Debajo de nuestros pies, a una asombrosa profundidad de más de 5.100 km, se encuentra el núcleo interno de la Tierra, una esfera sólida de hierro y níquel que desempeña un papel importante en la configuración de las condiciones de nuestra superficie. De hecho, sin él nuestra existencia no sería posible.
Pero a pesar de su importancia, es un misterio cómo se formó y desarrolló. Ni siquiera sabemos cuántos años tiene. Afortunadamente, la física mineral nos acerca a resolver el misterio.
El núcleo interno es responsable del campo magnético de la Tierra, que actúa como un escudo que nos protege de la dañina radiación solar. Este campo magnético puede haber sido necesario para crear las condiciones que habrían permitido que la vida creciera hace miles de millones de años.
El núcleo interno de la Tierra alguna vez fue líquido, pero se solidificó con el tiempo.
A medida que la Tierra se enfría gradualmente, el núcleo interno se expande hacia afuera, «congelando» el líquido rico en hierro que lo rodea. Dicho esto, todavía hace mucho calor, al menos 5.000 Kelvin (K) (4726,85°C).
Este proceso de congelación libera elementos, como oxígeno y carbono, que son incompatibles con estar en sólidos calientes. Forma un líquido cálido y aromático en el fondo del núcleo exterior.
El líquido ingresa al núcleo externo y se mezcla con él, creando corrientes eléctricas (mediante «acción dinámica»), que crean nuestro campo magnético.
¿Alguna vez te has preguntado cómo bailan las auroras boreales en el cielo? Puedes agradecer al núcleo interno.
Cristalización críptica
Para comprender cómo ha evolucionado el campo magnético de la Tierra a lo largo de su historia, la geofísica utiliza modelos que simulan el estado térmico del núcleo y el manto.
Estos modelos nos ayudan a comprender cómo se distribuye y transporta el calor dentro de la Tierra. Suponen que el núcleo interno sólido apareció por primera vez cuando el líquido se enfrió hasta su punto de fusión, tomando el tiempo necesario para congelarse. El problema es que no refleja con precisión el proceso de congelación.
Por eso los científicos han descubierto el proceso de «sobreenfriamiento». El sobreenfriamiento ocurre cuando un líquido se enfría por debajo de su punto de congelación sin convertirse en sólido. Ocurre con el agua en la atmósfera, que a veces alcanza los -30°C antes de solidificarse, y también con el hierro en el núcleo de la Tierra.
Los cálculos muestran que en realidad se necesitan hasta 1.000 K de sobreenfriamiento para congelar el hierro puro en el núcleo de la Tierra. Dado que la conductividad del núcleo significa que se enfría a un ritmo de 100 a 200 000 por mil millones de años, esto presenta un desafío importante.
Este nivel de sobreenfriamiento significa que el núcleo debe haber estado por debajo de su punto de fusión durante toda su historia (entre 1.000 y 500 millones de años), lo que introduce complicaciones adicionales.
Dado que no podemos acceder físicamente al núcleo (los humanos sólo han perforado 12 kilómetros en la Tierra), dependemos casi por completo de la sismología para comprender el interior de nuestro planeta.
El núcleo interno fue descubierto en 1936 y su tamaño (aproximadamente el 20% del radio de la Tierra) es una de las propiedades mejor limitadas de las profundidades de la Tierra. Usamos esta información para estimar la temperatura central, asumiendo que el límite entre sólido y líquido representa la intersección del punto de fusión y la temperatura central.
Esta hipótesis también nos ayuda a estimar el grado máximo de sobreenfriamiento que puede ocurrir antes de que el núcleo interno comience a formarse a partir de un núcleo interno y externo combinados.
Si el núcleo se ha congelado hace relativamente poco tiempo, el estado de temperatura actual en el límite entre el núcleo interior y el núcleo exterior indica cuánto estará el núcleo combinado por debajo de su punto de fusión cuando el núcleo interior comience a congelarse. Esto sugiere que, como mucho, el núcleo podría rondar los 400K.
Es al menos el doble de lo que permite la sismología. Si el núcleo se enfrió a más de 1.000 K antes de congelarse, el núcleo interno debería ser mucho más grande de lo observado. Alternativamente, si se requieren 1000 K para congelar y nunca se alcanzan, el núcleo interno no debería estar presente.
Claramente, ninguno de los escenarios es correcto, entonces, ¿cuál podría ser la explicación?
Los mineralogistas han probado hierro puro y otras aleaciones para determinar cuánto sobreenfriamiento se necesita para iniciar la formación del núcleo interno. Si bien estos estudios aún no han proporcionado una respuesta definitiva, hay avances prometedores.
Por ejemplo, hemos aprendido que la estructura cristalina irregular y la presencia de carbono pueden afectar el sobreenfriamiento. Estos resultados sugieren que algunas químicas o estructuras no comprendidas previamente pueden no requerir un sobreenfriamiento tan irrazonablemente grande.
Si el núcleo pudiera congelarse con un sobreenfriamiento por debajo de 400 K, esto podría explicar la presencia del núcleo interno tal como lo vemos hoy.
Las implicaciones de no entender la formación de fundamentos internos son enormes. Las estimaciones anteriores oscilan la edad del núcleo interno entre 500 y 1.000 millones de años. Pero no tienen en cuenta el problema del sobreenfriamiento. Incluso un sobreenfriamiento modesto de 100 K podría significar que el núcleo interno es varios cientos de millones de años más joven de lo que se pensaba anteriormente.
Comprender la firma de la formación del núcleo interno en el registro de rocas paleomagnéticas (un archivo del campo magnético de la Tierra) es importante para quienes estudian el efecto de la radiación solar en las extinciones masivas.
Hasta que comprendamos mejor la historia del campo magnético, no podremos determinar completamente su papel en la formación de condiciones habitables y de vida.
Alfred Wilson SpencerInvestigador de Física Mineral, Universidad de Leeds
Este artículo se vuelve a publicar desde The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.
