El campo magnético de la Tierra protege y hace que nuestro planeta sea habitable al detener las partículas dañinas de alta energía del espacio, incluso del Sol. La fuente de este campo magnético es el núcleo en el centro de nuestro planeta.

Pero el núcleo es muy difícil de estudiar, en parte porque comienza a una profundidad de unos 2.900 kilómetros, lo que hace que sea demasiado profundo para muestrear e investigar directamente.

Sin embargo, un equipo de investigación ha encontrado una manera de obtener información sobre el núcleo de la Tierra, con detalles publicados recientemente en Geochemical Perspective Letters.

Filtración de material desde el núcleo

El núcleo es la parte más caliente de nuestro planeta con un núcleo externo que alcanza temperaturas de más de 5.000 grados Celsius (9.000 Fahrenheit). Esto tiene que afectar el manto subyacente y se estima que el 50 por ciento del calor volcánico proviene del núcleo.

La actividad volcánica es el principal mecanismo de enfriamiento del planeta. Ciertos vulcanismos, como el que todavía está formando islas volcánicas de Hawaii e Islandia, podrían estar vinculados al núcleo mediante penachos del manto que transfieren calor desde el núcleo a la superficie de la Tierra.

Sin embargo, si hay algún intercambio de material físico entre el núcleo y el manto ha sido un tema de debate durante décadas.

Public domain

Los hallazgos de este estudio sugieren que parte del material del núcleo se transfiere a la base por medio de estas penachos del manto, y el núcleo ha estado filtrando este material durante los últimos 2.500 millones de años.

Esto se descubrió al observar variaciones muy pequeñas en la proporción de isótopos del elemento tungsteno (los isótopos son básicamente versiones del mismo elemento que solo contienen diferentes números de neutrones).

Para estudiar el núcleo de la Tierra, necesitamos buscar marcadores químicos del material del núcleo en rocas volcánicas derivadas del manto profundo.

Sabemos que el núcleo tiene una química muy distinta, dominada por el hierro y el níquel, junto con elementos como el tungsteno, el platino y el oro que se disuelven en la aleación de hierro y níquel. Por lo tanto, buscar aleaciones de metales es una buena opción para investigar los rastros del núcleo.

La búsqueda de isótopos de tungsteno

El tungsteno (símbolo químico W) como elemento base tiene 74 protones. El tungsteno tiene varios isótopos, incluidos 182 W (con 108 neutrones) y 184 W (con 110 neutrones).

Estos isótopos del tungsteno tienen el potencial de ser los trazadores más concluyentes del material del núcleo, ya que se espera que el manto tenga una proporción mucho mayor de 182 W / 184 W que el núcleo.

Esto se debe a otro elemento, el hafnio (Hf), que no se disuelve en la aleación de hierro y níquel y está enriquecido en el manto, y tenía un isótopo ahora extinto ( 182 Hf) que decayó a 182 W. Esto le da al manto extra 182 W en relación con el tungsteno en el núcleo.

Barra de Tungsteno. Crédito: W. Oelen / Wikimedia Commons

Pero el análisis requerido para detectar variaciones en los isótopos de tungsteno es increíblemente desafiante, ya que estamos observando variaciones en la relación de 182 W / 184 W en partes por millón y la concentración de tungsteno en las rocas es tan baja como decenas de partes por billón. Menos de cinco laboratorios en el mundo pueden hacer este tipo de análisis.

Evidencia de una fuga

El estudio muestra un cambio sustancial en la relación de 182 W / 184 W del manto durante la vida de la Tierra. Las rocas más antiguas de la Tierra tienen 182 W / 184 W significativamente más altas que la mayoría de las rocas de la Tierra moderna.

El cambio en la relación de 182 W / 184 W del manto indica que el tungsteno del núcleo ha estado goteando en el manto durante mucho tiempo.

Curiosamente, en las rocas volcánicas más antiguas de la Tierra, durante un período de tiempo de 1.800 millones de años, no hay cambios significativos en los isótopos de tungsteno del manto. Esto indica que de hace 4.3 billones a 2.7 billones de años, poco o ningún material del núcleo se transfirió al manto superior.

Pero en los 2.500 millones de años subsiguientes, la composición de isótopos de tungsteno del manto ha cambiado significativamente. Inferimos que un cambio en la tectónica de placas, hacia el final del Eón Arcaico de hace unos 2.600 millones de años, provocó corrientes convectivas suficientemente grandes en el manto para cambiar los isótopos de tungsteno de todas las rocas modernas.

Cómo el núcleo de la Tierra podría estar filtrando material en las plumas del manto. Crédito: Neil Bennett

¿Por qué la fuga?

Si los penachos del manto ascienden desde el límite núcleo-manto a la superficie, se deduce que el material de la superficie de la Tierra también debe descender hacia el manto profundo.

Subducción, el término usado para las rocas de la superficie de la Tierra que descienden hacia el manto, toma material rico en oxígeno de la superficie hacia el manto profundo como un componente integral de la tectónica de placas.

Los experimentos muestran que el aumento de la concentración de oxígeno en el límite entre el núcleo y el manto podría hacer que el tungsteno se separe del núcleo hacia el manto.

Alternativamente, la solidificación del núcleo interno también aumentaría la concentración de oxígeno del núcleo externo. En este caso, nuestros nuevos resultados podrían decirnos algo sobre la evolución del núcleo, incluido el origen del campo magnético de la Tierra.

Estudio ha confirmado que el núcleo de la Tierra está filtrando material al manto, y además material del manto está ingresando al núcleo. Crédito: doctor-a / Pixabay

El núcleo de la Tierra comenzó como un metal completamente líquido y se ha estado enfriando y solidificando parcialmente con el tiempo. El campo magnético es generado por el giro del núcleo sólido interno. El tiempo de cristalización del núcleo interno es una de las preguntas más difíciles de responder en la Tierra y en las ciencias planetarias.

Nuestro estudio nos brinda un indicador que se puede usar para investigar la interacción núcleo-manto y el cambio en la dinámica interna de nuestro planeta, y que puede mejorar nuestra comprensión de cómo y cuándo se activó el campo magnético.

Los hallazgos de la investigación han sido publicados en Geochemical Perspective Letters.

Autores del estudio: Hanika Rizo (Carleton University), David Murphy (Queensland University of Technology), Denis Andrault (Université Clermont Auvergne).

The Core o El Núcleo, es una película de ciencia ficción en que un equipo científico excavan hacia el centro de la Tierra para reiniciar la rotación del centro con armas nucleares. Crédito: Paramount Pictures