NÚCLEO TERRESTRE

El núcleo interno, vestigio de un nacimiento

El núcleo terrestre, reminiscencia de la formación de nuestro planeta, sin duda es un “Santo Grial” de las geociencias. Sigue sin conocerse a ciencia cierta la composición de sus partes líquidas y sólidas, así como los fenómenos complejos que experimenta. Al ser inaccesible, a más de 3.000 km de profundidad, despierta la imaginación de los investigadores. La única certidumbre que existe es que el centro del núcleo se está cristalizando, lo que hace presagiar la probable desaparición de nuestro campo magnético protector a muy largo plazo.

“Vista transversal” del interior de la Tierra. El núcleo es la capa más profunda de nuestro planeta. Está constituido principalmente por hierro en estado líquido (núcleo externo) y es sólido en su centro (núcleo interno). Su formación por diferenciación es uno de los eventos significativos de la historia de la Tierra primitiva. © Julien Aubert, CNRS-IPGP
Vista transversal” del interior de la Tierra. El núcleo es la capa más profunda de nuestro planeta. Está constituido principalmente por hierro en estado líquido (núcleo externo) y es sólido en su centro (núcleo interno). Su formación por diferenciación es uno de los eventos significativos de la historia de la Tierra primitiva.
© Julien Aubert, CNRS-IPGP
Residuo de agua congelada en el cráter Vastitas Borealis, en el planeta Marte. © ESA/DLR/FU Berlin (G. Neukum)
Residuo de agua congelada en el cráter Vastitas Borealis, en el planeta Marte.
© ESA/DLR/FU Berlin (G. Neukum)

Ya en 1864, Julio Verne en su novela “Viaje al centro de la Tierra” proyectaba llegar allí partiendo del interior de un volcán islandés. Sin alejarse mucho de la ciencia ficción, David Stevenson, geólogo del prestigioso California Technology Institute (Estados Unidos), propuso en el año 2003 provocar una gigantesca explosión para crear una falla en la cual se vertiera hierro fundido, junto con un emisor de ondas de radio, que llegaría al centro de la Tierra gracias a la gravedad. Este núcleo, misterioso e impenetrable, sigue avivando el interés de los científicos que, a 5.000 km de su objetivo, rivalizan en ingeniosidad para descubrir la composición de su parte interna.

Bajo el manto de Gaia

Remontémonos en el tiempo hasta el nacimiento de nuestro maravilloso planeta azul… La Tierra, formada hace 4.500 millones de años con el resto del sistema solar, fue el resultado de una agregación de cuerpos celestes en fusión. Teniendo en cuenta la proximidad del Sol, las temperaturas superficiales (entre 800 y 1.300 °C) hicieron posible que esta materia líquida se fuera amalgamando mientras experimentaba un movimiento de rotación que dio lugar a la característica forma esférica del planeta. En el transcurso de una fase de diferenciación, las partículas pesadas, como el hierro o el níquel(1), se sumergieron a más profundidad en la roca en estado de fusión para constituir el núcleo, rodeado de un manto compuesto por elementos más ligeros, los silicatos. La corteza continental y la oceánica se formaron más tarde, tras el enfriamiento de la superficie del planeta.

En virtud de los conocimientos de los que se dispone actualmente, se sabe que el espesor de estas últimas está comprendido entre 35 y 70 km. Más abajo, cubriendo 2.885 km, está el manto, cuyos constituyentes varían según la profundidad. Por lo tanto, hay que descender a aproximadamente 3.000 km para llegar al núcleo líquido y a más de 5.000 km yalcanzar al núcleo interno sólido.

Teniendo en cuenta estas distancias gigantescas, ¿cómo han podido distinguir los geólogos estas diferentes capas y establecer hipótesis razonables sobre su composición? “Existen varios métodos para analizar los abismos terrestres”, explica Véronique Dehant, antigua responsable del Special Bureau for the Core y jefa de sección del Observatorio Real de Bélgica. “Por ejemplo, nos podemos referir a las estructuras de asteroides metálicos que proporcionan muchísimos datos cuando sus condiciones de formación son semejantes a las de la Tierra”. Y añade: “Pero entre todas las técnicas disponibles para sondear el núcleo, la sismología es sin duda alguna la más eficaz”.

Los terremotos dan el soplo

Los seísmos telúricos se originan al combinarse dos fenómenos: la comprensión y el corte. La velocidad de propagación de estas ondas, denominadas respectivamente P (primarias) y S (secundarias) depende en gran medida de la composición de los suelos atravesados. En un terremoto, una serie de ondas parte del epicentro para reflejarse en las interfaces internas de la Tierra, o incluso refractarse o difractarse. “Primero llega la onda P y luego la onda S. De hecho, la velocidad de propagación es tanto mayor cuanto más baja sea la densidad del medio, pero depende también de parámetros reológicos propios de estos dos tipos de onda. Por lo tanto, si se conocen las velocidades de propagación, se puede identificar la estructura de las diferentes capas de la materia”(2).

Gracias a esta técnica sísmica se pudo revelar la estructura compleja del núcleo en 1906. En esa fecha, los científicos, al cotejar todas las mediciones sísmicas que tenían, se dieron cuenta de que a cada seísmo correspondía una zona “de sombra” en la que no emergía del suelo ninguna onda transversal (S). Esta observación sugería que el estado de la materia en el centro de la Tierra impedía la propagación de las ondas de este tipo. Entonces se prefirió la hipótesis de un núcleo líquido. No obstante, podía darse el caso de que algunas ondas P atravesasen el planeta de un extremo a otro con variaciones notables de velocidad a proximidad del centro del planeta. Un único modelo pudo dar respuesta a esta doble constatación: el núcleo estaba constituido por una capa externa que se había quedado líquida bajo el efecto del calor (4000-5000 °C) y por una capa interna que, bajo el efecto de una presión superior a esta profundidad, se había solidificado en el transcurso del tiempo. Se trataba del núcleo interno.

Un núcleo interno que se cristaliza

Contrariamente a lo que pensaron los geólogos, el hierro y el níquel no son los únicos componentes del núcleo puesto que, según el conjunto de datos recopilados hasta la fecha, la densidad estimada sugiere la presencia de elementos más ligeros, como el azufre y/o el oxígeno(1). A falta de estas sustancias de densidad inferior y en condiciones de temperatura y de presión como las que existen en el centro del planeta, un núcleo único de hierro y níquel sería completamente sólido. Ahora bien, el campo magnético terrestre se origina por medio de movimientos de convección internos de la parte líquida del núcleo. Sin esta parte líquida, este campo que nos protege del viento solar y que hace que nuestro planeta sea habitable desaparecería casi con total seguridad.

La presencia de estos elementos ligeros retrasa la solidificación del núcleo. “Para comprender la evolución de la Tierra hay que conocer la naturaleza exacta de esta aleación. Actualmente, el núcleo interno se cristaliza por la precipitación de hierro y níquel. Este fenómeno empobrece la capa líquida y creemos que este cambio continuo de composición del núcleo líquido provocará en un momento dado un cambio en el diagrama de fase de la mezcla. Más allá de una determinada relación entre elementos pesados y ligeros, ya no habrá precipitación sino más bien un paso físico directo del estado líquido al estado sólido”.

Pero ¿qué utilidad tiene el seguir estudiando el núcleo del planeta? Sin duda, que dicho núcleo condiciona la vida. “En Marte el agua desapareció hace unos 3.500 millones de años. Las sondas han probado que se escapó una gran parte de la atmósfera, y que seguramente al principio este planeta vecino era habitable. Sin la atmósfera, la presión era tan baja que hizo que el agua pasase directamente del estado sólido al estado gaseoso, eliminando la fase líquida necesaria para la vida. Por casualidad o coincidencia, el campo magnético de Marte también desapareció casi al mismo tiempo. Por lo tanto, se podría apostar que el núcleo es un actor esencial de la evolución de un planeta. De ser así, ¿no es mejor seguir investigando con perseverancia para poder predecir la habitabilidad de nuestro planeta en el futuro?”.

Marie-Françoise Lefèvre

  1. Los pesos atómicos de estos elementos son demasiado cercanos para que se pueda elegir uno de ellos.
  2. Todas las citas son de Véronique Dehant.

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Para saber más

Marte, una cobaya para la Tierra

Para el año 2013, la Agencia Espacial Europea (ESA) tiene previsto el lanzamiento de la misión ExoMars cuyo principal objetivo es determinar si en el planeta existió vida biológica en el pasado. La plataforma de aterrizaje estará equipada con una multitud de instrumentos de observación entre los cuales está el experimento de radiociencia LaRa, cuyos datos permitirán dar respuesta a la incógnita de si el núcleo de Marte es sólido o líquido.

Al conocerse casi centímetro por centímetro la trayectoria de la Tierra en el tiempo, los científicos medirán con el instrumento LaRa, por efecto Doppler, la posición relativa de Marte con respecto a nuestro planeta para conocer así la localización de la plataforma con la misma precisión. Estos datos destacarán el fenómeno de nutación, es decir, las oscilaciones secundarias del eje de rotación de un planeta. Estas oscilaciones dependen directamente de la rotación diferencial del núcleo con respecto al manto y, por lo tanto, de forma general, del estado físico líquido o sólido del núcleo.

Además, la superficie de Marte está formada por una sola placa. Por la ausencia de movimiento tectónico, algunas rocas superficiales datan de más de 4 mil millones de años. Por lo tanto, la historia magnética del planeta se ha conservado y se presta a un acceso directo. Los científicos a cargo de la misión esperan que los datos recopilados mejoren sensiblemente los conocimientos sobre el pasado de Marte y que arrojen luz sobre su habitabilidad.



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