En el corazón de la Tierra, a más de cinco mil kilómetros bajo nuestros pies, un grupo de científicos chinos ha revelado que el núcleo interno no es un bloque metálico rígido, sino que se encuentra en un estado superiónico: una especie de híbrido en el que los átomos de hierro forman una estructura sólida mientras elementos ligeros, como el carbono, se mueven a través de ella con la fluidez de un líquido. Este hallazgo, liderado por el profesor Youjun Zhang y la doctora Yuqian Huang de la Universidad de Sichuan, junto con el profesor Yu He del Instituto de Geoquímica de la Academia China de Ciencias, resuelve un misterio sísmico que llevaba décadas desconcertando a la comunidad científica y obliga a replantear la imagen que teníamos del centro del planeta.

Un enigma sísmico persistente

Durante años, las ondas sísmicas han revelado un comportamiento extraño al atravesar el núcleo interno. Aunque esa región responde como un sólido capaz de transmitir ondas de cizalla, su rigidez aparente es mucho menor de la que se esperaría para un hierro sólido bajo presiones tan extremas. Las mediciones mostraban velocidades de ondas de corte inusualmente bajas y una relación de Poisson más cercana a la de un material blando, casi “mantecosa”, que a la de un metal duro.

Estas discrepancias dieron lugar a un rompecabezas: ¿cómo podía el núcleo ser sólido y, al mismo tiempo, comportarse como un metal sorprendentemente suave? La respuesta no parecía encajar en los modelos clásicos, que imaginaban un núcleo interno estático, compuesto simplemente por una aleación de hierro con pequeñas cantidades de elementos ligeros inmóviles en la red cristalina.

El experimento que recreó el núcleo interno

Para desentrañar este enigma, el equipo encabezado por Youjun Zhang, Yuqian Huang y Yu He recurrió a una combinación de experimentos de choque dinámico y simulaciones avanzadas. Utilizaron una plataforma de compresión por impacto capaz de acelerar muestras de aleaciones hierro-carbono hasta velocidades de unos 7 kilómetros por segundo. Ese impacto generó presiones del orden de 140 gigapascales y temperaturas cercanas a los 2600 kelvin, condiciones comparables a las del núcleo interno de la Tierra.

Bajo ese entorno extremo, las muestras fueron observadas mediante mediciones in situ de la velocidad del sonido y complementadas con simulaciones de dinámica molecular. Los resultados mostraron una caída pronunciada en la velocidad de las ondas de cizalla y un aumento de la relación de Poisson, reflejando exactamente el tipo de “suavización” que se detecta en los datos sísmicos del núcleo interno.

Al mismo tiempo, el análisis atómico reveló un comportamiento muy particular: los átomos de hierro mantenían una estructura ordenada, mientras que los átomos de carbono empezaban a desplazarse con rapidez a través de la red cristalina, como si fueran un líquido infiltrado en un sólido.

Los átomos de hierro forman una estructura rígida hexagonal compacta (hcp), con un subconjunto de estos átomos que exhiben un movimiento colectivo a lo largo de las direcciones [100] y [010]. Dentro de esta red hcp de hierro, los elementos ligeros intersticiales se difunden libremente de manera similar a un líquido, mientras que los elementos ligeros sustitutivos permanecen confinados en sus respectivos sitios de red sustitutivos. En consecuencia, el núcleo interno de la Tierra existe en un estado híbrido de comportamiento sólido y líquido. Crédito de imagen: Huang et al.

Un estado superiónico que lo cambia todo

Ese comportamiento corresponde a un estado superiónico, en el que coexisten un entramado sólido y un componente móvil con características líquidas. En el caso del núcleo interno, la red de hierro proporciona la estructura y la capacidad de transmitir ondas de cizalla, mientras que el carbono intersticial se mueve con libertad entre los huecos de esa red. Esa movilidad debilita la rigidez del material sin destruir su orden cristalino.

De este modo, el núcleo interno puede seguir siendo estructuralmente sólido, pero comportarse, desde el punto de vista sísmico, como un metal notablemente blando. La clave no es que el hierro sea menos sólido, sino que la difusión de los elementos ligeros altera la respuesta mecánica global del material. El trabajo del equipo de Sichuan University y del Instituto de Geoquímica de la Academia China de Ciencias ofrece así una explicación unificada y coherente a las propiedades sísmicas observadas durante décadas.

Además, las simulaciones y los datos experimentales muestran que esta fase superiónica se ajusta muy bien a las presiones y temperaturas estimadas para la profundidad del núcleo interno, lo que refuerza la idea de que este estado de la materia no es una curiosidad de laboratorio, sino una realidad física en el interior del planeta.

Implicaciones para la Tierra y otros mundos rocosos

La existencia de un estado superiónico en el núcleo interno tiene consecuencias profundas para la dinámica terrestre. La movilidad de los elementos ligeros dentro de la red de hierro podría contribuir a explicar la anisotropía sísmica, es decir, las variaciones en la velocidad de las ondas según la dirección en la que se propagan. Dependiendo de cómo se organicen y difundan esos átomos ligeros, ciertas direcciones podrían ofrecer menos resistencia al paso de las ondas.

Crédito de imagen: The New York Public Library / Unsplash

Por otro lado, el propio equipo de investigación señala que la difusión atómica en el núcleo podría representar una fuente de energía adicional para el geodínamo, el proceso que genera el campo magnético de la Tierra. Hasta ahora se consideraban principalmente el calor y la convección composicional como motores de ese “generador” profundo; la movilidad fluida de elementos ligeros añade una pieza nueva al rompecabezas energético del interior terrestre.

Más allá de la Tierra, este descubrimiento abre una ventana para comprender mejor el interior de otros planetas rocosos y de exoplanetas similares. Si en sus núcleos se alcanzan condiciones parecidas de presión y temperatura, también podrían albergar estados superiónicos capaces de modificar su estructura interna, su evolución térmica y sus campos magnéticos.

En conjunto, el trabajo liderado por Youjun Zhang, Yuqian Huang, Yu He y sus colegas muestra que el núcleo interno de la Tierra no es un bloque inmóvil de hierro, sino un escenario dinámico donde un sólido y un componente líquido conviven a escala atómica. Esta nueva visión del centro del planeta no solo resuelve un viejo misterio sísmico, sino que redefine lo que entendemos por materia en condiciones extremas y nos acerca un poco más a comprender el motor oculto que sostiene la vida en la superficie terrestre.

Los hallazgos de la investigación titulada “Experimental evidence for superionic Fe–C alloy revealed by shear softening in Earth’s inner core” han sido publicadas en National Science Review.

¿Te gustó este contenido? Te invito a compartirlo con tus amigos. Síguenos en nuestra Página de Facebook, para recibir a diario nuestras noticias. También puedes unirte a nuestro Grupo Oficial y a nuestra comunidad en Telegram. Y si crees que hacemos un buen trabajo, considera apoyarnos.

Por: CodigoOculto.com

Crédito imagen de portada: depositphotos.com