El núcleo rico en hierro en el centro de nuestro planeta ha sido una parte crucial de la evolución de la Tierra. Este núcleo no solo alimenta el campo magnético que protege nuestra atmósfera y océanos de la radiación solar, sino que también influye en la tectónica de placas, que ha reconfigurado continuamente los continentes.
A pesar de su importancia, muchas de las propiedades más fundamentales del núcleo son desconocidas. No sabemos exactamente cuán caliente es, de qué está compuesto o cuándo comenzó a congelarse. Sin embargo, un reciente descubrimiento realizado por un grupo de investigadores, incluido el autor del artículo original, nos acerca a responder estas tres incógnitas.
Se estima que la temperatura del núcleo interno de la Tierra es aproximadamente de 5,000 Kelvin (K) (4,727°C). Inicialmente era líquido, pero con el tiempo se ha enfriado y solidificado, expandiéndose en el proceso. A medida que se enfría, libera calor al manto superior, impulsando las corrientes que detrás de la tectónica de placas.
Este enfriamiento también genera el campo magnético terrestre. La mayoría de la energía del campo hoy en día proviene de la congelación de la parte líquida del núcleo y el crecimiento del núcleo interno sólido en su centro.
Comprendiendo la química del núcleo
Tradicionalmente, hemos tenido dos métodos para determinar de qué está compuesto el núcleo: los meteoritos y la sismología. Al examinar la química de los meteoritos—que se cree que son fragmentos de planetas que nunca se formaron o partes de los núcleos de planetas similares a la Tierra destruidos—podemos tener una idea de lo que podría estar hecho nuestro núcleo.
El problema es que esto solo nos proporciona una idea aproximada. Los meteoritos nos indican que el núcleo debería estar compuesto de hierro y níquel, y quizás de un par de porcentaje de silicio o azufre, pero es difícil ser más específico. Por otro lado, la sismología es mucho más precisa. Cuando las ondas sonoras de los terremotos viajan a través del planeta, su velocidad varía según los materiales que atraviesan. Al comparar el tiempo de viaje de estas ondas desde el terremoto hasta el sismómetro, podemos deducir qué hay en el interior de la Tierra.
Los tiempos de viaje requieren que el núcleo de la Tierra sea aproximadamente un 10% menos denso que el hierro puro, y que el núcleo líquido externo sea más denso que el núcleo interno sólido. Solo algunas combinaciones de elementos conocidos pueden explicar estas propiedades. Sin embargo, incluso entre una pequeña selección de posibles constituyentes, las temperaturas de fusión varían en cientos de grados, dejándonos sin respuestas claras sobre las propiedades precisas del núcleo.
La nueva investigación ha utilizado la física mineral para estudiar cómo podría haber comenzado a congelarse el núcleo, descubriendo un nuevo método para entender la química del núcleo. Este enfoque parece ser incluso más específico que la sismología y los meteoritos. La investigación que simula cómo los átomos en metales líquidos se agrupan para formar sólidos ha encontrado que algunas aleaciones requieren una «sobreenfriamiento» más intenso que otras. Este fenómeno ocurre cuando un líquido se enfría por debajo de su temperatura de fusión, acelerando el proceso de congelación.
Al explorar todas las posibles temperaturas de fusión del núcleo, se ha determinado que el núcleo podría haber estado sobreenfriado en alrededor de 420°C por debajo de la temperatura de fusión. Cualquier sobreenfriamiento mayor haría que el núcleo interno fuera más grande de lo que la sismología observa. Por otro lado, el hierro puro requeriría un sobreenfriamiento imposible de ~1000°C para congelarse, lo que contradice las observaciones sismológicas.
La inclusión de silicio y azufre, que tanto los meteoritos como la sismología sugieren que podrían estar presentes en el núcleo, solo agrava este problema, requiriendo aún más sobreenfriamiento.
La investigación reciente ha explorado el efecto del carbono en el núcleo. Si un 2.4% de la masa del núcleo fuera carbono, se necesitarían alrededor de 420°C de sobreenfriamiento para comenzar a congelar el núcleo interno. Esta es la primera vez que se ha demostrado que el congelamiento del núcleo es posible. Si el contenido de carbono del núcleo fuera del 3.8%, solo se necesitarían 266°C de sobreenfriamiento, lo cual es más plausible.
Este hallazgo representa un paso significativo hacia la comprensión de la composición del núcleo, cómo comenzó a congelarse y cómo ha moldeado nuestro planeta desde su interior.
