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El núcleo interno de la Tierra

La estructura interna de la Tierra.
Vista esquemática de la estructura interior de la Tierra .
  1.   corteza continental
  2.   corteza oceánica
  3.  Manto  superior
  4.   manto inferior
  5.   núcleo externo
  6.   núcleo central
  1. discontinuidad de Mohorovicic
  2. límite núcleo-manto
  3. límite entre el núcleo exterior y el núcleo interior

El núcleo interno de la Tierra es la capa geológica más interna del planeta Tierra . Es principalmente una bola sólida con un radio de aproximadamente 1220 km (760 millas), que es aproximadamente el 20% del radio de la Tierra o el 70% del radio de la Luna . [1] [2]

No hay muestras del núcleo de la Tierra accesibles para medición directa, como sí las hay del manto terrestre . [3] La información sobre el núcleo de la Tierra proviene principalmente del análisis de las ondas sísmicas y del campo magnético de la Tierra . [4] Se cree que el núcleo interno está compuesto de una aleación de hierro y níquel con algunos otros elementos. Se estima que la temperatura en la superficie del núcleo interno es de aproximadamente 5700 K (5430 °C; 9800 °F), que es aproximadamente la temperatura en la superficie del Sol . [5]

Historia científica

La Tierra fue descubierta con un núcleo interno sólido distinto de su núcleo externo fundido en 1936, por la sismóloga danesa Inge Lehmann , [6] [7] quien dedujo su presencia estudiando sismogramas de terremotos en Nueva Zelanda . Observó que las ondas sísmicas se reflejan en los límites del núcleo interno y pueden ser detectadas por sismógrafos sensibles en la superficie de la Tierra. Dedujo un radio de 1.400 km (870 millas) para el núcleo interno, no muy lejos del valor actualmente aceptado de 1.221 km (759 millas). [8] [9] [10] En 1938, Beno Gutenberg y Charles Richter analizaron un conjunto más extenso de datos y estimaron el espesor del núcleo externo en 1.950 km (1.210 mi) con un empinado pero continuo 300 km (190 mi) transición gruesa al núcleo interno, lo que implica un radio entre 1.230 y 1.530 km (760 y 950 millas) para el núcleo interno. [11] : p.372 

Unos años más tarde, en 1940, se planteó la hipótesis de que este núcleo interno estaba hecho de hierro macizo. En 1952, Francis Birch publicó un análisis detallado de los datos disponibles y concluyó que el núcleo interno probablemente era hierro cristalino. [12]

El límite entre los núcleos interior y exterior a veces se denomina "discontinuidad de Lehmann", [13] aunque el nombre suele referirse a otra discontinuidad . Se ha propuesto el nombre "Bullen" o "discontinuidad de Lehmann-Bullen", en honor a Keith Edward Bullen , [14] pero su uso parece ser raro. La rigidez del núcleo interno fue confirmada en 1971. [15]

Adam Dziewonski y James Freeman Gilbert establecieron que las mediciones de los modos normales de vibración de la Tierra causados ​​por grandes terremotos eran consistentes con un núcleo externo líquido. [16] En 2005, se detectaron ondas de corte que pasaban a través del núcleo interno; Estas afirmaciones fueron inicialmente controvertidas, pero ahora están ganando aceptación. [17]

Fuentes de datos

Ondas sísmicas

Casi todas las mediciones directas que tienen los científicos sobre las propiedades físicas del núcleo interno son las ondas sísmicas que lo atraviesan. Los terremotos profundos generan las ondas más informativas, a 30 km o más por debajo de la superficie de la Tierra (donde el manto es relativamente más homogéneo) y son registrados por sismógrafos a medida que llegan a la superficie, en todo el mundo. [ cita necesaria ]

Las ondas sísmicas incluyen ondas "P" (primarias o de presión), ondas de compresión que pueden viajar a través de materiales sólidos o líquidos y ondas de corte "S" (secundarias o de corte) que solo pueden propagarse a través de sólidos elásticos rígidos. Las dos ondas tienen diferentes velocidades y se amortiguan a diferentes velocidades cuando viajan a través del mismo material.

De particular interés son las llamadas ondas "PKiKP": ondas de presión (P) que comienzan cerca de la superficie, cruzan el límite manto-núcleo, viajan a través del núcleo (K), se reflejan en el límite interno del núcleo (i), cruzan nuevamente el núcleo líquido (K), regresan al manto y se detectan como ondas de presión (P) en la superficie. También son de interés las ondas "PKIKP", que viajan a través del núcleo interno (I) en lugar de reflejarse en su superficie (i). Esas señales son más fáciles de interpretar cuando el camino desde la fuente hasta el detector es cercano a una línea recta, es decir, cuando el receptor está justo encima de la fuente para las ondas PKiKP reflejadas y en su antípoda para las ondas PKIKP transmitidas. [18]

Si bien las ondas S no pueden alcanzar ni salir del núcleo interno como tal, las ondas P pueden convertirse en ondas S y viceversa, ya que golpean el límite entre el núcleo interno y externo en un ángulo oblicuo. Las ondas "PKJKP" son similares a las ondas PKIKP, pero se convierten en ondas S cuando entran en el núcleo interno, viajan a través de él como ondas S (J) y se convierten nuevamente en ondas P cuando salen del núcleo interno. Gracias a este fenómeno, se sabe que el núcleo interno puede propagar ondas S, y por tanto debe ser sólido.

Otras fuentes

Otras fuentes de información sobre el núcleo interno incluyen

Propiedades físicas

Velocidad de la onda sísmica

La velocidad de las ondas S en el núcleo varía suavemente desde aproximadamente 3,7 km/s en el centro hasta aproximadamente 3,5 km/s en la superficie. Esto es considerablemente menor que la velocidad de las ondas S en la corteza inferior (alrededor de 4,5 km/s) y menos de la mitad de la velocidad en el manto profundo, justo por encima del núcleo externo (alrededor de 7,3 km/s). [5] : figura 2 

La velocidad de las ondas P en el núcleo también varía suavemente a través del núcleo interno, desde aproximadamente 11,4 km/s en el centro hasta aproximadamente 11,1 km/s en la superficie. Luego, la velocidad cae abruptamente en el límite del núcleo interior-exterior a unos 10,4 km/s. [5] : figura 2 

Tamaño y forma

Sobre la base de los datos sísmicos, se estima que el núcleo interno tiene aproximadamente 1221 km de radio (2442 km de diámetro), [5] lo que representa aproximadamente el 19% del radio de la Tierra y el 70% del radio de la Luna. .

Su volumen es de aproximadamente 7,6 mil millones de kilómetros cúbicos ( 7,6 × 10 18 m 3 ), que es aproximadamente 1 ⁄ 146 (0,69%) del volumen de toda la Tierra.

Se cree que su forma es cercana a la de un elipsoide de revolución achatado, como la superficie de la Tierra, sólo que más esférica: se estima que el aplanamiento f está entre 1 ⁄ 400 y 1 ⁄ 416 , [19] : f.2, lo  que significa que Se estima que el radio a lo largo del eje de la Tierra es unos 3 km más corto que el radio en el ecuador. En comparación, el aplanamiento de la Tierra en su conjunto es cercano a 1 ⁄ 300 y el radio polar es 21 km más corto que el ecuatorial.  

Presión y gravedad

La presión en el núcleo interno de la Tierra es ligeramente mayor que en el límite entre los núcleos externo e interno: oscila entre aproximadamente 330 y 360 gigapascales (3.300.000 a 3.600.000 atm). [5] [21] [22]

Se puede calcular que la aceleración de la gravedad en la superficie del núcleo interno es 4,3 m/s 2 ; [23] que es menos de la mitad del valor en la superficie de la Tierra (9,8 m/s 2 ).

Densidad y masa

Se cree que la densidad del núcleo interno varía suavemente desde aproximadamente 13,0 kg/L (= g/cm 3 = t /m 3 ) en el centro hasta aproximadamente 12,8 kg/L en la superficie. Como ocurre con otras propiedades materiales, la densidad cae repentinamente en esa superficie: se cree que el líquido justo encima del núcleo interno es significativamente menos denso, aproximadamente 12,1 kg/L. [5] A modo de comparación, la densidad media en los 100 km superiores de la Tierra es de aproximadamente 3,4 kg/L.

Esa densidad implica una masa de aproximadamente 10,23 kg para el núcleo interno, que es 1 ⁄ 60 (1,7%) de la masa de toda la Tierra.

Temperatura

La temperatura del núcleo interno se puede estimar a partir de la temperatura de fusión del hierro impuro a la presión a la que se encuentra el hierro en el límite del núcleo interno (aproximadamente 330  GPa ). A partir de estas consideraciones, en 2002, D. Alfè y otros estimaron su temperatura entre 5.400 K (5.100 °C; 9.300 °F) y 5.700 K (5.400 °C; 9.800 °F). [5] Sin embargo, en 2013, S. Anzellini y otros obtuvieron experimentalmente una temperatura sustancialmente más alta para el punto de fusión del hierro, 6.230 ± 500 K (5.957 ± 500 °C; 10.754 ± 900 °F). [24]

El hierro puede ser sólido a temperaturas tan altas sólo porque su temperatura de fusión aumenta dramáticamente a presiones de esa magnitud (ver la relación Clausius-Clapeyron ). [25] [26]

Campo magnético

En 2010, Bruce Buffett determinó que el campo magnético promedio en el núcleo externo líquido es de aproximadamente 2,5  militeslas (25  gauss ), que es aproximadamente 40 veces la fuerza máxima en la superficie. Partió del hecho conocido de que la Luna y el Sol provocan mareas en el núcleo exterior líquido, al igual que en la superficie de los océanos . Observó que el movimiento del líquido a través del campo magnético local crea corrientes eléctricas que disipan la energía en forma de calor según la ley de Ohm . Esta disipación, a su vez, amortigua los movimientos de las mareas y explica las anomalías detectadas previamente en la nutación de la Tierra . A partir de la magnitud de este último efecto pudo calcular el campo magnético. [27] El campo dentro del núcleo interno presumiblemente tiene una fuerza similar. Si bien es indirecta, esta medición no depende significativamente de ninguna suposición sobre la evolución de la Tierra o la composición del núcleo.

Viscosidad

Aunque las ondas sísmicas se propagan a través del núcleo como si fuera sólido, las mediciones no pueden distinguir entre un material sólido y uno extremadamente viscoso . Por lo tanto, algunos científicos han considerado si puede haber convección lenta en el núcleo interno (como se cree que existe en el manto). Ésa podría ser una explicación para la anisotropía detectada en los estudios sísmicos. En 2009, B. Buffett estimó la viscosidad del núcleo interno en 10 18  Pa ·s, [28] , lo que supone un sextillón de veces la viscosidad del agua y más de mil millones de veces la de la brea .

Composición

Todavía no hay evidencia directa sobre la composición del núcleo interno. Sin embargo, basándose en la prevalencia relativa de varios elementos químicos en el Sistema Solar , la teoría de la formación planetaria y las limitaciones impuestas o implícitas por la química del resto del volumen de la Tierra, se cree que el núcleo interno consiste principalmente en hierro. aleación de niquel .

A las presiones conocidas y temperaturas estimadas del núcleo, se predice que el hierro puro podría ser sólido, pero su densidad excedería la densidad conocida del núcleo en aproximadamente un 3%. Ese resultado implica la presencia de elementos más ligeros en el núcleo, como silicio , oxígeno o azufre , además de la probable presencia de níquel. [29] Estimaciones recientes (2007) permiten hasta un 10% de níquel y entre un 2% y un 3% de elementos más ligeros no identificados. [5]

Según los cálculos de D. Alfè y otros, el núcleo externo líquido contiene entre un 8% y un 13% de oxígeno, pero a medida que el hierro cristaliza para formar el núcleo interno, la mayor parte del oxígeno queda en el líquido. [5]

Los experimentos de laboratorio y el análisis de las velocidades de las ondas sísmicas parecen indicar que el núcleo interno consiste específicamente en hierro ε , una forma cristalina del metal con estructura hexagonal compacta ( HCP ). Esa estructura aún puede admitir la inclusión de pequeñas cantidades de níquel y otros elementos. [18] [30]

Estructura

Muchos científicos habían esperado inicialmente que el núcleo interno fuera homogéneo , porque ese mismo proceso debería haber ocurrido de manera uniforme durante toda su formación. Incluso se sugirió que el núcleo interno de la Tierra podría ser un único cristal de hierro. [31]

Anisotropía alineada con el eje

En 1983, G. Poupinet y otros observaron que el tiempo de viaje de las ondas PKIKP (ondas P que viajan a través del núcleo interno) era aproximadamente 2 segundos menos en trayectorias rectas de norte a sur que en trayectorias rectas en el plano ecuatorial. [32] Incluso teniendo en cuenta el aplanamiento de la Tierra en los polos (aproximadamente 0,33% para toda la Tierra, 0,25% para el núcleo interno) y las heterogeneidades de la corteza y el manto superior , esta diferencia implicaba que las ondas P (de un amplio rango de longitudes de onda ) viajan a través del núcleo interno aproximadamente un 1% más rápido en la dirección norte-sur que en direcciones perpendiculares a esa. [33]

Esta anisotropía de la velocidad de la onda P ha sido confirmada por estudios posteriores, incluidos más datos sísmicos [18] y el estudio de las oscilaciones libres de toda la Tierra. [20] Algunos autores han afirmado valores más altos para la diferencia, hasta el 4,8%; sin embargo, en 2017 Daniel Frost y Barbara Romanowicz confirmaron que el valor está entre 0,5% y 1,5%. [34]

Anisotropía no axial

Algunos autores han afirmado que la velocidad de la onda P es más rápida en direcciones oblicuas o perpendiculares al eje N-S, al menos en algunas regiones del núcleo interno. [35] Sin embargo, estas afirmaciones han sido cuestionadas por Frost y Romanowicz, quienes en cambio afirman que la dirección de la velocidad máxima es lo más cercano al eje de rotación de la Tierra como se puede determinar. [36]

Causas de la anisotropía

Los datos de laboratorio y los cálculos teóricos indican que la propagación de las ondas de presión en los cristales HCP de hierro ε también es fuertemente anisotrópica, con un eje "rápido" y dos igualmente "lentos". La preferencia por que los cristales del núcleo se alineen en dirección norte-sur podría explicar la anomalía sísmica observada. [18]

Un fenómeno que podría causar tal alineación parcial es el flujo lento ("deslizamiento") dentro del núcleo interno, desde el ecuador hacia los polos o viceversa. Ese flujo haría que los cristales se reorientaran parcialmente según la dirección del flujo. En 1996, S. Yoshida y otros propusieron que tal flujo podría ser causado por una mayor tasa de congelación en el ecuador que en las latitudes polares. Entonces se establecería un flujo de ecuador a polo en el núcleo interno, tendiendo a restaurar el equilibrio isostático de su superficie. [37] [30]

Otros sugirieron que el flujo requerido podría ser causado por una lenta convección térmica dentro del núcleo interno. T. Yukutake afirmó en 1998 que tales movimientos convectivos eran improbables. [38] Sin embargo, B. Buffet en 2009 estimó la viscosidad del núcleo interno y descubrió que tal convección podría haber ocurrido, especialmente cuando el núcleo era más pequeño. [28]

Por otro lado, M. Bergman en 1997 propuso que la anisotropía se debía a una tendencia observada en los cristales de hierro a crecer más rápido cuando sus ejes cristalográficos están alineados con la dirección del flujo de calor de enfriamiento. Por lo tanto, propuso que el flujo de calor que saliera del núcleo interno estaría sesgado hacia la dirección radial. [39]

En 1998, S. Karato propuso que los cambios en el campo magnético también podrían deformar lentamente el núcleo interno con el tiempo. [40]

Múltiples capas

En 2002, M. Ishii y A. Dziewoński presentaron evidencia de que el núcleo interno sólido contenía un "núcleo interno más interno" (IMIC) con propiedades algo diferentes a las de la capa que lo rodea. La naturaleza de las diferencias y el radio del IMIC aún no están resueltos en 2019, con propuestas para este último que oscilan entre 300 km y 750 km. [41] [42] [43] [36]

A. Wang y X. Song propusieron, en 2018, un modelo de tres capas, con un "núcleo interior exterior" (IIC) con un radio de unos 500 km, una capa de "núcleo interior exterior" (OIC) de unos 600 km de espesor, y una capa isotrópica de 100 km de espesor. En este modelo, la dirección de la "onda P más rápida" sería paralela al eje de la Tierra en el OIC, pero perpendicular a ese eje en el IIC. [35] Sin embargo, la conclusión ha sido cuestionada por afirmaciones de que no es necesario que haya discontinuidades marcadas en el núcleo interno, solo un cambio gradual de propiedades con la profundidad. [36]

En 2023, un estudio informó nueva evidencia "de un núcleo interno anisotrópico distintivo" (una bola interna de ~650 km de espesor) "y su transición a una capa externa débilmente anisotrópica, que podría ser un registro fosilizado de un evento global significativo". del pasado." Sugieren que los átomos en el IIC están [empaquetados] de manera ligeramente diferente a su capa exterior, lo que hace que las ondas sísmicas pasen a través del IIC a diferentes velocidades que a través del núcleo circundante (velocidades de onda P ~4% más lentas a ~50° del núcleo circundante). Eje de rotación de la Tierra). [44] [ se necesita aclaración ]

variación lateral

En 1997, S. Tanaka y H. Hamaguchi afirmaron, basándose en datos sísmicos, que la anisotropía del material del núcleo interno, aunque orientado N-S, era más pronunciada en el hemisferio "oriental" del núcleo interno (aproximadamente a 110 °E de longitud, aproximadamente debajo de Borneo ) que en el hemisferio "occidental" (aproximadamente a 70 °W, aproximadamente debajo de Colombia ). [45] : figura 9 

Alboussère y otros propusieron que esta asimetría podría deberse al derretimiento en el hemisferio oriental y a la recristalización en el occidental. [46] C. Finlay conjeturó que este proceso podría explicar la asimetría en el campo magnético de la Tierra. [47]

Sin embargo, en 2017, Frost y Romanowicz cuestionaron esas inferencias anteriores, afirmando que los datos muestran solo una anisotropía débil, siendo la velocidad en la dirección N-S solo entre un 0,5% y un 1,5% más rápida que en las direcciones ecuatoriales, y no hay signos claros de E. −Variación W. [34]

Otra estructura

Otros investigadores afirman que las propiedades de la superficie del núcleo interno varían de un lugar a otro en distancias tan pequeñas como 1 km. Esta variación es sorprendente ya que se sabe que las variaciones laterales de temperatura a lo largo del límite interno del núcleo son extremadamente pequeñas (esta conclusión está firmemente limitada por las observaciones del campo magnético ). [ cita necesaria ]

Crecimiento

Esquema del movimiento del núcleo interno y externo de la Tierra y el campo magnético que genera.

Se cree que el núcleo interno de la Tierra está creciendo lentamente a medida que el núcleo externo líquido en el límite con el núcleo interno se enfría y solidifica debido al enfriamiento gradual del interior de la Tierra (aproximadamente 100 grados Celsius cada mil millones de años). [48]

Según cálculos de Alfé y otros, a medida que el hierro cristaliza en el núcleo interno, el líquido justo encima se enriquece en oxígeno y, por lo tanto, es menos denso que el resto del núcleo externo. Este proceso crea corrientes de convección en el núcleo externo, que se cree que son el principal impulsor de las corrientes que crean el campo magnético de la Tierra. [5]

La existencia del núcleo interno también afecta los movimientos dinámicos del líquido en el núcleo externo y, por lo tanto, puede ayudar a fijar el campo magnético. [ cita necesaria ]

Dinámica

Debido a que el núcleo interno no está conectado rígidamente al manto sólido de la Tierra, durante mucho tiempo se ha considerado la posibilidad de que gire ligeramente más rápida o lentamente que el resto de la Tierra. [49] [50] En la década de 1990, los sismólogos hicieron varias afirmaciones sobre la detección de este tipo de superrotación observando cambios en las características de las ondas sísmicas que pasan a través del núcleo interno durante varias décadas, utilizando la propiedad antes mencionada de que transmite las ondas más rápidamente. en algunas direcciones. En 1996, X. Song y P. Richards estimaron esta "superrotación" del núcleo interno con respecto al manto en aproximadamente un grado por año. [51] [52] En 2005, ellos y J. Zhang compararon registros de "dobles sísmicos" (registros de la misma estación de terremotos que ocurrieron en el mismo lugar en el lado opuesto de la Tierra, con años de diferencia) y revisaron esa estimación. de 0,3 a 0,5 grados por año. [53] En 2023, se informó que el giro del núcleo dejó de girar más rápido que la superficie del planeta alrededor de 2009 y probablemente ahora esté girando más lento que ella. No se cree que esto tenga efectos importantes y se cree que un ciclo de oscilación dura aproximadamente siete décadas, coincidiendo con varias otras periodicidades geofísicas, "especialmente la duración del día y el campo magnético". [54] [55]

En 1999, M. Greff-Lefftz y H. Legros observaron que los campos gravitacionales del Sol y la Luna, responsables de las mareas oceánicas, también aplican pares a la Tierra, afectando su eje de rotación y ralentizando su velocidad de rotación . Esos pares de torsión los sienten principalmente la corteza y el manto, de modo que su eje de rotación y su velocidad pueden diferir de la rotación general del fluido en el núcleo externo y la rotación del núcleo interno. La dinámica es complicada debido a las corrientes y los campos magnéticos en el núcleo interno. Encuentran que el eje del núcleo interno se tambalea ( nuta ) ligeramente durante un período de aproximadamente 1 día. Con algunas suposiciones sobre la evolución de la Tierra, concluyen que los movimientos de los fluidos en el núcleo externo habrían entrado en resonancia con las fuerzas de marea en varios momentos del pasado (hace 3,0, 1,8 y 300 millones de años). Durante esas épocas, que duraron entre 200 y 300 millones de años cada una, el calor adicional generado por movimientos de fluidos más fuertes podría haber detenido el crecimiento del núcleo interno. [56]

Edad

Las teorías sobre la edad del núcleo son necesariamente parte de las teorías de la historia de la Tierra en su conjunto. Este ha sido un tema debatido durante mucho tiempo y todavía está en discusión en la actualidad. Se cree ampliamente que el núcleo interno sólido de la Tierra se formó a partir de un núcleo inicialmente completamente líquido a medida que la Tierra se enfriaba. Sin embargo, aún no hay evidencia firme sobre el momento en que se inició este proceso. [4]

Se han utilizado dos enfoques principales para inferir la edad del núcleo interno: el modelado termodinámico del enfriamiento de la Tierra y el análisis de evidencia paleomagnética . Las estimaciones obtenidas con estos métodos todavía varían en un amplio rango, entre 0,5 y 2 mil millones de años.

Evidencia termodinámica

Flujo de calor del interior de la Tierra, según ST Dye [66] y R. Arévalo. [67]

Una de las formas de estimar la edad del núcleo interno es modelando el enfriamiento de la Tierra, limitado por un valor mínimo para el flujo de calor en el límite núcleo-manto (CMB). Esa estimación se basa en la teoría predominante de que el campo magnético de la Tierra es desencadenado principalmente por corrientes de convección en la parte líquida del núcleo, y en el hecho de que se requiere un flujo de calor mínimo para sostener esas corrientes. El flujo de calor en el CMB en la actualidad se puede estimar de manera confiable porque está relacionado con el flujo de calor medido en la superficie de la Tierra y con la tasa medida de convección del manto . [68] [57]

En 2001, S. Labrosse y otros, suponiendo que no había elementos radiactivos en el núcleo, dieron una estimación de 1 ± 500 millones de años para la edad del núcleo interno, considerablemente menos que la edad estimada de la Tierra y de su líquido. núcleo (alrededor de 4.500 millones de años) [57] En 2003, el mismo grupo concluyó que, si el núcleo contuviera una cantidad razonable de elementos radiactivos, la edad del núcleo interno podría ser unos cientos de millones de años mayor. [58]

En 2012, los cálculos teóricos de M. Pozzo y otros indicaron que la conductividad eléctrica del hierro y otros materiales hipotéticos del núcleo, a las altas presiones y temperaturas que se esperaban allí, eran dos o tres veces mayores de lo que se suponía en investigaciones anteriores. [69] Estas predicciones fueron confirmadas en 2013 por mediciones de Gomi y otros. [70] Los valores más altos de conductividad eléctrica llevaron a mayores estimaciones de la conductividad térmica , a 90 W/m·K; lo que, a su vez, redujo las estimaciones de su edad a menos de 700 millones de años. [61] [63]

Sin embargo, en 2016 Konôpková y otros midieron directamente la conductividad térmica del hierro sólido en las condiciones del núcleo interno y obtuvieron un valor mucho más bajo, 18–44 W/m·K. Con esos valores obtuvieron un límite superior de 4.200 millones de años para la edad del núcleo interno, compatible con la evidencia paleomagnética. [64]

En 2014, Driscoll y Bercovici publicaron una historia térmica de la Tierra que evitó la llamada catástrofe térmica del manto y la nueva paradoja del núcleo al invocar 3 TW de calentamiento radiogénico por la desintegración de40
k
en el núcleo. Abundancias tan altas de K en el núcleo no están respaldadas por estudios de partición experimentales, por lo que dicha historia térmica sigue siendo muy discutible. [60]

Evidencia paleomagnética

Otra forma de estimar la edad de la Tierra es analizar los cambios en el campo magnético de la Tierra durante su historia, atrapado en rocas que se formaron en distintos momentos (el "registro paleomagnético"). La presencia o ausencia del núcleo interno sólido podría dar lugar a diferentes procesos dinámicos en el núcleo que podrían provocar cambios notables en el campo magnético. [71]

En 2011, Smirnov y otros publicaron un análisis del paleomagnetismo en una gran muestra de rocas que se formaron en el Neoarqueano (hace 2,8-2,5 mil millones de años) y el Proterozoico (2,5-0,541 mil millones). Descubrieron que el campo geomagnético estaba más cerca del de un dipolo magnético durante el Neoarqueano que después. Interpretaron ese cambio como evidencia de que el efecto dinamo estaba más profundamente arraigado en el núcleo durante esa época, mientras que en épocas posteriores las corrientes más cercanas al límite entre el núcleo y el manto crecieron en importancia. Además, especulan que el cambio puede haberse debido al crecimiento del núcleo interno sólido hace entre 3.500 y 2.000 millones de años. [59]

En 2015, Biggin y otros publicaron el análisis de un conjunto extenso y cuidadosamente seleccionado de muestras precámbricas y observaron un aumento prominente en la intensidad y la varianza del campo magnético de la Tierra hace entre 1.000 y 1.500 millones de años. Este cambio no se había notado antes debido a la falta de mediciones suficientemente sólidas. Especularon que el cambio podría deberse al nacimiento del núcleo interno sólido de la Tierra. De su estimación de edad derivaron un valor bastante modesto para la conductividad térmica del núcleo externo, que permitió modelos más simples de la evolución térmica de la Tierra. [62]

En 2016, P. Driscoll publicó un modelo numérico de dinamo en evolución que hizo una predicción detallada de la evolución del campo paleomagnético entre 0,0 y 2,0 Ga. El modelo de dinamo en evolución fue impulsado por condiciones límite variables en el tiempo producidas por la solución de historia térmica en Driscoll y Bercovici. (2014). El modelo de dinamo en evolución predijo una dinamo de campo fuerte anterior a 1,7 Ga que es multipolar, una dinamo de campo fuerte de 1,0 a 1,7 Ga que es predominantemente dipolar, una dinamo de campo débil de 0,6 a 1,0 Ga que es un dipolo no axial y una dinamo de campo fuerte después de la nucleación del núcleo interno de 0,0 a 0,6 Ga que es predominantemente dipolar. [72]

Un análisis de muestras de rocas de la época de Ediacara (formada hace unos 565 millones de años), publicado por Bono y otros en 2019, reveló una intensidad inusualmente baja y dos direcciones distintas para el campo geomagnético durante ese tiempo, lo que respalda las predicciones de Driscoll ( 2016). Considerando otras evidencias de alta frecuencia de inversiones del campo magnético en esa época, especulan que esas anomalías podrían deberse al inicio de la formación del núcleo interno, que entonces tendría 500 millones de años. [65] A News and Views de P. Driscoll resume el estado del campo tras los resultados de Bono. [73] Nuevos datos paleomagnéticos del Cámbrico parecen apoyar esta hipótesis. [74] [75]

Ver también

Referencias

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Otras lecturas

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