Hierro sólido y elementos superiónicos en el corazón terrestre

Un nuevo estudio sugiere que el núcleo interno de la Tierra se encuentra en un punto intermedio entre sólido y líquido.

Una nueva investigación, ha concluido que el núcleo interno de la Tierra no posee una conformación completamente sólida, como se pensaba hasta hoy. Por el contrario, se encuentra en un estado intermedio entre líquido y sólido, que también es conocido como estado superiónico. Al parecer, este hecho podría explicar los cambios que se han registrado en el núcleo interno durante las últimas décadas. Aseguran que el estado superiónico es habitual en el interior de otros cuerpos planetarios, su presencia en el núcleo interno de la Tierra también podría arrojar luz sobre aspectos que exceden a nuestro planeta, como por ejemplo la forma en que se desarrollaron los Sistema Solar.

Los físicos han sostenido durante mucho tiempo que el núcleo interno de la Tierra es sólido, pero un nuevo estudio sugiere que se encuentra en un punto intermedio entre sólido y líquido, un descubrimiento que podría arrojar luz sobre algunos de los secretos más profundos del planeta.

Nuestro planeta está formado por capas concéntricas. Respiramos aire de la capa más externa, la atmósfera, y pisamos y construimos sobre la corteza. Bajo nuestro pies, por orden de profundidad, están el manto superior, el inferior, el núcleo exterior y el núcleo interior.

Una investigación liderada por el Instituto de Geoquímica de la Academia de Ciencias de China (IGCAS), ha concluido que el núcleo interno de la Tierra no posee una conformación completamente sólida, como se pensaba hasta hoy. Por el contrario, se encuentra en un estado intermedio entre líquido y sólido, que también es conocido como estado superiónico. Al parecer, este hecho podría explicar los cambios que se han registrado en el núcleo interno durante las últimas décadas.

El núcleo interno de la Tierra es la capa geológica más profunda del planeta. Se trata de una esfera con un radio aproximado de 1.220 kilómetros, que constituye alrededor del 20% del radio de la Tierra. No es posible realizar mediciones directas del núcleo interno ante la ausencia de muestras, pero el análisis de las ondas sísmicas y del campo magnético de la Tierra han permitido a los científicos conocer algunas de sus características.

Yu y sus colegas han descubierto que algunos elementos ligeros, como el carbono, el hidrógeno y el oxígeno, se comportan como líquidos y se difunden libremente en la red del hierro sólido del núcleo. "Estos son los elementos más importantes para el ser humano. Pueden formar agua, metano y gas oxígeno. Nuestro estudio ayuda a comprender el ciclo de estos elementos en la parte más profunda de nuestro planeta, lo que es importante para entender la habitabilidad de nuestro planeta", asevera Yu.

La temperatura en la superficie del núcleo interno se ubica en alrededor de 5.430 grados Celsius, o sea aproximadamente la temperatura que tendría la superficie del Sol. De acuerdo a las teorías vigentes, el núcleo interno está compuesto por una aleación sólida de hierro-níquel, con algunos otros elementos. Sin embargo, según una nota de prensa la nueva investigación podría poner en duda su conformación.

Utilizando simulaciones de dinámica molecular, los investigadores confirmaron que el hidrógeno, el oxígeno y el carbono que se integran al hierro compacto en el núcleo interno terrestre se transforman a un estado superiónico, bajo las condiciones existentes en el corazón de las profundidades de nuestro planeta. Aunque presentan un estado intermedio entre líquido y sólido, estos elementos se comportan en parte como un líquido, al difundirse y expandirse con rapidez. "

“La mayor parte del núcleo interno debería ser superiónica", afirma Yu. "Sin embargo, la estructura del núcleo interno es compleja. Se necesitan más estudios para entender esta cuestión" añade.

El descubrimiento sugiere que todo el núcleo interno puede estar en un estado superiónico, en lugar de un estado sólido normal. Ya se sabía que el núcleo interno es menos denso que el hierro puro y que algunos elementos livianos integran su estructura, pero no había podido determinarse que esa constitución modifica el estado general del núcleo. Además, los elementos ligeros de tipo líquido conducen a una reducción sustancial de las velocidades sísmicas, que se acercan a las últimas observaciones sismológicas de la zona del núcleo interno.

El nuevo estudio, publicado recientemente en la revista Nature, concluye que la dinámica de los elementos ligeros tiene una influencia potencial en la estructura sismológica y, además, sobre el propio campo magnético de la Tierra. Aunque se cree que el campo magnético parece generarse principalmente por corrientes fluidas y eléctricas en el núcleo externo, dichas corrientes se ven fuertemente afectadas por el núcleo interno y por el intenso calor que fluye del mismo.

Al mismo tiempo, los resultados indican con claridad que los elementos líquidos son los que hacen que el núcleo interno se ablande, un dato que surge de las observaciones sismológicas. Además, el impacto sobre las velocidades sísmicas proporciona nuevas pistas para comprender otros misterios en el núcleo interno de la Tierra.

Por ejemplo, las atenuaciones de las ondas sísmicas y los cambios estructurales del núcleo interno durante las últimas décadas se pueden entender en función del modelo superiónico, al considerar la distribución y convección de los elementos líquidos en el núcleo interno.

"Creo que la materia en estado superiónico debe existir ampliamente en el interior de los planetas, y espero que nuestro estudio atraiga a los científicos a prestar atención al estado superiónico y a sus efectos", concluye Yu.

Como el estado superiónico es habitual en el interior de otros cuerpos planetarios, su presencia en el núcleo interno de la Tierra también podría arrojar luz sobre aspectos que exceden a nuestro planeta, como por ejemplo la forma en que se desarrollaron los planetas interiores del Sistema Solar. También podría servir como parámetro para descubrir aspectos de la conformación de los planetas extrasolares o exoplanetas, algunos de los cuales muestran características similares a la Tierra.

 

Referencia: 

 

He, Y. et al. Superionic iron alloys and their seismic velocities in Earth’s inner core. 
Nature 602, 258–262 (2022).
https://doi.org/10.1038/s41586-021-04361-x

Doctor Fisión

Doctor Fision

Divulgador científico especialista en física y astrofísica, y apasionado de la ciencia en general. Autor del bestseller "El Universo Explicado" y de "La Nueva Carrera Espacial". Tiene más de 3 millones de seguidores en redes sociales.

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