Situado 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, seguimos luchando por responder a preguntas básicas sobre cuándo y cómo se formó.
No son rompecabezas fáciles de resolver. No podemos tomar muestras directas del núcleo interno, por lo que la clave para desentrañar sus misterios reside en la colaboración entre sismólogos, que toman muestras indirectas con ondas sísmicas, geodinamistas, que crean modelos de su dinámica, y físicos de minerales, que estudian el comportamiento de las aleaciones de hierro a altas presiones y temperaturas.
Combinando estas disciplinas, los científicos han aportado una importante pista sobre lo que ocurre a kilómetros bajo nuestros pies. En un estudio de 2021, 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 edad del núcleo interno y la intrigante historia del campo magnético de la Tierra.
La Tierra primitiva
El núcleo de la Tierra se formó muy pronto en los 4 500 millones de años de historia de nuestro planeta, en los primeros 200 millones de años. La gravedad arrastró el hierro más pesado hacia el centro del joven planeta, dejando los minerales rocosos y de silicato para formar 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 dirigido desde entonces la evolución de nuestro planeta. La pérdida de calor en el interior impulsa el flujo vigoroso en el núcleo exterior de hierro líquido, que crea el campo magnético de la Tierra. Mientras tanto, el enfriamiento en el interior profundo ayuda a impulsar la tectónica de placas, que da forma a la superficie de nuestro planeta.
A medida que la Tierra se fue enfriando, la temperatura en el centro del planeta acabó cayendo por debajo del punto de fusión del hierro a presiones extremas, y el núcleo interno empezó a cristalizarse. En la actualidad, el núcleo interno sigue creciendo a un ritmo de aproximadamente 1 mm de radio cada año, lo que equivale a la solidificación de 8 000 toneladas de hierro fundido cada segundo. En miles de millones de años, este enfriamiento acabará por hacer 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 no es así. 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 sugería que algo asimétrico estaba ocurriendo en el núcleo interno.
En concreto, las mitades oriental y occidental del núcleo interno mostraban variaciones diferentes en la velocidad de las ondas sísmicas. La parte oriental se encuentra bajo Asia, el océano Índico y el océano Pacífico occidental, y la occidental se encuentra bajo América, el océano Atlántico y el Pacífico oriental.
El nuevo estudio ha investigado 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 interno oriental situado bajo el mar de Banda, en Indonesia, está creciendo más rápidamente que el occidental, situado bajo Brasil.
Este crecimiento desigual es como si se tratara de hacer un helado en un congelador que solo funciona en un lado: los cristales de hielo se forman únicamente en el lado del helado donde el enfriamiento es efectivo. En la Tierra, el crecimiento desigual se debe a que el resto del planeta absorbe el calor más rápidamente en algunas partes del núcleo interno que en otras.
Pero, a diferencia del helado, el núcleo interno sólido está sometido a fuerzas gravitatorias que distribuyen el nuevo crecimiento de manera uniforme a través de un proceso de flujo interior sigiloso, que mantiene la forma esférica del núcleo interno. Esto significa que la Tierra no corre peligro de volcarse, aunque este crecimiento desigual queda registrado en las velocidades de las ondas sísmicas en el núcleo interno del planeta.
Estimando la edad del núcleo
Entonces, ¿nos ayuda este enfoque a comprender la antigüedad del núcleo interno? Cuando los investigadores cotejaron sus observaciones sísmicas con sus modelos de flujo, descubrieron 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 señala que el extremo más joven de este rango de edad es el que mejor encaja, aunque el extremo más antiguo coincide con una estimación realizada mediante la medición de los cambios en la intensidad del campo magnético de la Tierra. Sea cual sea la cifra correcta, está claro que el núcleo interno es relativamente joven, entre una novena y una tercera parte de la edad del planeta.
Este reciente trabajo presenta un nuevo y potente modelo del núcleo interno. Sin embargo, una serie de supuestos físicos de los autores tendrían que ser ciertos para que fuera correcto. Por ejemplo, el modelo solo funciona si el núcleo interno está formado por una fase cristalina específica de hierro, sobre la que existe cierta incertidumbre.
¿Y ese núcleo interno desigual hace que la Tierra sea insólita? Resulta que muchos cuerpos planetarios tienen dos mitades que son de alguna manera diferentes entre sí. En Marte, la superficie de la mitad norte es más baja, mientras que la mitad sur es más montañosa. La corteza de la Luna del lado cercano es químicamente diferente a la del lado lejano. En Mercurio y Júpiter no es la superficie la que es desigual, sino el campo magnético, que no forma una imagen especular entre el norte y el sur.
Así pues, aunque las causas de todas estas asimetrías varían, la Tierra parece estar en buena compañía como planeta ligeramente asimétrico en un sistema solar de cuerpos celestes asimétricos.
** Este artículo fue publicado en 2021 originalmente en The Conversation por Jessica Irving y Sanne Cottaar, Profesora Titular en Geología en la Universidad de Bristol y Profesora en Sismología Global en la Universidad de Cambridge; se puede leer completo aquí.