El núcleo de la Tierra consiste principalmente en una enorme bola de metal líquido que se encuentra a 3000 km debajo de su superficie. rodeado por un manto de roca caliente. Notablemente, a tan grandes profundidades, tanto el núcleo como el manto están sujetos a presiones y temperaturas extremadamente altas. Es más, La investigación indica que el lento y lento flujo de rocas calientes flotantes, que se mueven varios centímetros por año, lleva el calor desde el núcleo a la superficie. resultando en un enfriamiento muy gradual del núcleo durante el tiempo geológico. Sin embargo, el grado en que el núcleo de la Tierra se ha enfriado desde su formación es un área de intenso debate entre los científicos de la Tierra.

En 2013 Kei Hirose, ahora Director del Instituto de Ciencias de la Tierra y la Vida (ELSI) en el Instituto de Tecnología de Tokio (Tecnología de Tokio), informó que el núcleo de la Tierra puede haberse enfriado hasta 1000 ° C desde su formación hace 4.500 millones de años. Esta gran cantidad de enfriamiento sería necesaria para mantener el campo geomagnético, a menos que hubiera otra fuente de energía aún no descubierta. Estos resultados fueron una gran sorpresa para la comunidad de la Tierra profunda, y creó lo que Peter Olson de la Universidad Johns Hopkins llamó, "la paradoja del calor del nuevo núcleo", en un artículo publicado en Science.

El enfriamiento del núcleo y las fuentes de energía para el campo geomagnético no fueron los únicos problemas difíciles que enfrentó el equipo. Otro asunto sin resolver fue la incertidumbre sobre la composición química del núcleo. "El núcleo es principalmente hierro y algo de níquel, pero también contiene alrededor del 10% de aleaciones ligeras como el silicio, oxígeno, azufre, carbón, hidrógeno, y otros compuestos, "Hirose, autor principal del nuevo estudio que se publicará en la revista Naturaleza . "Creemos que muchas aleaciones están presentes simultáneamente, pero no sabemos la proporción de cada elemento candidato ".

Ahora, en esta última investigación llevada a cabo en el laboratorio de Hirose en ELSI, los científicos utilizaron diamantes cortados con precisión para exprimir pequeñas muestras del tamaño de polvo a las mismas presiones que existen en el núcleo de la Tierra (Fig. 1). Las altas temperaturas en el interior de la Tierra se crearon calentando muestras con un rayo láser. Al realizar experimentos con una variedad de composiciones de aleación probables en una variedad de condiciones, Hirose y sus colegas están tratando de identificar el comportamiento único de diferentes combinaciones de aleaciones que coinciden con el entorno distintivo que existe en el núcleo de la Tierra.

La búsqueda de aleaciones comenzó a dar resultados útiles cuando Hirose y sus colaboradores comenzaron a mezclar más de una aleación. "En el pasado, La mayoría de las investigaciones sobre aleaciones de hierro en el núcleo se han centrado solo en el hierro y una sola aleación, "dice Hirose." Pero en estos experimentos decidimos combinar dos aleaciones diferentes que contienen silicio y oxígeno, que creemos firmemente que existen en el núcleo ".

Los investigadores se sorprendieron al descubrir que cuando examinaron las muestras en un microscopio electrónico, las pequeñas cantidades de silicio y oxígeno en la muestra inicial se habían combinado para formar cristales de dióxido de silicio (Fig. 2), la misma composición que el cuarzo mineral que se encuentra en la superficie de la Tierra.

"Este resultado resultó importante para comprender la energía y la evolución del núcleo, "dice John Hernlund de ELSI, coautor del estudio. "Estábamos emocionados porque nuestros cálculos demostraron que la cristalización de los cristales de dióxido de silicio del núcleo podría proporcionar una nueva e inmensa fuente de energía para alimentar el campo magnético de la Tierra". El impulso adicional que proporciona es suficiente para resolver la paradoja de Olson.

El equipo también ha explorado las implicaciones de estos resultados para la formación de la Tierra y las condiciones en el Sistema Solar temprano. La cristalización cambia la composición del núcleo al eliminar el silicio y el oxígeno disueltos gradualmente con el tiempo. Finalmente, el proceso de cristalización se detendrá cuando el núcleo se quede sin su antiguo inventario de silicio u oxígeno.

"Incluso si tiene silicio presente, no se pueden hacer cristales de dióxido de silicio sin tener también algo de oxígeno disponible ", dice el científico de ELSI George Helffrich, quien modeló el proceso de cristalización para este estudio. "Pero esto nos da pistas sobre la concentración original de oxígeno y silicio en el núcleo, porque solo algunas proporciones de silicio:oxígeno son compatibles con este modelo ".