En el centro, la Tierra es una bola de metal sólido, una especie de « planeta dentro de un planeta », cuya existencia hace posible la vida en la superficie, al menos tal como la conocemos.

Cómo se formó, creció y evolucionó el núcleo interno de la Tierra a lo largo del 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 la Tierra 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 « tejido », según Guanning Pang, ex estudiante de doctorado en el Departamento de Geología y Geofísica de la U.

« Por primera vez confirmamos que este tipo de falta de homogeneidad está en todas partes dentro del núcleo interno », dijo Pang. Ahora, investigador postdoctoral en la Universidad de Cornell, Pang es el autor principal de un nuevo estudio, publicado el 5 de julio en Nature, que abre una ventana a los confines más profundos de la Tierra. Realizó el estudio como parte de su tesis doctoral en Utah.

La otra última frontera

« De lo que se trataba nuestro estudio era de tratar de mirar dentro del núcleo interno », dijo el sismólogo de la U Keith Koper, quien supervisó el estudio. « Es como un área fronteriza. Cada vez que quieres imaginar el interior de algo, tienes que 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.

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.

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 [in space]. Están chocando entre sí y generas mucha energía. Entonces, todo el planeta, cuando se está formando, se está derritiendo”, dijo Koper. “Es simplemente que el hierro es más pesado y se obtiene 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 », dijo Koper, profesor de geología que dirige las Estaciones Sismográficas de la U de U, o 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 (1795 millas) por encima del núcleo sólido, dijo. 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 del planeta sería bombardeada con radiación y vientos solares que despojarían la atmósfera y dejarían la superficie inhabitable.

Para el nuevo estudio, el equipo de la U analizó los datos sísmicos registrados por 20 conjuntos de sismómetros colocados en todo el mundo, incluidos dos en la Antártida. El más cercano a Utah está fuera de Pinedale, Wyoming. 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 las 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. superficie.

En algún momento de la historia de la Tierra, el núcleo interno comenzó a « nuclearse » o solidificarse bajo las intensas presiones existentes en el centro del planeta. Se desconoce cuándo comenzó ese proceso, pero el equipo de la U 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 », dijo Pang.

« Creemos que este tejido está relacionado con la rapidez con la que crecía el núcleo interno. Hace mucho tiempo, el núcleo interno creció muy rápido. Alcanzó un equilibrio y luego comenzó a crecer mucho más lentamente », dijo Koper. « No todo el hierro se volvió sólido, por lo que algo de hierro líquido podría quedar atrapado en el interior ».

Participaron en el estudio, que fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencias, investigadores de la Universidad del Sur de California, la Universidad de Nantes en Francia y el Laboratorio Nacional de Los Álamos.