El núcleo interno de la Tierra es un extraño lío de fluidos superiónicos

tierra interior corazón puede consistir en elementos fluidos ligeros que giran en medio de una red sólida de hierro, según un estudio de simulación por computadora.

Un equipo de físicos modeló recientemente el comportamiento de las aleaciones de hierro y elementos más ligeros como el hidrógeno, el carbono y el oxígeno a temperaturas y presiones extremadamente altas en el centro de nuestro planeta. En estas condiciones, la parte de hierro de la mezcla se mantuvo sólida, pero los elementos más ligeros se convirtieron en lo que se denomina un fluido superiónico: un estado más fluido que un sólido, pero no tan fluido como un líquido.

Según el artículo del físico Yu He de la Academia China de Ciencias y sus colegas publicado en febrero en la revista Naturalezaesta combinación de hierro sólido e hidrógeno, carbono u oxígeno superiónico podría explicar algunas cosas muy desconcertantes que los sismólogos han observado sobre las profundidades internas de nuestro planeta.

Qué hay de nuevo – Las simulaciones realizadas por él y sus colegas sugieren que, en condiciones de núcleo interno, una simple aleación de hierro y carbono podría transformarse en algo con una estructura mucho más compleja. Y eso, a su vez, podría explicar algunas cosas muy desconcertantes que los sismólogos han observado sobre las profundidades internas de nuestro planeta.

En modelos informáticos basados ​​en Mecánica cuánticaÉl y sus colegas simularon lo que sucedería con mezclas fundidas de hierro y diferentes combinaciones de hidrógeno, carbono y oxígeno a temperaturas de unos 5.200 grados centígrados y presiones de unos 3,6 millones de atmósferas. Así es como se ve el núcleo interno de la Tierra, que comienza a unos 5.300 kilómetros por debajo de nuestros pies.

Y resulta que en estas condiciones, el hierro se vuelve sólido; sus átomos permanecen en un lugar, vibrando en silencio. Pero los átomos de elementos más livianos, como los que él y sus colegas dicen que probablemente sean parte de la mezcla de material fundido en el núcleo de la Tierra, rebotan más y se hunden casi, pero no del todo, como líquido. El resultado es una estructura sólida de átomos de hierro, con una mezcla fluida de átomos más ligeros flotando en los espacios entre ellos.

Cuando él y sus colegas simularon cómo viajarían las ondas sísmicas a través de su modelo del núcleo interno de la Tierra, los resultados se parecían mucho a los datos sísmicos del mundo real. Esto les dijo a los investigadores que su modelo era una explicación plausible de lo que está sucediendo en el corazón de nuestro planeta. También sugirió que los fluidos superiónicos en el núcleo de la Tierra podrían explicar Por qué las ondas sísmicas viajan a través del núcleo interno mientras lo hacen.

Aquí está el fondo – Durante un terremoto, ciertas ondas sísmicas, llamadas ondas superficiales, viajan a lo largo de la corteza terrestre; otras, llamadas ondas de cuerpo, pasan por el interior del planeta. Medir qué tan rápido pasan las ondas corporales a través de las capas del planeta y cómo cambian sus propiedades a lo largo del camino puede revelar información sobre la estructura de nuestro planeta. Las ondas de cuerpo, por ejemplo, nos permiten saber que el núcleo de la Tierra tiene dos capas y que la capa exterior está compuesta principalmente de hierro líquido.

La medición de las ondas sísmicas que atraviesan el núcleo de la Tierra también les ha revelado a los científicos que está compuesto de algo un poco menos denso que el hierro puro. Es probable que los elementos más ligeros como el hidrógeno, el carbono y el oxígeno formen parte de la mezcla, formando una combinación llamada aleación. Es probable que estos elementos sean sospechosos porque son tres de los cuatro elementos más comunes en nuestro sistema solar y han sido parte del interior de la Tierra desde que se formó el planeta.

Sin embargo, los sismólogos han notado que algunas ondas sísmicas que pasan a través del núcleo interno de la Tierra se ralentizan mucho más de lo que deberían si pasan a través de una bola sólida de una aleación de hierro uniformemente mezclada. Significa que algo más debe estar sucediendo en el núcleo interno.

«Las observaciones sismológicas sugieren que la estructura del núcleo interno es complicada y difícil de entender», escribieron él y sus colegas en su artículo, pero dicen que sus simulaciones recientes pueden apuntar a la respuesta a lo que llaman «acertijos sísmicos». largo tiempo». del núcleo interior.

Por qué es importante – Él y sus colegas dicen que su modelo podría explicar por qué las ondas sísmicas se ralentizan a medida que pasan por el núcleo interno de la Tierra, así como por qué las ondas sísmicas pasan por el centro de la Tierra un 3 % más rápido de polo a polo que a través del ecuador. .

Las ondas de presión, como las ondas de sonido y las ondas sísmicas, viajan más rápido a través de materiales más densos. Los fluidos superiónicos son menos densos que los sólidos; sus átomos están más separados y se mueven más libremente. Esto significa que las ondas sísmicas no pasarán a través de un fluido superiónico tan rápido como a través de un sólido, lo que podría explicar por qué las ondas sísmicas se abren camino a través del núcleo interno de la Tierra.

Mientras tanto, mientras que los átomos de hierro del núcleo interno son sólidos y estacionarios, los elementos superiónicos más livianos están en constante movimiento. El interior de la Tierra es caliente, pero algunas regiones son más calientes que otras. Esto genera un movimiento de agitación constante llamado convección porque el material caliente tiende a subir mientras que el material más frío tiende a hundirse. La convección en el manto de la Tierra hace que las placas tectónicas se muevan, produciendo terremotos cuyas ondas sísmicas nos ayudan a comprender el núcleo.

En el núcleo interno, si He y sus colegas tienen razón, la convección mantendría el fluido superiónico en movimiento, circulando entre la sólida red de átomos de hierro. Este flujo constante puede significar que algunas partes del núcleo interno pueden contener fragmentos más sólidos que otros, o más fluidos. Y eso podría explicar por qué las ondas sísmicas viajan un poco más rápido de un polo a otro.

«Este fenómeno puede proporcionar una interpretación alternativa de los diferentes tiempos de viaje de terremotos similares», escribieron He y sus colegas.

Una mejor comprensión de cómo funcionan los fluidos superiónicos en el núcleo de la Tierra también podría ayudarnos a comprender otros mundos. Algunos científicos planetarios también han sugerido que pueden existir fluidos superiónicos dentro de gigantes de hielo como Neptuno, Urano y exoplanetas de tamaño similar.

Y después – La Tierra tiene un campo magnético porque el hierro líquido en el núcleo exterior también se mueve por convección, y este movimiento crea un electroimán gigante en el centro de nuestro planeta. Él y sus colegas sugieren que el campo magnético de la Tierra también puede afectar la forma en que el carbono superiónico, el hidrógeno y el oxígeno se mueven a través del núcleo interno.

Por otro lado, en lo profundo de los gigantes de hielo Neptuno y Urano, la convección de fluidos superiónicos podría influir en los campos magnéticos de los planetas.

Se necesitarán más investigaciones para comprender si existe una conexión entre los campos magnéticos y los fluidos superiónicos en el núcleo interno de la Tierra, pero los resultados podrían decirnos algo nuevo sobre la dínamo que alimenta a nuestro planeta.