El núcleo interno de la Tierra no es tan sólido como se creía

Investigadores descubren otros estados de la materia aparte del sólido en el corazón de nuestro planeta

Representación del núcleo interno de la Tierra elaborada por los investigadores
del equipo de Yu He (IGCAS)

Una investigación publicada en Nature va a obligar a las editoriales a cambiar los libros de texto de geología y ciencias de la Tierra. El núcleo interno de la Tierra, la parte más interna de nuestro planeta, no es únicamente sólido, también contiene elementos ligeros en estado 'superiónico', el mismo estado en el que se conserva el litio en las baterías de nuestro teléfono móviles. La investigación, hecha por científicos del Instituto de Geoquímica de la Academia China de Ciencias (IGCAS), revela que el centro de nuestro planeta es más blando de lo que se pensaba.

Viaje al centro de la Tierra

Estudiar el núcleo interno sin muestras

Nuestro planeta es una casi esfera formada por capas concéntricas. Respiramos aire de la capa más externa, la atmósfera, y pisamos y construimos sobre la corteza. Bajo nuestros pies, por orden de profundidad, están el manto superior, el inferior, el núcleo exterior y el núcleo interior.

La Tierra es una casi esfera de capas concéntricas, de la corteza ´más externa
 al núcleo interno.  (iStock / Getty / alexlmx)

Hasta ahora se creía que el núcleo interno era muy parecido a una pelota de petanca de hierro macizo gigante, en aleación con otros elementos. Se confiaba en que a altas temperaturas este sólido era algo flexible, pero seguía siendo sólido. Hoy, un grupo de investigadores de China ha demostrado que no, no sólo es sólido, y puede que sea más flexible y blando de lo que se creía.

De fuera hacia dentro

La naturaleza del núcleo terrestre favorece que nuestro planeta sea habitable

No se dispone de muestras del núcleo terrestre, pero la ciencia ha demostrado gracias a la sismología que el núcleo exterior está formado por hierro principalmente en estado líquido, y el interior por hierro sólido. Danzando hay otros elementos como el níquel, hidrógeno, oxígeno, azufre o carbono. Las altas presiones y temperatura de esta zona de la Tierra hacen que el hierro de la capa líquida pase a sólido. En esos cambios de estado entre núcleo externo y núcleo interno, de líquido a sólido, se genera un movimiento que crea la magnetosfera, que nos protege de la radiación solar y de partículas ionizadas del espacio. Gracias a esta composición y a cómo se comporta la materia en el núcleo terrestre, nuestro planeta es habitable.

Corazón vivo

Hierro con oxígeno, hidrógeno o carbono en estado 'superiónico'

Los investigadores del IGCAS han descubierto que el núcleo interno de la Tierra está compuesto por hierro sólido y elementos ligeros en estado 'superiónico'. "Este estado es intermedio entre sólido y líquido, existe ampliamente en el interior de los planetas", declara a La Vanguardia He Yu, investigador y autor principal del trabajo. "El estado superiónico parece un sólido normal, pero se comporta distinto. Por ejemplo, los materiales de los electrodos de las baterías de iones de litio de nuestros teléfonos móviles son materiales superiónicos. Los iones de litio se mueven rápidamente en ellos y completan el almacenamiento y la conversión de energía", ejemplifica Yu.

Batería de iones de litio de 10 micras de espesor, el material central estaría en
estado superiónico, igual que algunos elementos en aleación con el hierro sólido
en el centro de nuestro planeta (Propias)

Yu y sus colegas han descubierto que algunos elementos ligeros, como el carbono, el hidrógeno y el oxígeno, se comportan como líquidos y se difunden libremente en la red del hierro sólido del núcleo. "Estos son los elementos más importantes para el ser humano. Pueden formar agua, metano y gas oxígeno. Nuestro estudio ayuda a comprender el ciclo de estos elementos en la parte más profunda de nuestro planeta, lo que es importante para entender la habitabilidad de nuestro planeta", asevera Yu.

Gracias a la técnica

Sismicidad, pruebas geofísicas y simulación por ordenador

Los investigadores emplearon técnicas de simulación por ordenador acorde a la teoría de la mecánica cuántica. Calcularon cómo afectaban las altas presiones y temperaturas a la materia del corazón de nuestro planeta, y contrastaron los cálculos con observaciones geofísicas. Según sus resultados, "la mayor parte del núcleo interno debería ser superiónica", afirma Yu. "Sin embargo, la estructura del núcleo interno es compleja. Se necesitan más estudios para entender esta cuestión" añade.

Subido a tierra, a esa pelota de petanca de hierro gigante análoga al núcleo interno, la atravesarían canales de otros elementos ligeros, en aleación con el hierro, y en un estado semi-sólido, o superiónico.

Influencia en la magnetosfera

Próximos pasos

Esquema del núcleo interno (inner) y externo (outer), y de la convección
de sus componentes que influyen en el flujo magnético que forma
la magnetosfera (Yu He et. al Nature 2022)

Para los autores, esta particularidad de constante movimiento en el interior del núcleo interno, con elementos en estado superiónico atravesando el hierro en estado sólido, explica que el núcleo pareciese más blando de lo que se suponía que tendría que ser en los experimentos de sismología. Sin embargo, hay una incógnita importante, y es cómo influye esta condición recién descubierta del núcleo al campo geomagnético de la Tierra, o cómo influye en la magnetosfera, que hace que nuestro planeta sea habitable.

Aparentemente, el paso de líquido a sólido en los límites del núcleo interno, lo que justifica la magnetosfera, no afecta a la movilidad de estos elementos ligeros dentro del núcleo interno. Yu y sus colegas desconocen el porqué, y prevén analizar cómo afecta esta naturaleza del núcleo interno de la Tierra a su campo geomagnético. 

"Creo que la materia en estado superiónico debe existir ampliamente en el interior de los planetas, y espero que nuestro estudio atraiga a los científicos a prestar atención al estado superiónico y a sus efectos", concluye Yu.

lavanguardia.com