Resulta que el núcleo interno de nuestro planeta no es uniforme. En cambio, tiene una textura similar a un «tapiz de diferentes tejidos», así lo han dado a conocer investigadores que han analizado miles de terremotos que rebotan en el centro de metal sólido de la Tierra.

Crédito: MysteryPlanet.com.ar.

Cómo se formó, creció y evolucionó el núcleo interno terrestre con el tiempo sigue siendo un misterio, un misterio que un equipo de investigadores dirigido por la Universidad de Utah está tratando de sondear con la ayuda de ondas sísmicas de terremotos naturales. Si bien esta esfera de 2442 kilómetros de diámetro comprende menos del 1 % del volumen total de la Tierra, su existencia es responsable del campo magnético del planeta, sin el cual nuestro mundo sería un lugar muy diferente.

Pero el núcleo interno no es la masa homogénea que alguna vez supusieron los científicos, sino que es más como un tapiz de diferente «tejidos», según Guanning Pang, exestudiante de doctorado en el Departamento de Geología y Geofísica de los EE.UU.

«Por primera vez confirmamos que este tipo de falta de homogeneidad está en todas partes dentro del núcleo interno», dijo Pang, autor principal de un nuevo estudio publicado en Nature.

La otra última frontera

«De lo que se trataba nuestro estudio era de echar un vistazo dentro del núcleo interno», dijo el sismólogo Keith Koper de la Universidad de Utah, quien supervisó el estudio. «Es como una zona fronteriza. Cada vez que desee obtener una imagen del interior de algo, debe eliminar los efectos superficiales. Así que este es el lugar más difícil para hacer imágenes, la parte más profunda, y todavía hay cosas que se desconocen al respecto».

Esta investigación aprovechó un conjunto de datos especial generado por una red global de matrices sísmicas configuradas para detectar explosiones nucleares. En 1996, las Naciones Unidas establecieron la Comisión Preparatoria de la Organización del Tratado de Prohibición Completa de Pruebas Nucleares (CTBTO) para garantizar el cumplimiento del tratado internacional que prohíbe tales explosiones.

Su pieza central es el Sistema Internacional de Monitoreo (IMS), que presenta cuatro sistemas para detectar explosiones utilizando instrumentos de detección avanzados ubicados en todo el mundo. Si bien su propósito es hacer cumplir una prohibición internacional de las detonaciones nucleares, han producido una gran cantidad de datos que los científicos pueden usar para arrojar nueva luz sobre lo que sucede en el interior de la Tierra, los océanos y la atmósfera.

El núcleo interno de la Tierra (en el plano ecuatorial, A) crea un mosaico de fuerzas de dispersión de ondas sísmicas. La dispersión se vuelve más fuerte más cerca del centro del núcleo (B). Crédito: Pang et al., Nature, 2023.

Estos datos han facilitado la investigación que iluminó las explosiones de meteoritos, identificó una colonia de ballenas azules pigmeas, pronosticó el clima y proporcionó información sobre cómo se forman los icebergs.

Si bien la superficie de la Tierra se cartografió y caracterizó a fondo, su interior es mucho más difícil de estudiar ya que no se puede acceder directamente. Las mejores herramientas para detectar este reino oculto son las ondas sísmicas de los terremotos que se propagan desde la delgada corteza del planeta y vibran a través de su manto rocoso y su núcleo metálico.

«El planeta se formó a partir de asteroides que se acumulaban en el espacio, chocando entre sí y generando mucha energía. Así que todo el planeta, cuando se estaba formando, se estaba derritiendo también», explicó Koper. «Es simplemente que el hierro es más pesado y obtienes lo que llamamos formación de núcleo. Los metales se hunden hasta el centro, y la roca líquida queda afuera, y luego esencialmente se congela con el tiempo. La razón por la que todos los metales están ahí abajo es porque son más pesados que las rocas».

Planeta dentro de un planeta

Durante los últimos años, el laboratorio de Koper ha estado analizando la sensibilidad de los datos sísmicos al núcleo interno. Un estudio anterior, dirigido por Pang, identificó variaciones entre las rotaciones de la Tierra y su núcleo interno que pueden haber provocado un cambio en la duración del día entre 2001 y 2003.

El núcleo de la Tierra, que mide alrededor de 4300 millas de diámetro, está compuesto principalmente de hierro y algo de níquel, junto con algunos otros elementos. El núcleo exterior permanece líquido, envolviendo el núcleo interior sólido.

«Es como un planeta dentro de otro planeta que tiene su propia rotación y está desacoplado por este gran océano de hierro fundido», describió Koper, profesor de geología que dirige las Estaciones Sismográficas de la Universidad de Utah (UUSS).

El campo protector de energía magnética que rodea a la Tierra es creado por la convección que ocurre dentro del núcleo exterior líquido, que se extiende 2260 kilómetros por encima del núcleo sólido. El metal fundido se eleva por encima del núcleo interno sólido, se enfría a medida que se acerca al manto rocoso de la Tierra y se hunde. Esta circulación genera las bandas de electrones que envuelven al planeta. Sin el núcleo interno sólido de la Tierra, este campo sería mucho más débil y la superficie planetaria sería bombardeada con radiación y vientos solares que despojarían la atmósfera y dejarían la superficie inhabitable.

La red de dispositivos sísmicos utilizada para medir terremotos en este estudio (C), incluido un instrumento en el centro de Alaska que detectó un terremoto de noviembre de 2011 que se originó en Taiwán (B). Crédito: Pang et al., Nature, 2023.

Para el nuevo estudio, el equipo de Utah analizó los datos sísmicos registrados por 20 conjuntos de sismómetros colocados en todo el mundo, incluidos dos en la Antártida. Estos instrumentos se insertan en pozos perforados hasta 10 metros en formaciones de granito y se organizan en patrones para concentrar las señales que reciben, de forma similar a como funcionan las antenas parabólicas.

Pang analizó ondas sísmicas de 2.455 terremotos, todos con una magnitud superior a 5,7 —o aproximadamente la fuerza del terremoto de 2020 que sacudió a Salt Lake City—. La forma en que estas ondas rebotaron en el núcleo interno ayuda a mapear su estructura interna.

Los terremotos más pequeños no generan olas lo suficientemente fuertes como para ser útiles para el estudio.

«Esta señal que regresa del núcleo interno es realmente pequeña. El tamaño es del orden de un nanómetro», dijo Koper. «Lo que estamos haciendo es buscar una aguja en un pajar. Así que estos ecos y reflejos de bebés son muy difíciles de ver».

El núcleo está cambiando

Los científicos utilizaron por primera vez ondas sísmicas para determinar que el núcleo interno era sólido en 1936. Antes del descubrimiento por parte de la sismóloga danesa Inge Lehmann, se suponía que todo el núcleo era líquido ya que es extremadamente caliente, acercándose a los 10,000 grados Fahrenheit, aproximadamente la temperatura en la superficie del Sol.

En algún momento de la historia de la Tierra, el núcleo interno comenzó a solidificarse bajo las intensas presiones existentes en el centro del planeta. Se desconoce cuándo comenzó ese proceso, pero el equipo de Utah obtuvo pistas importantes de los datos sísmicos, que revelaron un efecto de dispersión asociado con ondas que penetraron en el interior del núcleo.

«Nuestro mayor descubrimiento es que la falta de homogeneidad tiende a ser más fuerte cuando se profundiza. Hacia el centro de la Tierra tiende a ser más fuerte», precisó Pang. «Creemos que este tejido está relacionado con la rapidez con la que crece el núcleo interno. Hace mucho tiempo, el núcleo interno creció muy rápido. Alcanzó un equilibrio y luego comenzó a crecer mucho más lentamente».

Parte del hierro líquido podría haber quedado atrapado en lo más profundo, «congelándose más tarde», escriben los investigadores en su artículo, «presumiblemente dando lugar a una textura distinta en comparación con la parte superior del núcleo interno».

Si bien podemos apreciar mejor el complejo paisaje interior que se precipita bajo nuestros pies, el trabajo aún no ha terminado para los geocientíficos como Pang y Koper.

«El mapeo sísmico continuo de la estructura del núcleo interno es importante porque la estructura registra la historia y la evolución del núcleo de la Tierra, lo que a su vez influye en la historia y la evolución del campo magnético de la Tierra, la convección en el núcleo externo fluido y el flujo de calor hacia la base de el manto», señalan los investigadores.

Comprender esas cosas y continuar monitoreando los terremotos que penetran en el núcleo también podría ayudarnos a estar atentos cuando el núcleo interno de la Tierra deje de girar.

Fuente: EurekAlert. Edición: MP.

Descubren que el núcleo interno de la Tierra no es una esfera lisa como se creía