Aunque hace más calor que la superficie del Sol, el núcleo de hierro cristalizado de la Tierra permanece sólido. Un nuevo estudio del KTH Royal Institute of Technology en Suecia finalmente puede resolver un debate de larga data sobre cómo eso es posible. así como por qué las ondas sísmicas viajan a velocidades más altas entre los polos del planeta que a través del ecuador.

Girando dentro del núcleo fundido de la Tierra hay una bola de cristal, en realidad una formación en masa de hierro cristalizado casi puro, casi del tamaño de la luna. Entendiendo esto extraño La característica no observable de nuestro planeta depende de conocer la estructura atómica de estos cristales, algo que los científicos han estado tratando de hacer durante años.

Como con todos los metales, las estructuras cristalinas del hierro a escala atómica cambian según la temperatura y la presión a la que está expuesto el metal. Los átomos se empaquetan en variaciones de cúbicos, así como formaciones hexagonales. A temperatura ambiente y presión atmosférica normal, el hierro está en lo que se conoce como fase cúbica centrada en el cuerpo (BCC), que es una arquitectura de cristal con ocho puntos de esquina y un punto central. Pero a una presión extremadamente alta, las estructuras cristalinas se transforman en formas hexagonales de 12 puntos, o una fase compacta (HCP).

En el núcleo de la Tierra, donde la presión es 3,5 millones de veces más alta que la presión de la superficie y las temperaturas son alrededor de 6, 000 grados más alto:los científicos han propuesto que la arquitectura atómica del hierro debe ser hexagonal. Si el hierro BCC existe en el centro de la Tierra se ha debatido durante los últimos 30 años, y un estudio reciente de 2014 lo descartó, argumentando que BCC sería inestable en tales condiciones.

Sin embargo, en un estudio reciente publicado en Geociencias de la naturaleza , Los investigadores de KTH encontraron que el hierro en el núcleo de la Tierra se encuentra de hecho en la fase BCC. Anatoly Belonoshko, investigador del Departamento de Física de KTH, dice que cuando los investigadores observaron muestras computacionales de hierro más grandes que las estudiadas anteriormente, Las características del hierro BCC que se pensaba que lo volvían inestable terminaron haciendo todo lo contrario.

"En las condiciones del núcleo de la Tierra, El hierro BCC exhibe un patrón de difusión atómica nunca antes observado, "Dice Belonoshko.

Belonoshko dice que los datos también muestran que el hierro puro probablemente representa el 96 por ciento de la composición del núcleo interno. junto con níquel y posiblemente elementos ligeros.

Sus conclusiones se extraen de laboriosas simulaciones por ordenador realizadas con Triolith, una de las supercomputadoras suecas más grandes. Estas simulaciones les permitieron reinterpretar las observaciones recopiladas hace tres años en el Laboratorio Nacional Livermore Lawrence en California. "Parece que los datos experimentales que confirman la estabilidad del hierro BCC en el Núcleo estaban frente a nosotros, simplemente no sabíamos lo que eso realmente significaba, " él dice.

A baja temperatura, el BCC es inestable y los planos cristalinos se deslizan fuera de la estructura ideal del BCC. Pero a altas temperaturas, la estabilización de estas estructuras comienza de forma muy parecida a un juego de cartas, con el barajado de un "mazo". Belonoshko dice que en el calor extremo del núcleo, los átomos ya no pertenecen a los planos debido a la gran amplitud del movimiento atómico.

"El deslizamiento de estos aviones es un poco como barajar una baraja de cartas, ", explica." Aunque las cartas se colocan en diferentes posiciones, la cubierta sigue siendo una cubierta. Igualmente, el hierro BCC conserva su estructura cúbica ".

Tal mezcla conduce a un enorme aumento en la distribución de moléculas y energía, lo que conduce a un aumento de la entropía, o la distribución de estados energéticos. Ese, Sucesivamente, hace que el BCC sea estable.

Normalmente, la difusión destruye las estructuras cristalinas convirtiéndolas en líquido. En este caso, La difusión permite que el hierro conserve la estructura del BCC. "La fase BCC sigue el lema:'Lo que no me mata me hace más fuerte', ", Dice Belonoshko." La inestabilidad mata la fase BCC a baja temperatura, pero hace que la fase BCC sea estable a alta temperatura ".

Dice que esta difusión también explica por qué el núcleo de la Tierra es anisotrópico, es decir, tiene una textura que es direccional, como la veta de la madera. La anisotropía explica por qué las ondas sísmicas viajan más rápido entre los polos de la Tierra, que a través del ecuador.

"Las características únicas de la fase Fe BCC, como la autodifusión a alta temperatura incluso en un hierro sólido puro, podría ser responsable de la formación de estructuras anisotrópicas a gran escala necesarias para explicar la anisotropía del núcleo interno de la Tierra, ", dice." La difusión permite una textura fácil del hierro en respuesta a cualquier estrés ".

La predicción abre el camino para comprender el interior de la Tierra y, finalmente, para predecir el futuro de la Tierra. Dice Belonoshko. "El objetivo final de las Ciencias de la Tierra es comprender el pasado, presente y futuro de la Tierra, y nuestra predicción nos permite hacer precisamente eso ".