El núcleo interno de la Tierra
Parte más interna de la Tierra, una bola sólida de aleación de hierro y níquel.

La estructura interna de la Tierra
Vista esquemática de la estructura interior de la Tierra .
  1.   corteza continental
  2.   corteza oceánica
  3.  manto  superior
  4.   manto inferior
  5.   núcleo externo
  6.   núcleo interno
  1. Discontinuidad de Mohorovičić
  2. límite núcleo-manto
  3. límite entre el núcleo externo y el núcleo interno

El núcleo interno de la Tierra es la capa geológica más interna del planeta Tierra . Es principalmente una esfera sólida con un radio de aproximadamente 1220 km (760 mi), que es aproximadamente el 20% del radio de la Tierra o el 70% del radio de la Luna . [1] [2]

No existen muestras del núcleo accesibles para medición directa, como las hay del manto terrestre . [3] Las características del núcleo se han deducido principalmente de mediciones de ondas sísmicas y del campo magnético de la Tierra . [4] Se cree que el núcleo interno está compuesto de una aleación de hierro y níquel con algunos otros elementos. Se estima que la temperatura en su superficie es de aproximadamente 5700 K (5430 °C; 9800 °F), aproximadamente la temperatura en la superficie del Sol . [5]

El núcleo interno es sólido a alta temperatura debido a su alta presión, de acuerdo con la ecuación de Simon-Glatzel . [6]

Historia científica

En 1936, la sismóloga danesa Inge Lehmann [ 7] [8] descubrió que la Tierra tenía un núcleo interno sólido distinto de su núcleo externo fundido mediante un estudio de los sismogramas de los terremotos de Nueva Zelanda detectados por sismógrafos sensibles en la superficie de la Tierra. Dedujo que las ondas sísmicas se reflejan en el límite del núcleo interno e infirió un radio de 1400 km (870 mi) para el núcleo interno, no muy lejos del valor actualmente aceptado de 1221 km (759 mi). [9] [10] [11] En 1938, Beno Gutenberg y Charles Richter analizaron un conjunto de datos más amplio y estimaron el espesor del núcleo externo en 1.950 km (1.210 mi) con una transición empinada pero continua de 300 km (190 mi) de espesor hacia el núcleo interno, lo que implica un radio entre 1.230 y 1.530 km (760 y 950 mi) para el núcleo interno. [12] : p.372 

Unos años más tarde, en 1940, se planteó la hipótesis de que este núcleo interno estaba formado por hierro sólido. En 1952, Francis Birch publicó un análisis detallado de los datos disponibles y concluyó que el núcleo interno probablemente estaba formado por hierro cristalino. [13]

El límite entre los núcleos interno y externo se denomina a veces "discontinuidad de Lehmann", [14] aunque el nombre suele referirse a otra discontinuidad . Se ha propuesto el nombre "Bullen" o "discontinuidad de Lehmann-Bullen", en honor a Keith Edward Bullen , [15] pero su uso parece ser poco frecuente. La rigidez del núcleo interno se confirmó en 1971. [16]

Adam Dziewonski y James Freeman Gilbert establecieron que las mediciones de los modos normales de vibración de la Tierra causados ​​por grandes terremotos eran consistentes con un núcleo externo líquido. [17] En 2005, se detectaron ondas transversales que pasaban a través del núcleo interno; estas afirmaciones fueron inicialmente controvertidas, pero ahora están ganando aceptación. [18]

Fuentes de datos

Ondas sísmicas

Casi todas las mediciones que tienen los científicos sobre las propiedades físicas del núcleo interno son las ondas sísmicas que pasan a través de él. Los terremotos profundos generan las ondas más informativas, a 30 km o más por debajo de la superficie de la Tierra (donde el manto es relativamente más homogéneo) y son registradas por sismógrafos a medida que alcanzan la superficie, en todo el mundo. [ cita requerida ]

Las ondas sísmicas incluyen ondas "P" (primarias o de presión), ondas de compresión que pueden propagarse a través de materiales sólidos o líquidos, y ondas de corte "S" (secundarias o de corte) que solo pueden propagarse a través de sólidos elásticos rígidos. Las dos ondas tienen diferentes velocidades y se amortiguan a diferentes velocidades a medida que viajan a través del mismo material.

De particular interés son las llamadas ondas "PKiKP", ondas de presión (P) que comienzan cerca de la superficie, cruzan el límite entre el manto y el núcleo, viajan a través del núcleo (K), se reflejan en el límite del núcleo interno (i), cruzan nuevamente el núcleo líquido (K), vuelven a cruzar hacia el manto y se detectan como ondas de presión (P) en la superficie. También son de interés las ondas "PKIKP", que viajan a través del núcleo interno (I) en lugar de reflejarse en su superficie (i). Esas señales son más fáciles de interpretar cuando el camino desde la fuente hasta el detector es casi una línea recta, es decir, cuando el receptor está justo por encima de la fuente para las ondas PKiKP reflejadas y antípoda a ella para las ondas PKIKP transmitidas. [19]

Mientras que las ondas S no pueden alcanzar ni salir del núcleo interno como tales, las ondas P pueden convertirse en ondas S, y viceversa, ya que inciden en el límite entre el núcleo interno y el externo en un ángulo oblicuo. Las ondas "PKJKP" son similares a las ondas PKIKP, pero se convierten en ondas S cuando entran en el núcleo interno, lo recorren como ondas S (J) y se convierten nuevamente en ondas P cuando salen del núcleo interno. Gracias a este fenómeno, se sabe que el núcleo interno puede propagar ondas S y, por lo tanto, debe ser sólido.

Otras fuentes

Otras fuentes de información sobre el núcleo interno incluyen

  • el campo magnético de la Tierra . Aunque parece ser generado principalmente por corrientes eléctricas y de fluidos en el núcleo externo, esas corrientes se ven fuertemente afectadas por la presencia del núcleo interno sólido y por el calor que fluye fuera de él. (Aunque está hecho de hierro, el núcleo no es ferromagnético , debido a que está por encima de la temperatura de Curie ). [ cita requerida ]
  • La masa de la Tierra, su campo gravitatorio y su inercia angular son todos factores que se ven afectados por la densidad y las dimensiones de las capas internas. [20]
  • Las frecuencias y modos de oscilación naturales de toda la Tierra, cuando los grandes terremotos hacen que el planeta "suene" como una campana . Estas oscilaciones también dependen en gran medida de la densidad, el tamaño y la forma de las capas internas. [21]

Propiedades físicas

Velocidad de onda sísmica

La velocidad de las ondas S en el núcleo varía suavemente desde unos 3,7 km/s en el centro hasta unos 3,5 km/s en la superficie. Esto es considerablemente menor que la velocidad de las ondas S en la corteza inferior (unos 4,5 km/s) y menos de la mitad de la velocidad en el manto profundo, justo por encima del núcleo externo (unos 7,3 km/s). [5] : fig.2 

La velocidad de las ondas P en el núcleo también varía suavemente a través del núcleo interno, desde aproximadamente 11,4 km/s en el centro hasta aproximadamente 11,1 km/s en la superficie. Luego, la velocidad cae abruptamente en el límite entre el núcleo interno y el externo hasta aproximadamente 10,4 km/s. [5] : fig.2 

Tamaño y forma

Sobre la base de los datos sísmicos, se estima que el núcleo interno tiene un radio de unos 1221 km (2442 km de diámetro), [5] lo que supone aproximadamente el 19% del radio de la Tierra y el 70% del radio de la Luna.

Su volumen es de unos 7.600 millones de kilómetros cúbicos ( 7,6 × 10 18 m 3 ), lo que supone aproximadamente 1 ⁄ 146 (0,69%) del volumen de toda la Tierra.

Se cree que su forma es cercana a un elipsoide de revolución achatado, como la superficie de la Tierra, solo que más esférica: se estima que el aplanamiento f está entre 1 ⁄ 400 y 1 ⁄ 416 , [20] : f.2  significa que se estima que el radio a lo largo del eje de la Tierra es aproximadamente 3 km más corto que el radio en el ecuador. En comparación, el aplanamiento de la Tierra en su conjunto es cercano a 1 ⁄ 300 , y el radio polar es 21 km más corto que el ecuatorial.  

Presión y gravedad

La presión en el núcleo interno de la Tierra es ligeramente superior a la que hay en el límite entre los núcleos externo e interno: oscila entre unos 330 y 360 gigapascales (3.300.000 y 3.600.000 atm). [5] [22] [23]

La aceleración de la gravedad en la superficie del núcleo interno se puede calcular en 4,3 m/s 2 ; [24], que es menos de la mitad del valor en la superficie de la Tierra (9,8 m/s 2 ).

Densidad y masa

Se cree que la densidad del núcleo interno varía suavemente desde aproximadamente 13,0 kg/L (= g/cm3 = t / m3 ) en el centro hasta aproximadamente 12,8 kg/L en la superficie. Como sucede con otras propiedades de los materiales, la densidad cae repentinamente en esa superficie: se cree que el líquido justo por encima del núcleo interno es significativamente menos denso, con aproximadamente 12,1 kg/L. [5] A modo de comparación, la densidad promedio en los 100 km superiores de la Tierra es de aproximadamente 3,4 kg/L.

Esa densidad implica una masa de unos 10 23 kg para el núcleo interno, lo que supone 1 ⁄ 60 (1,7%) de la masa de toda la Tierra.

Temperatura

La temperatura del núcleo interno puede estimarse a partir de la temperatura de fusión del hierro impuro a la presión a la que se encuentra el hierro en el límite del núcleo interno (aproximadamente 330  GPa ). A partir de estas consideraciones, en 2002, D. Alfè y otros estimaron su temperatura entre 5400 K (5100 °C; 9300 °F) y 5700 K (5400 °C; 9800 °F). [5] Sin embargo, en 2013, S. Anzellini y otros obtuvieron experimentalmente una temperatura sustancialmente más alta para el punto de fusión del hierro, 6230 ± 500 K (5957 ± 500 °C; 10754 ± 900 °F). [25]

El hierro puede ser sólido a temperaturas tan altas sólo porque su temperatura de fusión aumenta drásticamente a presiones de esa magnitud (véase la relación de Clausius-Clapeyron ). [26] [27]

Campo magnético

En 2010, Bruce Buffett determinó que el campo magnético promedio en el núcleo externo líquido es de aproximadamente 2,5  militeslas (25  gauss ), que es aproximadamente 40 veces la fuerza máxima en la superficie. Partió del hecho conocido de que la Luna y el Sol causan mareas en el núcleo externo líquido, tal como lo hacen en los océanos en la superficie. Observó que el movimiento del líquido a través del campo magnético local crea corrientes eléctricas , que disipan energía en forma de calor de acuerdo con la ley de Ohm . Esta disipación, a su vez, amortigua los movimientos de marea y explica las anomalías detectadas previamente en la nutación de la Tierra . A partir de la magnitud de este último efecto, pudo calcular el campo magnético. [28] El campo dentro del núcleo interno presumiblemente tiene una fuerza similar. Si bien es indirecta, esta medición no depende significativamente de ninguna suposición sobre la evolución de la Tierra o la composición del núcleo.

Viscosidad

Aunque las ondas sísmicas se propagan a través del núcleo como si fuera sólido, las mediciones no pueden distinguir un material sólido de uno extremadamente viscoso . Por ello, algunos científicos han considerado la posibilidad de que exista una convección lenta en el núcleo interno (como se cree que existe en el manto). Esa podría ser una explicación de la anisotropía detectada en los estudios sísmicos. En 2009, B. Buffett estimó la viscosidad del núcleo interno en 10 18  Pa ·s, [29] que es un sextillón de veces la viscosidad del agua y más de mil millones de veces la de la brea .

Composición

Aún no hay evidencia directa sobre la composición del núcleo interno. Sin embargo, basándose en la prevalencia relativa de varios elementos químicos en el Sistema Solar , la teoría de la formación planetaria y las restricciones impuestas o implícitas por la química del resto del volumen de la Tierra, se cree que el núcleo interno está compuesto principalmente de una aleación de hierro y níquel .

A las presiones y temperaturas estimadas del núcleo, se predice que el hierro puro podría ser sólido, pero su densidad superaría la densidad conocida del núcleo en aproximadamente un 3%. Ese resultado implica la presencia de elementos más ligeros en el núcleo, como silicio , oxígeno o azufre , además de la probable presencia de níquel. [30] Estimaciones recientes (2007) permiten hasta un 10% de níquel y entre un 2 y un 3% de elementos más ligeros no identificados. [5]

Según los cálculos de D. Alfè y otros, el núcleo externo líquido contiene entre un 8 y un 13 % de oxígeno, pero a medida que el hierro cristaliza para formar el núcleo interno, el oxígeno queda mayoritariamente en el líquido. [5]

Los experimentos de laboratorio y el análisis de las velocidades de las ondas sísmicas parecen indicar que el núcleo interno está compuesto específicamente de hierro ε , una forma cristalina del metal con la estructura hexagonal compacta ( HCP ). Esa estructura aún puede admitir la inclusión de pequeñas cantidades de níquel y otros elementos. [19] [31]

Estructura

Muchos científicos habían esperado inicialmente que el núcleo interno fuera homogéneo , porque ese mismo proceso debería haberse producido de manera uniforme durante toda su formación. Incluso se sugirió que el núcleo interno de la Tierra podría ser un único cristal de hierro. [32]

Anisotropía alineada con el eje

En 1983, G. Poupinet y otros observaron que el tiempo de viaje de las ondas PKIKP (ondas P que viajan a través del núcleo interno) era aproximadamente 2 segundos menor para trayectorias rectas de norte a sur que para trayectorias rectas en el plano ecuatorial. [33] Incluso teniendo en cuenta el aplanamiento de la Tierra en los polos (alrededor del 0,33% para toda la Tierra, 0,25% para el núcleo interno) y las heterogeneidades de la corteza y el manto superior , esta diferencia implicaba que las ondas P (de una amplia gama de longitudes de onda ) viajan a través del núcleo interno aproximadamente un 1% más rápido en la dirección norte-sur que a lo largo de direcciones perpendiculares a esa. [34]

Esta anisotropía de la velocidad de las ondas P ha sido confirmada por estudios posteriores, incluidos más datos sísmicos [19] y el estudio de las oscilaciones libres de toda la Tierra. [21] Algunos autores han afirmado valores más altos para la diferencia, hasta un 4,8%; sin embargo, en 2017 Daniel Frost y Barbara Romanowicz confirmaron que el valor está entre el 0,5% y el 1,5%. [35]

Anisotropía no axial

Algunos autores han afirmado que la velocidad de las ondas P es más rápida en direcciones oblicuas o perpendiculares al eje N−S, al menos en algunas regiones del núcleo interno. [36] Sin embargo, estas afirmaciones han sido cuestionadas por Frost y Romanowicz, quienes en cambio afirman que la dirección de la velocidad máxima es lo más cercana al eje de rotación de la Tierra que se puede determinar. [37]

Causas de la anisotropía

Los datos de laboratorio y los cálculos teóricos indican que la propagación de las ondas de presión en los cristales HCP de hierro ε también es fuertemente anisotrópica, con un eje "rápido" y dos igualmente "lentos". Una preferencia por parte de los cristales en el núcleo por alinearse en la dirección norte-sur podría explicar la anomalía sísmica observada. [19]

Un fenómeno que podría causar esta alineación parcial es el flujo lento ("arrastre") dentro del núcleo interno, desde el ecuador hacia los polos o viceversa. Ese flujo haría que los cristales se reorientaran parcialmente según la dirección del flujo. En 1996, S. Yoshida y otros propusieron que dicho flujo podría ser causado por una mayor tasa de congelación en el ecuador que en las latitudes polares. Entonces se establecería un flujo de ecuador a polo en el núcleo interno, que tendería a restablecer el equilibrio isostático de su superficie. [38] [31]

Otros sugirieron que el flujo requerido podría ser causado por una convección térmica lenta dentro del núcleo interno. T. Yukutake afirmó en 1998 que tales movimientos convectivos eran improbables. [39] Sin embargo, B. Buffet en 2009 estimó la viscosidad del núcleo interno y descubrió que tal convección podría haber sucedido, especialmente cuando el núcleo era más pequeño. [29]

Por otra parte, M. Bergman en 1997 propuso que la anisotropía se debía a una tendencia observada de los cristales de hierro a crecer más rápido cuando sus ejes cristalográficos están alineados con la dirección del flujo de calor de enfriamiento. Por lo tanto, propuso que el flujo de calor que sale del núcleo interno estaría sesgado hacia la dirección radial. [40]

En 1998, S. Karato propuso que los cambios en el campo magnético también podrían deformar el núcleo interno lentamente con el tiempo. [41]

Varias capas

En 2002, M. Ishii y A. Dziewoński presentaron evidencia de que el núcleo interno sólido contenía un "núcleo interno más interno" (IMIC) con propiedades algo diferentes a las de la capa que lo rodea. La naturaleza de las diferencias y el radio del IMIC aún no se han resuelto en 2019, y se ha propuesto que este último alcance entre 300 km y 750 km. [42] [43] [44] [37]

En 2018, A. Wang y X. Song propusieron un modelo de tres capas, con un "núcleo interno" (IIC) con un radio de unos 500 km, una capa de "núcleo interno externo" (OIC) de unos 600 km de espesor y una capa isotrópica de 100 km de espesor. En este modelo, la dirección de la "onda P más rápida" sería paralela al eje de la Tierra en el OIC, pero perpendicular a ese eje en el IIC. [36] Sin embargo, la conclusión ha sido cuestionada por afirmaciones de que no es necesario que haya discontinuidades agudas en el núcleo interno, sino solo un cambio gradual de las propiedades con la profundidad. [37]

En 2023, un estudio informó de nuevas pruebas "de un núcleo interno anisotrópicamente distintivo" (una bola interna de unos 650 km de espesor) "y su transición a una capa exterior débilmente anisotrópica, que podría ser un registro fosilizado de un importante acontecimiento global del pasado". Sugieren que los átomos de los átomos del IIC están [empaquetados] de forma ligeramente diferente a su capa exterior, lo que hace que las ondas sísmicas pasen a través del IIC a velocidades diferentes a las del núcleo circundante (las velocidades de las ondas P son un 4 % más lentas a unos 50° del eje de rotación de la Tierra). [45] [ aclaración necesaria ]

Variación lateral

En 1997, S. Tanaka y H. Hamaguchi afirmaron, basándose en datos sísmicos, que la anisotropía del material del núcleo interno, aunque orientado N−S, era más pronunciada en el hemisferio "oriental" del núcleo interno (a unos 110 °E de longitud, aproximadamente bajo Borneo ) que en el hemisferio "occidental" (a unos 70 °O, aproximadamente bajo Colombia ). [46] : fg.9 

Alboussère y otros propusieron que esta asimetría podría deberse a la fusión en el hemisferio oriental y la recristalización en el occidental. [47] C. Finlay conjeturó que este proceso podría explicar la asimetría en el campo magnético de la Tierra. [48]

Sin embargo, en 2017 Frost y Romanowicz cuestionaron esas inferencias anteriores, afirmando que los datos muestran solo una anisotropía débil, con una velocidad en la dirección N−S solo entre un 0,5% y un 1,5% más rápida que en las direcciones ecuatoriales, y sin signos claros de variación E−O. [35]

Otra estructura

Otros investigadores afirman que las propiedades de la superficie del núcleo interno varían de un lugar a otro a lo largo de distancias tan pequeñas como 1 km. Esta variación es sorprendente, ya que se sabe que las variaciones laterales de temperatura a lo largo del límite del núcleo interno son extremadamente pequeñas (esta conclusión está limitada con seguridad por las observaciones del campo magnético ). [ cita requerida ]

Crecimiento

Esquema del movimiento del núcleo interno y del núcleo externo de la Tierra y del campo magnético que genera.

Se cree que el núcleo interno de la Tierra está creciendo lentamente a medida que el núcleo externo líquido en el límite con el núcleo interno se enfría y solidifica debido al enfriamiento gradual del interior de la Tierra (alrededor de 100 grados Celsius por mil millones de años). [49]

Según los cálculos de Alfé y otros, a medida que el hierro se cristaliza en el núcleo interno, el líquido que se encuentra justo encima se enriquece con oxígeno y, por lo tanto, es menos denso que el resto del núcleo externo. Este proceso crea corrientes de convección en el núcleo externo, que se cree que son el principal impulsor de las corrientes que crean el campo magnético de la Tierra. [5]

La existencia del núcleo interno también afecta los movimientos dinámicos del líquido en el núcleo externo y, por lo tanto, puede ayudar a fijar el campo magnético. [ cita requerida ]

Dinámica

Como el núcleo interno no está conectado rígidamente al manto sólido de la Tierra, desde hace tiempo se ha considerado la posibilidad de que rote ligeramente más rápido o más lento que el resto de la Tierra. [50] [51] En la década de 1990, los sismólogos hicieron varias afirmaciones sobre la detección de este tipo de superrotación observando cambios en las características de las ondas sísmicas que pasan a través del núcleo interno durante varias décadas, utilizando la propiedad antes mencionada de que transmite ondas más rápidamente en algunas direcciones. En 1996, X. Song y P. Richards estimaron esta "superrotación" del núcleo interno en relación con el manto en aproximadamente un grado por año. [52] [53] En 2005, ellos y J. Zhang compararon registros de "dobles sísmicos" (registros por la misma estación de terremotos que ocurren en el mismo lugar en el lado opuesto de la Tierra, con años de diferencia), y revisaron esa estimación a 0,3 a 0,5 grados por año. [54] En 2023, se informó que el núcleo dejó de girar más rápido que la superficie del planeta alrededor de 2009 y es probable que ahora esté girando más lento que ella. No se cree que esto tenga efectos importantes y se cree que un ciclo de oscilación dura aproximadamente siete décadas, coincidiendo con varias otras periodicidades geofísicas, "especialmente la duración del día y el campo magnético". [55] [56]

En 1999, M. Greff-Lefftz y H. Legros observaron que los campos gravitatorios del Sol y la Luna que son responsables de las mareas oceánicas también aplican pares de torsión a la Tierra, afectando a su eje de rotación y una desaceleración de su velocidad de rotación . Esos pares de torsión se sienten principalmente en la corteza y el manto, de modo que su eje de rotación y velocidad pueden diferir de la rotación general del fluido en el núcleo externo y la rotación del núcleo interno. La dinámica es complicada debido a las corrientes y los campos magnéticos en el núcleo interno. Encuentran que el eje del núcleo interno se tambalea ( nuta ) ligeramente con un período de aproximadamente 1 día. Con algunas suposiciones sobre la evolución de la Tierra, concluyen que los movimientos del fluido en el núcleo externo habrían entrado en resonancia con las fuerzas de marea en varias ocasiones en el pasado (hace 3.0, 1.8 y 0.3 mil millones de años). Durante esas épocas, que duraron entre 200 y 300 millones de años cada una, el calor adicional generado por movimientos de fluidos más fuertes podría haber detenido el crecimiento del núcleo interno. [57]

Edad

Las teorías sobre la edad del núcleo forman parte de las teorías sobre la historia de la Tierra . Se cree ampliamente que el núcleo interno sólido de la Tierra se formó a partir de un núcleo inicialmente completamente líquido a medida que la Tierra se enfriaba. Sin embargo, se desconoce el momento en que comenzó este proceso. [4]

Estimaciones de edad en miles de millones de años a partir de
diferentes estudios y métodos
T = modelado termodinámico
P = análisis paleomagnetismo
(R) = con elementos radiactivos
(N) = sin ellos
FechaAutoresEdadMétodo
2001Labrosse y otros [58]1 ± 0,5TENNESSE)
2003Labrosse [59]~2T(R)
2011Smirnov y otros [60]2–3,5PAG
2014Driscoll y Bercovici [61]0,65yo
2015Labrosse [62]< 0,7yo
2015Biggin y otros [63]1–1,5PAG
2016Ohta y otros [64]< 0,7yo
2016Konôpková y otros [65]< 4,2yo
2019Bono y otros [66]0,5PAG

Se han utilizado dos métodos principales para inferir la edad del núcleo interno: el modelado termodinámico del enfriamiento de la Tierra y el análisis de evidencia paleomagnética . Las estimaciones obtenidas con estos métodos varían entre 0,5 y 2 mil millones de años.

Evidencia termodinámica

Flujo de calor del interior de la Tierra, según ST Dye [67] y R. Arevalo. [68]

Una de las formas de estimar la edad del núcleo interno es modelando el enfriamiento de la Tierra, limitado por un valor mínimo para el flujo de calor en el límite núcleo-manto (CMB). Esa estimación se basa en la teoría predominante de que el campo magnético de la Tierra se activa principalmente por corrientes de convección en la parte líquida del núcleo, y el hecho de que se requiere un flujo de calor mínimo para sostener esas corrientes. El flujo de calor en el CMB en el momento actual se puede estimar de manera confiable porque está relacionado con el flujo de calor medido en la superficie de la Tierra y con la tasa medida de convección del manto . [69] [58]

En 2001, S. Labrosse y otros, asumiendo que no había elementos radiactivos en el núcleo, dieron una estimación de 1 ± 0,5 mil millones de años para la edad del núcleo interno, considerablemente menos que la edad estimada de la Tierra y de su núcleo líquido (alrededor de 4,5 mil millones de años) [58] En 2003, el mismo grupo concluyó que, si el núcleo contenía una cantidad razonable de elementos radiactivos, la edad del núcleo interno podría ser unos pocos cientos de millones de años más antigua. [59]

En 2012, los cálculos teóricos de M. Pozzo y otros indicaron que la conductividad eléctrica del hierro y otros materiales hipotéticos del núcleo, a las altas presiones y temperaturas esperadas allí, eran dos o tres veces más altas que lo asumido en investigaciones anteriores. [70] Estas predicciones fueron confirmadas en 2013 por mediciones de Gomi y otros. [71] Los valores más altos de conductividad eléctrica llevaron a mayores estimaciones de la conductividad térmica , a 90 W/m·K; lo que, a su vez, redujo las estimaciones de su edad a menos de 700 millones de años. [62] [64]

Sin embargo, en 2016 Konôpková y otros midieron directamente la conductividad térmica del hierro sólido en condiciones de núcleo interno y obtuvieron un valor mucho más bajo, 18–44 W/m·K. Con esos valores, obtuvieron un límite superior de 4.2 mil millones de años para la edad del núcleo interno, compatible con la evidencia paleomagnética. [65]

En 2014, Driscoll y Bercovici publicaron una historia térmica de la Tierra que evitó la llamada catástrofe térmica del manto y la nueva paradoja del núcleo al invocar 3 TW de calentamiento radiogénico por la desintegración de40
K
en el núcleo. Tales abundancias elevadas de K en el núcleo no están respaldadas por estudios de partición experimentales, por lo que tal historia térmica sigue siendo muy discutible. [61]

Evidencia paleomagnética

Otra forma de estimar la edad de la Tierra es analizar los cambios en el campo magnético de la Tierra a lo largo de su historia, tal como quedaron atrapados en rocas que se formaron en diferentes momentos (el "registro paleomagnético"). La presencia o ausencia del núcleo interno sólido podría dar lugar a diferentes procesos dinámicos en el núcleo que podrían conducir a cambios notables en el campo magnético. [72]

En 2011, Smirnov y otros publicaron un análisis del paleomagnetismo en una gran muestra de rocas que se formaron en el Neoarcaico (hace 2.800–2.500 millones de años) y el Proterozoico (hace 2.500–0.541 millones de años). Encontraron que el campo geomagnético era más cercano al de un dipolo magnético durante el Neoarcaico que después de él. Interpretaron ese cambio como evidencia de que el efecto dinamo estaba más profundamente asentado en el núcleo durante esa época, mientras que en la época posterior las corrientes más cercanas al límite núcleo-manto cobraron importancia. Especulan además que el cambio puede haberse debido al crecimiento del núcleo interno sólido entre 3.500 y 2.000 millones de años atrás. [60]

En 2015, Biggin y otros publicaron el análisis de un conjunto extenso y cuidadosamente seleccionado de muestras precámbricas y observaron un aumento destacado en la intensidad y la variación del campo magnético de la Tierra hace alrededor de 1.000 a 1.500 millones de años. Este cambio no se había notado antes debido a la falta de suficientes mediciones sólidas. Especularon que el cambio podría deberse al nacimiento del núcleo interno sólido de la Tierra. A partir de su estimación de edad, derivaron un valor bastante modesto para la conductividad térmica del núcleo externo, que permitió modelos más simples de la evolución térmica de la Tierra. [63]

En 2016, P. Driscoll publicó un modelo numérico de dinamo evolutivo que realizó una predicción detallada de la evolución del campo paleomagnético durante 0,0–2,0 Ga. El modelo de dinamo evolutivo fue impulsado por condiciones de contorno variables en el tiempo producidas por la solución de la historia térmica en Driscoll y Bercovici (2014). El modelo de dinamo evolutivo predijo una dinamo de campo fuerte antes de 1,7 Ga que es multipolar, una dinamo de campo fuerte de 1,0–1,7 Ga que es predominantemente dipolar, una dinamo de campo débil de 0,6–1,0 Ga que es un dipolo no axial y una dinamo de campo fuerte después de la nucleación del núcleo interno de 0,0–0,6 Ga que es predominantemente dipolar. [73]

Un análisis de muestras de rocas de la época Ediacárica (formada hace unos 565 millones de años), publicado por Bono y otros en 2019, reveló una intensidad inusualmente baja y dos direcciones distintas para el campo geomagnético durante ese tiempo, lo que respalda las predicciones de Driscoll (2016). Considerando otras evidencias de alta frecuencia de inversiones del campo magnético en esa época, especulan que esas anomalías podrían deberse al inicio de la formación del núcleo interno, que entonces tendría 0.500 millones de años. [66] Un artículo de P. Driscoll titulado News and Views resume el estado del campo después de los resultados de Bono. [74] Nuevos datos paleomagnéticos del Cámbrico parecen respaldar esta hipótesis. [75] [76]

Véase también

Referencias

  1. ^ Monnereau, Marc; Calvet, Marie; Margerin, Ludovic; Souriau, Annie (21 de mayo de 2010). "Crecimiento asimétrico del núcleo interno de la Tierra". Science . 328 (5981): 1014–1017. Bibcode :2010Sci...328.1014M. doi :10.1126/science.1186212. PMID  20395477. S2CID  10557604.
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Lectura adicional

El Wikilibro Geología histórica tiene una página sobre el tema: Estructura de la Tierra
  • Tkalčić, Hrvoje (marzo de 2015). "Núcleo interno complejo de la Tierra: la última frontera de la sismología global". Reseñas de Geofísica . 53 (1): 59–94. Bibcode :2015RvGeo..53...59T. doi : 10.1002/2014RG000469 . hdl : 1885/68142 .
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