Capas del núcleo terrestre
La composición del núcleo de la Tierra es esencialmente 85% de Fe, 5% de Ni y ~10% de otros elementos, en peso. Los detalles son más complicados, ya que el «otro» es un componente de elementos ligeros, lo que hace que el núcleo tenga un número atómico medio inferior al del hierro. Birch (1952, 1964) reconoció una diferencia del 10% en la densidad del núcleo exterior en relación con una aleación de hierro y níquel en condiciones de presión y temperatura del núcleo. Anderson e Isaak (2002) recomiendan que el déficit de densidad del núcleo está entre el 3% y el 7%. Tanto el núcleo externo líquido (~95% en masa) como el núcleo interno sólido (~5%) contienen una fracción de un elemento ligero (nominalmente en una proporción ~2/1, respectivamente).
Durante más de un siglo se ha descrito que la Tierra tiene un núcleo metálico rodeado de una envoltura de silicato. En McDonough (2014) se ofrece una breve historia de este tema. Emil Wiechert, en 1897, subdividió por primera vez el interior de la Tierra en estos dos componentes principales y, posteriormente, su estudiante de posgrado Beno Gutenberg,…
Formación del núcleo
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 los sismólogos, que toman muestras indirectas con ondas sísmicas, los geodinamistas, que crean modelos de su dinámica, y los 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 nuevo estudio, revelan cómo el núcleo interno de la Tierra crece 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.
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 atrajo el hierro más pesado hacia el centro del joven planeta, dejando los minerales rocosos y de silicato para formar el manto y la corteza.
¿Por qué está fundido el núcleo de la Tierra?
Miércoles, 27 de noviembre de 2013La formación del núcleo metálico de la Tierra, que constituye un tercio de la masa de nuestro planeta, representa el acontecimiento de diferenciación más importante de la historia de la Tierra. La actual estructura en capas de la Tierra, con un núcleo metálico y un manto de silicato suprayacente, habría requerido mecanismos para separar la aleación de hierro de la fase de silicato. Se ha propuesto la percolación de una aleación de hierro líquida a través de una matriz de silicatos sólida (de forma parecida a la percolación del agua a través de la roca porosa, o incluso de los granos de café) como un posible modelo para la formación del núcleo (Figura 1). Muchos resultados experimentales anteriores han descartado la percolación como mecanismo principal de formación del núcleo de la Tierra en las condiciones de presión relativamente más bajas del manto superior, pero hasta ahora no era posible obtener resultados experimentales en las condiciones del manto inferior debido a las altísimas presiones y temperaturas necesarias y a la dificultad de analizar las muestras.
Los investigadores estudiaron las partículas calentadas por láser y tratadas a presión aplicando la más moderna tomografía de rayos X de sincrotrón en la Línea de Rayos 6-2 del SSRL. Observaron por primera vez y con una resolución espacial sin precedentes un cambio en la distribución tridimensional del hierro fundido a medida que aumentaba la presión, desde gotas aisladas a 25 GPa hasta una red interconectada a 64 GPa (Figura 2). Estos resultados demuestran que la percolación a través de dicha red interconectada sería un mecanismo eficaz en las condiciones del manto inferior de la Tierra.
¿Cuál es la composición del núcleo de la Tierra?
Hay tres fuentes principales de calor en las profundidades de la Tierra: (1) el calor de cuando se formó el planeta y se acrecentó, que aún no se ha perdido; (2) el calentamiento por fricción, causado por el material más denso del núcleo que se hunde hacia el centro del planeta; y (3) el calor procedente de la desintegración de elementos radiactivos.
El calor tarda bastante tiempo en salir de la Tierra. Esto ocurre tanto por el transporte «convectivo» del calor dentro del núcleo externo líquido de la Tierra y el manto sólido como por el transporte «conductivo» más lento del calor a través de las capas límite no convectivas, como las placas de la Tierra en la superficie. Como resultado, se ha retenido gran parte del calor primordial del planeta, de cuando la Tierra se acrecentó y desarrolló su núcleo.
La cantidad de calor que puede surgir a través de simples procesos de acreción, juntando pequeños cuerpos para formar la proto-tierra, es grande: del orden de 10.000 kelvins (unos 18.000 grados Farhenheit). La cuestión crucial es saber qué parte de esa energía se depositó en la Tierra en crecimiento y qué parte se irradió al espacio. De hecho, la idea actualmente aceptada sobre cómo se formó la luna implica el impacto o la acreción de un objeto del tamaño de Marte con la proto-tierra o por ella. Cuando dos objetos de este tamaño chocan, se generan grandes cantidades de calor, del que se retiene bastante. Este único episodio podría haber fundido en gran medida los últimos miles de kilómetros del planeta.