¿Qué hay en el interior de la Tierra? El núcleo interno del planeta es un completo misterio

Muy por debajo de nuestros pies, a una asombrosa profundidad de más de 5.100 kilómetros, se encuentra el núcleo interno de la Tierra: una bola sólida de hierro y níquel que desempeña un papel crucial en la configuración de las condiciones que experimentamos en la superficie. De hecho, sin ella sería poco probable que siquiera existiéramos.

Pero a pesar de su importancia, es un misterio cómo se formó y se desarrolló. Ni siquiera sabemos cuántos años tiene. Afortunadamente, la física de minerales nos está acercando a la solución del misterio.

El núcleo interno es responsable del campo magnético de la Tierra, que actúa como un escudo que nos protege de la radiación solar dañina. Este campo magnético podría haber sido importante para crear las condiciones que permitieron que la vida prosperara hace miles de millones de años.

El núcleo interno de la Tierra alguna vez fue líquido, pero con el tiempo se ha vuelto sólido. A medida que la Tierra se enfría gradualmente, el núcleo interno se expande hacia afuera y el líquido rico en hierro que lo rodea se “congela”. Dicho esto, todavía hace mucho calor, al menos 5000 Kelvin (K) (4726,85 °C).

Este proceso de congelación libera elementos, como el oxígeno y el carbono, que no son compatibles con estar en un sólido caliente. Crea un líquido caliente y flotante en el fondo del núcleo externo. El líquido sube hasta el núcleo externo líquido y se mezcla con él, lo que crea corrientes eléctricas (a través de la “acción del dinamo”), que generan nuestro campo magnético.

¿Alguna vez te preguntaste qué hace que las auroras boreales bailen en el cielo? Puedes agradecérselo al núcleo interior.

Para comprender cómo ha evolucionado el campo magnético de la Tierra a lo largo de su historia, los geofísicos utilizan modelos que simulan el estado térmico del núcleo y el manto.

Estos modelos nos ayudan a entender cómo se distribuye y transfiere 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 este momento como el momento en que comenzó a congelarse. El problema es que eso no refleja con precisión el proceso de congelación.

Por ello, los científicos han estudiado el proceso de “sobreenfriamiento”, que se produce cuando un líquido se enfría por debajo de su punto de congelación sin convertirse en sólido. Esto sucede con el agua de la atmósfera , que a veces alcanza los -30 °C antes de formar granizo, y también con el hierro del núcleo de la Tierra.

Los cálculos sugieren que 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 implica que se enfría a un ritmo de 100-200 K por mil millones de años, esto presenta un desafío significativo.

Este nivel de sobreenfriamiento implica que el núcleo tendría que haber estado por debajo de su punto de fusión durante toda su historia (entre 1.000 y 500 millones de años), lo que presenta complicaciones adicionales.

Como no podemos acceder físicamente al núcleo (los humanos sólo han perforado 12 km en la Tierra), dependemos casi por completo de la sismología para comprender el interior de nuestro planeta. El núcleo interno se descubrió en 1936 y su tamaño (aproximadamente el 20% del radio de la Tierra) es una de las propiedades mejor restringidas de las profundidades de la Tierra.

Usamos esta información para estimar la temperatura del núcleo, suponiendo que el límite entre sólido y líquido representa la intersección del punto de fusión y la temperatura del núcleo.

Esta suposición también nos ayuda a estimar el grado máximo de sobreenfriamiento que podría haber tenido lugar antes de que el núcleo interno comenzara a formarse a partir de un núcleo interno y externo combinados. Si el núcleo se congeló hace relativamente poco tiempo, el estado térmico actual en el límite entre el núcleo interno y el núcleo externo indica cuánto podría haber estado el núcleo combinado por debajo de su punto de fusión cuando el núcleo interno comenzó a congelarse por primera vez. Esto sugiere que, como máximo, el núcleo podría haberse sobreenfriado unos 400 K.

Esto es al menos el doble de lo que permite la sismología. Si el núcleo se enfrió a 1.000 K antes de congelarse, el núcleo interno debería ser mucho más grande que lo observado. Por otra parte, si se necesitan 1.000 K para la congelación y nunca se alcanzaron, el núcleo interno no debería existir en absoluto. Evidentemente, ninguno de los dos escenarios es exacto, así que ¿cuál podría ser la explicación?

Los físicos minerales han probado el hierro puro y otras mezclas 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 estructuras cristalinas inesperadas y la presencia de carbono pueden afectar el sobreenfriamiento. Estos hallazgos sugieren que cierta química o estructura que no se había considerado anteriormente podría no requerir un sobreenfriamiento tan irrazonablemente grande. Si el núcleo pudiera congelarse a menos de 400 K de sobreenfriamiento, eso puede explicar la presencia del núcleo interno tal como lo vemos hoy.

Las implicaciones de no comprender la formación del núcleo interno son de gran alcance. Las estimaciones anteriores de la edad del núcleo interno oscilan entre 500 y 1.000 millones de años, pero estas no tienen en cuenta el problema del sobreenfriamiento. Incluso un modesto sobreenfriamiento de 100 K podría significar que el núcleo interno es varios cientos de millones de años más joven de lo que se creía 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 crucial para quienes estudian el impacto de la radiación solar en las extinciones masivas.

Hasta que no comprendamos mejor la historia del campo magnético, no podremos determinar completamente su papel en el surgimiento de las condiciones habitables y la vida.

*Alfred Wilson-Spencer, Investigador asociado de Física Mineral, Universidad de Leeds