. En un nuevo estudio, revelan cómo el núcleo interno de la Tierra está creciendo más rápido en un lado que en el otro, lo que podría ayudar a explicar la antigüedad del núcleo interno y la intrigante historia del campo magnético de la Tierra.

Tierra primitiva

El núcleo de la Tierra se formó muy temprano en los 4.500 millones de años de historia de nuestro planeta, dentro de los primeros 200 millones de años. La gravedad empujó el hierro más pesado al centro del joven planeta, dejando que los minerales de silicato rocosos formaran el manto y la corteza.

La formación de la Tierra capturó mucho calor dentro del planeta. La pérdida de este calor y el calentamiento por la desintegración radiactiva en curso han impulsado desde entonces la evolución de nuestro planeta. La pérdida de calor en el interior de la Tierra impulsa el potente flujo en el núcleo externo de hierro líquido, que crea el campo magnético de la Tierra. Mientras tanto, el enfriamiento dentro del interior profundo de la Tierra ayuda a impulsar la tectónica de placas, que da forma a la superficie de nuestro planeta.

A medida que la Tierra se enfrió con el tiempo, la temperatura en el centro del planeta finalmente cayó por debajo del punto de fusión del hierro a presiones extremas, y el núcleo interno comenzó a cristalizar. Hoy en día, el núcleo interno sigue creciendo a aproximadamente 1 mm de radio cada año, lo que equivale a la solidificación de 8.000 toneladas de hierro fundido por segundo. En miles de millones de años, este enfriamiento eventualmente conducirá a que todo el núcleo se vuelva sólido, dejando a la Tierra sin su campo magnético protector.

Problema del núcleo

Se podría suponer que esta solidificación crea una esfera sólida homogénea, pero este no es el caso. En la década de 1990, los científicos se dieron cuenta de que la velocidad de las ondas sísmicas que viajaban a través del núcleo interno variaba inesperadamente. Esto sugirió que algo asimétrico estaba sucediendo en el núcleo interno.

Específicamente, las mitades este y oeste del núcleo interno mostraron diferentes variaciones de velocidad de onda sísmica. La parte oriental del núcleo interno se encuentra debajo de Asia, el Océano Índico y el Océano Pacífico occidental, y el oeste se encuentra debajo de las Américas, el Océano Atlántico y el Pacífico oriental.

Las ondas sísmicas han sugerido que el núcleo de hierro sólido de la Tierra es asimétrico. Sanne Cottaar.

El nuevo estudio sondeó este misterio, utilizando nuevas observaciones sísmicas combinadas con modelos geodinámicos y estimaciones de cómo se comportan las aleaciones de hierro a alta presión. Descubrieron que el núcleo interior oriental ubicado debajo del mar de Banda en Indonesia está creciendo más rápido que el lado occidental debajo de Brasil.

Podríamos pensar en este crecimiento desigual como si tratara de hacer helado en un congelador que solo funciona en un lado: los cristales de hielo se forman solo en el lado del congelador donde el enfriamiento es efectivo. En la Tierra, el crecimiento desigual se debe a que el resto del planeta absorbe calor más rápidamente de algunas partes del núcleo interno que de otras.

Pero a diferencia del helado, el núcleo interno sólido está sujeto a fuerzas gravitacionales que distribuyen el nuevo crecimiento de manera uniforme a través de un proceso de flujo interior progresivo, que mantiene la forma esférica del núcleo interno. Esto significa que la Tierra no está en peligro de volcar, aunque este crecimiento desigual se registra en las velocidades de onda sísmica en el núcleo interno de nuestro planeta.

Estimando la edad del núcleo
Entonces, ¿este enfoque nos ayuda a comprender qué edad podría tener el núcleo interno? Cuando los investigadores compararon sus observaciones sísmicas con sus modelos de flujo, encontraron que es probable que el núcleo interno, en el centro de todo el núcleo que se formó mucho antes, tenga entre 500 y 1.500 millones de años.

El estudio revela que el extremo inferior de este rango de edad es el que mejor se ajusta, aunque el extremo más antiguo coincide con una estimación realizada al medir los cambios en la fuerza del campo magnético de la Tierra. Cualquiera que sea el número que resulte correcto, está claro que el núcleo interno es relativamente joven, en algún lugar entre un noveno y un tercio de la edad de la Tierra.

Este nuevo trabajo presenta un nuevo y poderoso modelo del núcleo interno. Sin embargo, una serie de suposiciones físicas que hicieron los autores tendrían que ser ciertas para que esto sea correcto. Por ejemplo, el modelo solo funciona si el núcleo interno consta de una fase cristalina específica de hierro, sobre la cual existe cierta incertidumbre.

¿Y nuestro núcleo interior desigual hace que la Tierra sea inusual? Resulta que muchos cuerpos planetarios tienen dos mitades que de alguna manera son diferentes entre sí. En Marte, la superficie de la mitad norte es más llana mientras que la mitad sur es más montañosa. La corteza del lado cercano de la Luna es químicamente diferente a la del lado lejano. En Mercurio y Júpiter no es la superficie la que es irregular, sino el campo magnético, que no forma una imagen especular entre el norte y el sur.

Entonces, si bien las causas de todas estas asimetrías varían, la Tierra parece estar no llamar demasiado la atención como un planeta ligeramente asimétrico en un sistema solar de cuerpos celestes no equilibrados.

Publicado en The Conversation el 29 de julio de 2021. Enlace al original: https://bit.ly/3fHosDY

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