Al aplicar nuevos datos y las supercomputadoras de Princeton a la pregunta clásica de qué hay debajo de nuestros pies, La sismóloga de Princeton Jessica Irving y un equipo internacional de colegas han desarrollado un nuevo modelo para el núcleo exterior de la Tierra, una región de hierro líquido en las profundidades de la Tierra.

El núcleo exterior se agita constantemente, sosteniendo el campo magnético del planeta y proporcionando calor al manto. "Comprender el núcleo externo es fundamental para comprender la historia del campo magnético, "dijo Irving, profesor asistente de geociencias. El trabajo de su equipo aparece hoy en la revista Avances de la ciencia .

"El modelo que hemos producido, EPOC (parámetros elásticos del núcleo externo) será el modelo de fondo, lo único que subyace a todo lo demás, ", dijo Irving. Los investigadores describen EPOC como una actualización del núcleo externo del Modelo de Referencia Preliminar de la Tierra (PREM) existente, un modelo de cómo las propiedades fundamentales de la Tierra varían con la profundidad, que se desarrolló hace casi 40 años.

Los datos clave de la investigación provienen de "modos normales, "que son ondas estacionarias que se pueden medir después de los terremotos más grandes, normalmente de magnitud 7,5 o superior. A diferencia de las ondas corporales y superficiales que estudian la mayoría de los sismólogos, los modos normales son "la vibración de toda la Tierra a la vez, que es algo asombroso en lo que pensar, ", Dijo Irving." Podríamos decir que la Tierra 'suena como una campana, 'a frecuencias características ".

El nuevo modelo, EPOC, se imaginó por primera vez en un taller de ciencias de verano de cuatro semanas donde Irving se alojó con sus compañeros sismólogos Sanne Cottaar, en la Universidad de Cambridge, y Vedran Leki? en la Universidad de Maryland-College Park.

"PREM es un venerable, muy simple, modelo bien considerado, pero no puede representar ninguna estructura a pequeña escala, "Irving dijo." Pensamos, '¿Podemos hacer un modelo simple, incluso con menos parámetros que PREM, que hace el trabajo igual de bien? Resultó que podíamos hacer un modelo que hiciera el trabajo mucho mejor ".

Para uno, EPOC reduce la necesidad de una "pequeña capa complicada" en el límite entre el núcleo y el manto, ella dijo. Los investigadores en las últimas décadas habían encontrado discrepancias entre la velocidad de onda corporal predicha por PREM y los datos que estaban encontrando. especialmente en la parte superior del núcleo, y algunos habían argumentado que debía haber una capa anormalmente lenta escondida allí. Debatieron qué tan grueso debería ser (las estimaciones oscilan entre 50 y 300 millas) y exactamente de qué debe estar compuesto.

El modelo de su equipo no ofrece más detalles que PREM, Irving dijo:"pero sugerimos que debido a que EPOC se ajusta mejor a los datos, tal vez no necesite esta pequeña capa ". Y, además, proporciona información sobre las propiedades materiales del núcleo exterior.

El núcleo externo es de vital importancia para la historia térmica del planeta y su campo magnético. dijo Irving, pero "no es tangible. No podemos mostrarte una roca del núcleo exterior. Pero al mismo tiempo, es una sección tan grande de nuestro planeta. El núcleo contiene aproximadamente el 30 por ciento de la masa del planeta. La corteza es insignificante en comparación. Hay tantas cosas que no entendemos sobre las profundidades de la tierra, y estas ni siquiera son propiedades complicadas. Solo buscamos las propiedades a granel que varían muy lentamente ".

Para crear su modelo, Irving y sus compañeros sismólogos combinaron sus habilidades. Cottaar tenía experiencia con ecuaciones de estado:la física explica las conexiones entre temperatura, presión, volumen y otras características fundamentales, ¿y Leki? dominaba las técnicas bayesianas, un enfoque probabilístico que ayudó al equipo a examinar innumerables modelos posibles y encontrar los más probables. Y debido a su experiencia en sismología de modo normal, Irving sabía cómo trabajar con el conjunto de datos recién actualizado.

"Así que los tres éramos sismólogos con diferentes conjuntos de habilidades especializadas, y nos gustaba tomar café juntos en el desayuno, ", Dijo Irving." Es muy divertido hacer ciencia con amigos ".

Los investigadores introdujeron las ecuaciones de estado en el grupo de supercomputadoras Tiger de Princeton para generar millones de posibles modelos del núcleo externo. "Cada seis segundos creamos un nuevo modelo, ", Dijo Irving." Algunos los rechazamos porque se veían mal. Tenemos pruebas científicas para 'incorrecto, 'para modelos que dicen cosas como, 'La masa de la Tierra debería ser el doble de lo que pensamos' ".

Luego, el equipo tomó el mejor de los modelos y los usó para predecir a qué frecuencias temblaría toda la Tierra después de un terremoto masivo. Los investigadores compararon las frecuencias medidas de los modos normales con las predicciones de sus modelos hasta que encontraron su modelo preferido.

Al enseñar sobre modos normales, Irving usa la metáfora de dos campanas, uno de latón y otro de acero, Ambos pintados de blanco. "Si tocas esas campanas, obtendrás diferentes notas de ellos, y eso te dirá que tienes diferentes materiales allí, ", dijo." Las frecuencias exactas, el tono exacto con el que la Tierra se sacude después de estos terremotos muy grandes, depende de las propiedades materiales de la Tierra. Al igual que no podemos ver a través de la pintura de las campanas no podemos ver a través del planeta, pero podemos escuchar el tono las frecuencias de estas observaciones de toda la Tierra, y utilícelos para hacer inferencias sobre lo que está sucediendo en las profundidades de la Tierra ".