stringtranslate.com

El núcleo exterior de la Tierra

Estructura de la tierra y la atmósfera.

El núcleo externo de la Tierra es una capa fluida de aproximadamente 2260 km (1400 millas) de espesor, compuesta principalmente de hierro y níquel que se encuentra sobre el núcleo interno sólido de la Tierra y debajo de su manto . [1] [2] [3] El núcleo externo comienza aproximadamente a 2.889 km (1.795 millas) debajo de la superficie de la Tierra en el límite entre el núcleo y el manto y termina a 5.150 km (3.200 millas) debajo de la superficie de la Tierra en el límite del núcleo interno. [4]

Propiedades

El núcleo exterior de la Tierra es líquido , a diferencia de su núcleo interior , que es sólido. [5] La evidencia de un núcleo externo fluido incluye la sismología que muestra que las ondas de corte sísmicas no se transmiten a través del núcleo externo. [6] Aunque tiene una composición similar al núcleo interno sólido de la Tierra, el núcleo externo permanece líquido ya que no hay suficiente presión para mantenerlo en estado sólido.

Las inversiones sísmicas de las ondas corporales y los modos normales limitan el radio del núcleo externo a 3483 km con una incertidumbre de 5 km, mientras que el del núcleo interno es de 1220 ± 10 km. [7] : 94 

Las estimaciones para la temperatura del núcleo externo son aproximadamente 3000 a 4500 K (2700 a 4200 °C; 4900 a 7600 °F) en su región exterior y 4000 a 8000 K (3700 a 7700 °C; 6700 a 14 000 °F) cerca el núcleo interno. [8] Los modelos han demostrado que el núcleo externo, debido a su alta temperatura, es un fluido de baja viscosidad que convecta turbulentamente . [8] La teoría de la dinamo considera las corrientes parásitas en el fluido de níquel-hierro del núcleo externo como la fuente principal del campo magnético de la Tierra . Se estima que la intensidad media del campo magnético en el núcleo externo de la Tierra es de 2,5 militesla , 50 veces más fuerte que el campo magnético en la superficie. [9] [10]

A medida que el núcleo de la Tierra se enfría, el líquido en el límite interno del núcleo se congela, lo que hace que el núcleo interno sólido crezca a expensas del núcleo externo, a un ritmo estimado de 1 mm por año. Esto equivale a aproximadamente 80.000 toneladas de hierro por segundo. [11]

Elementos ligeros del núcleo exterior de la Tierra.

Composición

El núcleo externo de la Tierra no puede estar constituido enteramente de hierro o de una aleación de hierro y níquel porque sus densidades son más altas que las mediciones geofísicas de la densidad del núcleo externo de la Tierra. [12] [13] [14] [15] De hecho, el núcleo externo de la Tierra tiene aproximadamente entre un 5 y un 10 por ciento menos densidad que el hierro a las temperaturas y presiones del núcleo de la Tierra . [15] [16] [17] Por lo tanto, se ha propuesto que los elementos ligeros con números atómicos bajos formen parte del núcleo externo de la Tierra, como la única forma factible de reducir su densidad. [14] [15] [16] Aunque el núcleo externo de la Tierra es inaccesible al muestreo directo, [14] [15] [18] la composición de los elementos ligeros puede limitarse significativamente mediante experimentos de alta presión , cálculos basados ​​en mediciones sísmicas , modelos de la acreción de la Tierra y comparaciones de meteoritos de condritas carbonosas con la Tierra de silicato a granel (BSE) . [12] [14] [15] [16] [18] [19] Estimaciones recientes indican que el núcleo externo de la Tierra está compuesto de hierro junto con 0 a 0,26 por ciento de hidrógeno , 0,2 por ciento de carbono , 0,8 a 5,3 por ciento de oxígeno , 0 a 4,0 por ciento de silicio , 1,7 por ciento de azufre y 5 por ciento de níquel en peso, y la temperatura del límite núcleo-manto y del límite interno del núcleo oscila entre 4.137 y 4.300 K y entre 5.400 y 6.300 K respectivamente. [14]

Restricciones

Acreción
Ilustración de un artista de cómo podría haber sido la Tierra al principio de su formación. En esta imagen, la Tierra parece fundida, con espacios rojos de lava separándose con placas de material irregulares y aparentemente enfriadas.
Ilustración de un artista de cómo podría haber sido la Tierra al principio de su formación.

La variedad de elementos ligeros presentes en el núcleo externo de la Tierra está limitada en parte por la acreción de la Tierra . [16] Es decir, los elementos ligeros contenidos deben haber sido abundantes durante la formación de la Tierra, deben poder dividirse en hierro líquido a bajas presiones y no deben volatilizarse ni escapar durante el proceso de acreción de la Tierra. [14] [16]

condritas CI

Se cree que los meteoritos condríticos de CI contienen los mismos elementos formadores de planetas en las mismas proporciones que en el Sistema Solar temprano , [14] por lo que las diferencias entre los meteoritos de CI y BSE pueden proporcionar información sobre la composición de elementos ligeros del núcleo externo de la Tierra. [20] [14] Por ejemplo, el agotamiento del silicio en BSE en comparación con los meteoritos CI puede indicar que el silicio fue absorbido por el núcleo de la Tierra; sin embargo, todavía es posible una amplia gama de concentraciones de silicio en el núcleo exterior e interior de la Tierra. [14] [21] [22]

Implicaciones para la historia de la acreción y la formación del núcleo de la Tierra

Unas limitaciones más estrictas sobre las concentraciones de elementos ligeros en el núcleo externo de la Tierra proporcionarían una mejor comprensión de la historia de acreción y formación del núcleo de la Tierra . [14] [19] [23]

Consecuencias para la acreción de la Tierra

Los modelos de acreción de la Tierra podrían probarse mejor si tuviéramos mejores restricciones sobre las concentraciones de elementos ligeros en el núcleo externo de la Tierra. [14] [23] Por ejemplo, los modelos de acreción basados ​​en la partición de elementos núcleo-manto tienden a soportar protoTierras construidas a partir de material reducido, condensado y libre de volátiles, [14] [19] [23] a pesar de la posibilidad de que los elementos oxidados El material del Sistema Solar exterior se fue acumulando hacia la conclusión de la acreción de la Tierra . [14] [19] Si pudiéramos limitar mejor las concentraciones de hidrógeno , oxígeno y silicio en el núcleo externo de la Tierra, los modelos de acreción de la Tierra que coincidan con estas concentraciones probablemente limitarían mejor la formación de la Tierra. [14]

Consecuencias para la formación del núcleo de la Tierra

Un diagrama de la diferenciación de la Tierra. El diagrama muestra las diferentes capas de la Tierra y cómo los materiales densos se mueven hacia el núcleo de la Tierra.
Un diagrama de la diferenciación de la Tierra. Los elementos ligeros azufre, silicio, oxígeno, carbono e hidrógeno pueden constituir parte del núcleo externo debido a su abundancia y capacidad para dividirse en hierro líquido bajo ciertas condiciones.

El agotamiento de los elementos siderófilos en el manto de la Tierra en comparación con los meteoritos condríticos se atribuye a reacciones de silicato metálico durante la formación del núcleo de la Tierra. [24] Estas reacciones dependen del oxígeno , el silicio y el azufre , [14] [25] [24] por lo que mejores restricciones sobre las concentraciones de estos elementos en el núcleo externo de la Tierra ayudarán a dilucidar las condiciones de formación del núcleo de la Tierra . [14] [23] [25] [24] [26]

En otro ejemplo, la posible presencia de hidrógeno en el núcleo externo de la Tierra sugiere que la acumulación de agua en la Tierra [14] [27] [28] no se limitó a las etapas finales de la acumulación de la Tierra [23] y que el agua puede haber sido absorbida en "Metales formadores de núcleos a través de un océano de magma hidratado ". [14] [29]

Implicaciones para el campo magnético de la Tierra

Un diagrama de la geodinamo y el campo magnético de la Tierra, que podría haber sido impulsado en la historia temprana de la Tierra por la cristalización de óxido de magnesio, dióxido de silicio y óxido de hierro (II). La convección del núcleo externo de la Tierra se muestra junto a las líneas del campo magnético.
Un diagrama de la geodinamo y el campo magnético de la Tierra, que podría haber sido impulsado en la historia temprana de la Tierra por la cristalización de óxido de magnesio , dióxido de silicio y óxido de hierro (II) .

El campo magnético de la Tierra es impulsado por la convección térmica y también por la convección química, la exclusión de los elementos ligeros del núcleo interno, que flotan hacia arriba dentro del núcleo externo fluido mientras los elementos más densos se hunden. [17] [30] Esta convección química libera energía gravitacional que luego está disponible para alimentar la geodinamo que produce el campo magnético de la Tierra. [30] Las eficiencias de Carnot con grandes incertidumbres sugieren que la convección térmica y composicional contribuyen alrededor del 80 por ciento y el 20 por ciento respectivamente al poder de la geodinamo de la Tierra. [30] Tradicionalmente se pensaba que antes de la formación del núcleo interno de la Tierra , la geodinamo de la Tierra era impulsada principalmente por convección térmica. [30] Sin embargo, afirmaciones recientes de que la conductividad térmica del hierro a temperaturas y presiones centrales es mucho mayor de lo que se pensaba anteriormente implican que el enfriamiento del núcleo se produjo en gran medida por conducción y no por convección, lo que limita la capacidad de la convección térmica para impulsar la geodinamo. [14] [17] Este enigma se conoce como la nueva "paradoja central". [14] [17] Un proceso alternativo que podría haber sostenido la geodinamo de la Tierra requiere que el núcleo de la Tierra haya estado inicialmente lo suficientemente caliente como para disolver oxígeno , magnesio , silicio y otros elementos ligeros. [17] A medida que el núcleo de la Tierra comenzara a enfriarse, se sobresaturaría con estos elementos ligeros que luego precipitarían en el manto inferior formando óxidos que conducirían a una variante diferente de convección química. [14] [17]

Referencias

  1. ^ "Interior de la Tierra". Ciencia e Innovación . National Geographic. 18 de enero de 2017. Archivado desde el original el 6 de mayo de 2017 . Consultado el 14 de noviembre de 2018 .
  2. ^ Demandar, Caryl (17 de agosto de 2015). Evers, Jeannie (ed.). "Centro". Sociedad Geográfica Nacional . Consultado el 25 de febrero de 2022 .
  3. ^ Zhang, Youjun; Sekine, Toshimori; Él, Hongliang; Yu, Yin; Liu, Fusheng; Zhang, Mingjian (15 de julio de 2014). "Compresión de impacto del sistema Fe-Ni-Si a 280 GPa: implicaciones para la composición del núcleo externo de la Tierra". Cartas de investigación geofísica . 41 (13): 4554–4559. Código Bib : 2014GeoRL..41.4554Z. doi : 10.1002/2014gl060670 . ISSN  0094-8276. S2CID  128528504.
  4. ^ Joven, CJ; Lay, T (1987). "El límite entre el núcleo y el manto". Revista anual de ciencias planetarias y de la Tierra . 15 (1): 25–46. Código Bib : 1987AREPS..15...25Y. doi : 10.1146/annurev.ea.15.050187.000325. ISSN  0084-6597.
  5. ^ Gutenberg, Beno (2016). Física del interior de la Tierra . Prensa académica. págs. 101-118. ISBN 978-1-4832-8212-1.
  6. ^ Jeffreys, Harold (1 de junio de 1926). "La rigidez del núcleo central de la Tierra". Avisos mensuales de la Real Sociedad Astronómica . 1 : 371–383. Código bibliográfico : 1926GeoJ....1..371J. doi : 10.1111/j.1365-246X.1926.tb05385.x . ISSN  1365-246X.
  7. ^ Ahrens, Thomas J., ed. (1995). Física terrestre global, un manual de constantes físicas (3ª ed.). Washington, DC: Unión Geofísica Estadounidense . ISBN 9780875908519.
  8. ^ ab De Wijs, Gilles A.; Kresse, Georg; Vočadlo, Lidunka; Dobson, David; Alfè, Darío; Gillan, Michael J.; Precio, Geoffrey D. (1998). "La viscosidad del hierro líquido en las condiciones físicas del núcleo de la Tierra" (PDF) . Naturaleza . 392 (6678): 805. Bibcode :1998Natur.392..805D. doi :10.1038/33905. S2CID  205003051.
  9. ^ Redactor (17 de diciembre de 2010). "Primera medición del campo magnético dentro del núcleo de la Tierra". Ciencia 2.0 . Consultado el 14 de noviembre de 2018 .
  10. ^ Buffett, Bruce A. (2010). "Disipación de las mareas y fuerza del campo magnético interno de la Tierra". Naturaleza . 468 (7326): 952–4. Código Bib :2010Natur.468..952B. doi : 10.1038/naturaleza09643. PMID  21164483. S2CID  4431270.
  11. ^ Wassel, Lauren; Irving, Jessica; Cuotas, Arwen (2011). "Conciliar la estructura hemisférica del núcleo interno de la Tierra con su superrotación". Geociencia de la naturaleza . 4 (4): 264–267. Código Bib : 2011NatGe...4..264W. doi :10.1038/ngeo1083.
  12. ^ ab Birch, Francis (1952). "Elasticidad y constitución del interior de la Tierra". Revista de investigaciones geofísicas . 57 (2): 227–286. Código bibliográfico : 1952JGR....57..227B. doi :10.1029/JZ057i002p00227.
  13. ^ Abedul, Francis (15 de octubre de 1964). "Densidad y composición del manto y núcleo". Revista de investigaciones geofísicas . 69 (20): 4377–4388. Código bibliográfico : 1964JGR....69.4377B. doi :10.1029/JZ069i020p04377.
  14. ^ abcdefghijklmnopqrstu Hirose, Kei; Madera, Bernardo; Vočadlo, Lidunka (2021). "Elementos ligeros en el núcleo de la Tierra". Reseñas de la naturaleza Tierra y medio ambiente . 2 (9): 645–658. doi :10.1038/s43017-021-00203-6. ISSN  2662-138X. S2CID  237272150.
  15. ^ abcde Madera, Bernard J.; Walter, Michael J.; Wade, Jonathan (2006). "Acreción de la Tierra y segregación de su núcleo". Naturaleza . 441 (7095): 825–833. Código Bib :2006Natur.441..825W. doi : 10.1038/naturaleza04763. ISSN  1476-4687. PMID  16778882. S2CID  8942975.
  16. ^ abcde Poirier, Jean-Paul (1 de septiembre de 1994). "Elementos ligeros en el núcleo exterior de la Tierra: una revisión crítica". Física de la Tierra e Interiores Planetarios . 85 (3): 319–337. Código Bib : 1994PEPI...85..319P. doi :10.1016/0031-9201(94)90120-1. ISSN  0031-9201.
  17. ^ abcdef Mittal, Tushar; Knezek, Nicolás; Arveson, Sarah M.; McGuire, Chris P.; Williams, Curtis D.; Jones, Timothy D.; Li, Jie (15 de febrero de 2020). "Precipitación de múltiples elementos ligeros para impulsar la dinamo primitiva de la Tierra". Cartas sobre ciencias planetarias y de la Tierra . 532 : 116030. Código Bib : 2020E y PSL.53216030M. doi : 10.1016/j.epsl.2019.116030 . ISSN  0012-821X. S2CID  213919815.
  18. ^ ab Zhang, Youjun; Sekine, Toshimori; Él, Hongliang; Yu, Yin; Liu, Fusheng; Zhang, Mingjian (2 de marzo de 2016). "Restricciones experimentales sobre elementos ligeros en el núcleo exterior de la Tierra". Informes científicos . 6 (1): 22473. Código bibliográfico : 2016NatSR...622473Z. doi :10.1038/srep22473. ISSN  2045-2322. PMC 4773879 . PMID  26932596. 
  19. ^ abcd Suer, Terry-Ann; Siebert, Julien; Remusat, Laurent; Menguy, Nicolás; Fiquet, Guillaume (1 de julio de 2017). "Un núcleo terrestre pobre en azufre inferido de experimentos de partición de metal-silicato". Cartas sobre ciencias planetarias y de la Tierra . 469 : 84–97. Código Bib : 2017E y PSL.469...84S. doi :10.1016/j.epsl.2017.04.016. ISSN  0012-821X.
  20. ^ Zhang, Youjun; Sekine, Toshimori; Él, Hongliang; Yu, Yin; Liu, Fusheng; Zhang, Mingjian (15 de julio de 2014). "Compresión de impacto del sistema Fe-Ni-Si a 280 GPa: implicaciones para la composición del núcleo externo de la Tierra". Cartas de investigación geofísica . 41 (13): 4554–4559. Código Bib : 2014GeoRL..41.4554Z. doi : 10.1002/2014gl060670 . ISSN  0094-8276. S2CID  128528504.
  21. ^ Georg, R. Bastián; Halliday, Alex N.; Schauble, Edwin A.; Reynolds, Ben C. (2007). "Silicio en el núcleo de la Tierra". Naturaleza . 447 (7148): 1102–1106. Código Bib : 2007Natur.447.1102G. doi : 10.1038/naturaleza05927. ISSN  1476-4687. PMID  17597757. S2CID  1892924.
  22. ^ Dauphas, Nicolás; Poitrasson, Franck; Burkhardt, Christoph; Kobayashi, Hiroshi; Kurosawa, Kosuke (1 de octubre de 2015). "Variaciones planetarias y meteoríticas de Mg/Si y δ30Si heredadas de la química de las nebulosas solares". Cartas sobre ciencias planetarias y de la Tierra . 427 : 236–248. arXiv : 1507.02922 . Código Bib : 2015E y PSL.427..236D. doi :10.1016/j.epsl.2015.07.008. ISSN  0012-821X. S2CID  20744455.
  23. ^ ABCDE Rubie, DC; Jacobson, SA; Morbidelli, A.; O'Brien, director de fotografía; Joven, DE; de Vries, J.; Nimmo, F.; Palma, H.; Escarcha, DJ (1 de marzo de 2015). "Acreción y diferenciación de los planetas terrestres con implicaciones para la composición de los cuerpos del Sistema Solar formados tempranamente y la acreción de agua". Ícaro . 248 : 89-108. arXiv : 1410.3509 . Código Bib : 2015Icar..248...89R. doi :10.1016/j.icarus.2014.10.015. ISSN  0019-1035. S2CID  37592339.
  24. ^ a b C Badro, James; Brodholt, John P.; Piet, Hélène; Siebert, Julien; Ryerson, Frederick J. (6 de octubre de 2015). "Formación y composición del núcleo a partir de limitaciones geoquímicas y geofísicas acopladas". Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias . 112 (40): 12310–12314. Código Bib : 2015PNAS..11212310B. doi : 10.1073/pnas.1505672112 . ISSN  0027-8424. PMC 4603515 . PMID  26392555. 
  25. ^ ab Fischer, Rebecca A.; Nakajima, Yoichi; Campbell, Andrés J.; Escarcha, Daniel J .; Harries, Dennis; Langenhorst, Falko; Miyajima, Nobuyoshi; Pollok, Kilian; Rubie, David C. (15 de octubre de 2015). "Partición metal-silicato a alta presión de Ni, Co, V, Cr, Si y O". Geochimica et Cosmochimica Acta . 167 : 177-194. Código Bib : 2015GeCoA.167..177F. doi : 10.1016/j.gca.2015.06.026 . ISSN  0016-7037.
  26. ^ Vadear, J.; Madera, BJ (30 de julio de 2005). "Formación del núcleo y estado de oxidación de la Tierra". Cartas sobre ciencias planetarias y de la Tierra . 236 (1): 78–95. Código Bib : 2005E y PSL.236...78W. doi :10.1016/j.epsl.2005.05.017. ISSN  0012-821X.
  27. ^ Sato, Takao; Okuzumi, Satoshi; Ida, Shigeru (1 de mayo de 2016). "Sobre el suministro de agua a embriones terrestres mediante acumulación de guijarros de hielo". Astronomía y Astrofísica . 589 : A15. arXiv : 1512.02414 . Código Bib : 2016A&A...589A..15S. doi :10.1051/0004-6361/201527069. ISSN  0004-6361. S2CID  55107839.
  28. ^ Raymond, Sean N.; Quinn, Thomas; Lunine, Jonathan I. (1 de febrero de 2007). "Simulaciones de alta resolución del ensamblaje final de planetas similares a la Tierra. 2. Suministro de agua y habitabilidad planetaria". Astrobiología . 7 (1): 66–84. arXiv : astro-ph/0510285 . Código Bib : 2007AsBio...7...66R. doi :10.1089/ast.2006.06-0126. ISSN  1531-1074. PMID  17407404. S2CID  10257401.
  29. ^ Tagawa, Shoh; Sakamoto, Naoya; Hirose, Kei; Yokoo, Shunpei; Hernlund, Juan; Ohishi, Yasuo; Yurimoto, Hisayoshi (11 de mayo de 2021). "Evidencia experimental de la incorporación de hidrógeno al núcleo de la Tierra". Comunicaciones de la naturaleza . 12 (1): 2588. Código bibliográfico : 2021NatCo..12.2588T. doi :10.1038/s41467-021-22035-0. ISSN  2041-1723. PMC 8113257 . PMID  33976113. 
  30. ^ abcd Buffett, Bruce A. (16 de junio de 2000). "El núcleo de la Tierra y la geodinamo". Ciencia . 288 (5473): 2007–2012. Código bibliográfico : 2000Sci...288.2007B. doi : 10.1126/ciencia.288.5473.2007. PMID  10856207.

enlaces externos

El Wikilibro de Geología Histórica tiene una página sobre el tema: Estructura de la Tierra.