Por razones desconocidas, El núcleo interno de hierro sólido de la Tierra está creciendo más rápido en un lado que en el otro, y lo ha sido desde que comenzó a congelarse a partir del hierro fundido hace más de 500 millones de años, según un nuevo estudio realizado por sismólogos de la Universidad de California, Berkeley.

El crecimiento más rápido de Banda Sea de Indonesia no ha dejado al núcleo desequilibrado. La gravedad distribuye uniformemente el nuevo crecimiento (cristales de hierro que se forman cuando el hierro fundido se enfría) para mantener un núcleo interno esférico que crece en un radio de un milímetro por año en promedio.

Pero el crecimiento mejorado en un lado sugiere que algo en el núcleo externo de la Tierra o en el manto debajo de Indonesia está eliminando el calor del núcleo interno a un ritmo más rápido que en el lado opuesto. bajo Brasil. Un enfriamiento más rápido en un lado aceleraría la cristalización del hierro y el crecimiento del núcleo interno en ese lado.

Esto tiene implicaciones para el campo magnético de la Tierra y su historia, porque la convección en el núcleo externo impulsada por la liberación de calor del núcleo interno es lo que hoy impulsa la dínamo que genera el campo magnético que nos protege de las partículas peligrosas del sol.

"Proporcionamos límites bastante imprecisos sobre la edad del núcleo interno (entre 500 millones y 1500 millones de años) que pueden ayudar en el debate sobre cómo se generó el campo magnético antes de la existencia del núcleo interno sólido". "dijo Barbara Romanowicz, Profesor de la Escuela de Graduados de la UC Berkeley en el Departamento de Ciencias de la Tierra y Planetarias y director emérito del Laboratorio Sismológico de Berkeley (BSL). "Sabemos que el campo magnético ya existía hace 3 mil millones de años, por lo que otros procesos deben haber impulsado la convección en el núcleo externo en ese momento ".

La edad más joven del núcleo interno puede significar que, temprano en la historia de la Tierra, el calor que hierve el núcleo del fluido proviene de elementos ligeros que se separan del hierro, no por cristalización del hierro, que vemos hoy.

"El debate sobre la edad del núcleo interno ha estado ocurriendo durante mucho tiempo, "dijo Daniel Frost, asistente científico de proyectos en la BSL. "La complicación es:si el núcleo interno ha podido existir solo durante 1.500 millones de años, según lo que sabemos sobre cómo pierde calor y qué tan caliente hace, entonces, ¿de dónde vino el campo magnético más antiguo? De ahí surgió esta idea de elementos ligeros disueltos que luego se congelan ".

Hierro congelador

El crecimiento asimétrico del núcleo interno explica un misterio de tres décadas:que el hierro cristalizado en el núcleo parece estar preferentemente alineado a lo largo del eje de rotación de la tierra. más en el oeste que en el este, mientras que uno esperaría que los cristales estuvieran orientados al azar.

La evidencia de esta alineación proviene de las mediciones del tiempo de viaje de las ondas sísmicas de los terremotos a través del núcleo interno. Las ondas sísmicas viajan más rápido en la dirección del eje de rotación norte-sur que a lo largo del ecuador, una asimetría que los geólogos atribuyen a los cristales de hierro, que son asimétricos, que tienen sus ejes largos preferentemente alineados a lo largo del eje de la Tierra.

Si el núcleo es hierro cristalino sólido, ¿Cómo se orientan los cristales de hierro preferentemente en una dirección?

En un intento de explicar las observaciones, Frost y sus colegas Marine Lasbleis de la Universidad de Nantes en Francia y Brian Chandler y Romanowicz de UC Berkeley crearon un modelo informático de crecimiento de cristales en el núcleo interno que incorpora modelos de crecimiento geodinámico y la física mineral del hierro a alta presión y alta temperatura.

"El modelo más simple parecía un poco inusual:que el núcleo interno es asimétrico, "Dijo Frost." El lado oeste se ve diferente del lado este hasta el centro, no solo en la parte superior del núcleo interno, como algunos han sugerido. La única forma en que podemos explicar eso es que por un lado crece más rápido que el otro ".

El modelo describe cómo el crecimiento asimétrico, aproximadamente un 60% más alto en el este que en el oeste, puede orientar preferentemente los cristales de hierro a lo largo del eje de rotación, con más alineación en el oeste que en el este, y explicar la diferencia en la velocidad de la onda sísmica a través del núcleo interno.

"Lo que estamos proponiendo en este artículo es un modelo de convección sólida asimétrica en el núcleo interno que reconcilia las observaciones sísmicas y las condiciones de frontera geodinámicas plausibles, "Dijo Romanowicz.

Escarcha, Romanowicz y sus colegas informarán sus hallazgos en la edición de esta semana de la revista. Naturaleza Geociencia .

Sondeando el interior de la Tierra con ondas sísmicas

El interior de la Tierra tiene capas como una cebolla. El núcleo interno sólido de hierro-níquel, hoy 1, 200 kilómetros (745 millas) de radio, o aproximadamente tres cuartas partes del tamaño de la luna, está rodeado por un núcleo externo fluido de hierro fundido y níquel de aproximadamente 2, 400 kilómetros (1, 500 millas) de espesor. El núcleo exterior está rodeado por un manto de roca caliente 2, 900 kilómetros (1, 800 millas) de espesor y cubierto por un delgado, frio, corteza rocosa en la superficie.

La convección ocurre tanto en el núcleo externo, que hierve lentamente a medida que el calor del hierro cristalizado sale del núcleo interno, y en el manto, a medida que la roca más caliente se mueve hacia arriba para llevar este calor desde el centro del planeta a la superficie. El vigoroso movimiento de ebullición en el núcleo exterior de hierro líquido produce el campo magnético de la Tierra.

Según el modelo de computadora de Frost, que creó con la ayuda de Lasbleis, como crecen los cristales de hierro, la gravedad redistribuye el exceso de crecimiento en el este hacia el oeste dentro del núcleo interno. Ese movimiento de cristales dentro del sólido más bien blando del núcleo interno, que está cerca del punto de fusión del hierro a estas altas presiones, alinea la red cristalina a lo largo del eje de rotación de la Tierra en mayor grado en el oeste que en el este.

El modelo predice correctamente las nuevas observaciones de los investigadores sobre los tiempos de viaje de las ondas sísmicas a través del núcleo interno:la anisotropía, o diferencia en los tiempos de recorrido paralelos y perpendiculares al eje de rotación, aumenta con la profundidad, y la anisotropía más fuerte se desplaza hacia el oeste desde el eje de rotación de la Tierra en unos 400 kilómetros (250 millas).

El modelo de crecimiento del núcleo interno también establece límites en la proporción de níquel al hierro en el centro de la tierra, Dijo Frost. Su modelo no reproduce con precisión las observaciones sísmicas a menos que el níquel constituya entre el 4% y el 8% del núcleo interno, lo que se acerca a la proporción de los meteoritos metálicos que presumiblemente alguna vez fueron los núcleos de los planetas enanos de nuestro sistema solar. El modelo también les dice a los geólogos cuán viscoso, o fluido, el núcleo interno es.

"Sugerimos que la viscosidad del núcleo interno es relativamente grande, un parámetro de entrada de importancia para los geodinámicos que estudian los procesos de dínamo en el núcleo externo, "Dijo Romanowicz.