Un estudio confirma las teorías de que el núcleo externo líquido de la Tierra es «revuelto» poco a poco en una serie de regulares ondas de movimiento que duran décadas

«Tierra firme». «Tierra sólida». La mayoría del tiempo, al menos desde nuestra perspectiva aquí en tierra, la Tierra parece ser precisamente eso: sólida. Sin embargo, la tierra bajo nuestros pies está, en realidad, en constante movimiento. Se mueve a través del tiempo y el espacio, por supuesto, junto con los otros objetos en el universo, pero también se mueve internamente. Las poderosas fuerzas del viento, el agua y el hielo producen una constante erosión de su superficie, redistribuyendo la masa de la Tierra en el proceso.

Dentro de la corteza sólida de la Tierra, literalmente las fallas crean, y luego mueven, las montañas. Los cambios hidrológicos, como el bombeo de las aguas subterráneas para su utilización por los seres humanos, causa que la tierra ondule debajo de nosotros. Los procesos volcánicos deforman nuestro planeta y crean nuevos territorios. Los deslizamientos de tierra dan forma y dejan cicatrices en el terreno. Incluso pueden levantarse continentes enteros, al recuperarse del peso de los enormes glaciares que cubrieron la tierra miles de años atrás.

De hecho, las capas más externas de la cebolla celestial que es la Tierra, su corteza y el manto superior, no son muy sólidos. ¿Pero qué sucede si vamos pelando las capas y examinamos lo que sucede en las profundidades de la Tierra, en su mismo núcleo? Obviamente, el núcleo de la Tierra está demasiado profundo para que los seres humanos lo puedan observar directamente. Pero los científicos pueden utilizar métodos indirectos para deducir lo que está pasando allá abajo.

Un nuevo estudio publicado en la revista Geophysical Research Letters, de Jean Dickey, del Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Pasadena, California, y su coautor Viron Olivier, del Institut de Physique du Globe de Paris, Université Paris Diderot, Centre National de la Recherche Scientifique, París, ha confirmado las predicciones teóricas previas de que el agitado caldero de metales fundidos que forman el núcleo exterior líquido de la Tierra se está moviendo lentamente en una serie muy compleja pero predecible de las oscilaciones periódicas. Este resultado da a los científicos una perspectiva única sobre la estructura interna de la Tierra, el poder de los mecanismos responsables de generar el campo magnético de la Tierra y su geología.

Pelando la cebolla

Con el fin de comprender mejor lo que está pasando dentro de nuestro planeta, ayuda obtener un poco de información.

La Tierra tiene varias capas diferenciadas, cada una con sus propias propiedades. La capa más externa de nuestro planeta es la corteza, que comprende los continentes y las cuencas oceánicas. La corteza de la Tierra varía en espesor de 35 a 70 kilómetros en los continentes y de 5 a 10 kilómetros en las cuencas oceánicas. La corteza se compone principalmente de silicatos de aluminio.

Luego viene el manto. El manto es más o menos sólido, aunque se puede observar un movimiento muy lento en el interior del mismo. Tiene alrededor de 2.900 kilómetros de espesor y se divide en manto superior y manto inferior. Es aquí donde se encuentra la mayor parte del calor interno de la Tierra. Grandes células convectivas en el manto hacen circular el calor y producen los movimientos de las placas tectónicas de la Tierra, en las que se pasean nuestros continentes. El manto se compone principalmente de silicatos de magnesio e hierro.

La capa más interna de la Tierra es el núcleo, que se divide en un núcleo externo líquido y un núcleo interno sólido. El núcleo externo tiene unos 2.300 kilómetros de espesor, mientras que el núcleo interno tiene 1.200 kilómetros de espesor. El núcleo externo está compuesto principalmente de una aleación de níquel-hierro (hierro en estado líquido), mientras que el núcleo interno es casi enteramente compuesto por un cuerpo de puro hierro sólido.

La personalidad «magnética» de la Tierra

Los científicos creen que el campo magnético de la Tierra es resultado de de los movimientos del hierro fundido y níquel en su núcleo externo líquido. Estos flujos, que causadas por la interacción entre el núcleo de la Tierra y su manto, no están distribuidos uniformemente, pero tampoco lo están a la inversa. Las corrientes eléctricas generadas por estos flujos dan como resultado un campo magnético, que es del mismo modo desigual, se mueve y varía en fuerza con el tiempo. El campo magnético de la Tierra también está ligeramente inclinado con respecto al eje de rotación de la Tierra. Esto hace que los polos norte y sur geográficos de la Tierra no se alineen con sus polos magnéticos norte y sur, que difieren en la actualidad en alrededor de 11 grados.

En los últimos 200 millones de años solamente, los polos magnéticos de la Tierra se han invertido cientos de veces, y la inversión más reciente se produjo unos 790.000 años atrás. Los científicos pueden reconstruir la cronología de estas inversiones del polo magnético mediante el estudio de datos sobre la dispersión del fondo marino en las cordilleras oceánicas de la Tierra. Sin embargo, a diferencia del escenario de juicio final popularizado por Hollywood en la película 2012, estas alteraciones no ocurren en días, sino en escalas de tiempo geológico que abarca cientos de miles de años, un periodo muy corto en tiempo geológico pero relativamente largo en el tiempo humano. El lapso entre las inversiones de polo es incluso más largo, ya que van desde 100.000 a varios millones de años.

El campo magnético de la Tierra es esencial para la vida en la Tierra. Extendiéndose miles de kilómetros en el espacio, sirve como un escudo, desviando el constante bombardeo de partículas cargadas y radiación conocidos como el viento solar de la Tierra. Se otra manera, estos vientos solares serían fatales para la vida en la Tierra. En los polos de la Tierra, el ángulo perpendicular del campo magnético con respecto a la siperficie de la Tierra permite que algunas de estas partículas se introduzcan en nuestra atmósfera. Esto da lugar a la aurora boreal en el hemisferio norte y las luces del sur en el hemisferio sur.

Aquí en tierra, el campo magnético de la Tierra tiene muchas aplicaciones prácticas en nuestra vida cotidiana. Permite que la gente navegue con éxito tanto en tierra como en el mar, por lo que es una herramienta fundamental para el comercio. Los excursionistas lo utilizan para encontrar su camino. Los arqueólogos lo usan para deducir la edad de objetos antiguos tales como la cerámica que, al ser cocinados, asumen las propiedades del campo magnético que estaba presente en el momento de su creación. De manera similar, en el campo del paleomagnetismo se utiliza el magnetismo para dar a los científicos un vislumbre del pasado remoto de la Tierra. Además, los geofísicos y geólogos utilizan el geomagnetismo como herramienta para investigar la estructura de la Tierra y los cambios que tienen lugar en la ella.

Lleguemos al meollo de la cuestión

Como el núcleo líquido de la Tierra es la principal fuente del campo magnético terrestre, los científicos pueden utilizar las observaciones del campo magnético en la superficie de la Tierra y su variabilidad en el tiempo para calcular matemáticamente y aislar aproximadamente a los movimientos que tienen lugar en el núcleo.

Esto es lo que Dickey y deViron hicieron. Combinaron las mediciones del campo magnético de la Tierra tomadas por estaciones de observación en tierra y buques en el mar, que se remontan a 1840, con las de las misiones satelitales geomagnéticas danesa Oersted y alemana CHAMP, que fueron apoyadas por inversiones de la NASA. These measurements were then used as inputs for a complex model that employs statistical time series analyses to determine how fast liquid iron is flowing within Earth’s core. Estas mediciones se utilizaron como entrada para un modelo complejo que utiliza análisis estadístico de series temporales para determinar a qué velocidad fluye el hierro líquido en el núcleo de la Tierra.

«Aunque no se observa directamente el núcleo, es sorprendente lo mucho que podemos aprender sobre el interior de la Tierra mediante observaciones del campo magnético», dijo Dickey.

Con el fin de aproximarse al flujo de líquido en el núcleo, los científicos visualizaron su movimiento como un conjunto de 20 cilindros rígidos, cada uno girando en torno a un punto común que representa el eje de la Tierra. «Imagínese que cada cilindro gira lentamente a una velocidad diferente, y tendrá una idea de la compleja agitación que está teniendo lugar en el núcleo de la Tierra», dijo Dickey.

Los científicos analizaron los datos para identificar los patrones comunes de movimiento entre los distintos cilindros. Estos patrones representan cómo se transfiere el impulso y la energía desde la interfaz núcleo líquido-manto hacia el interior a través del núcleo líquido y hacia el núcleo interior con una amplitud cada vez menor.

Sus análisis aislaron seis oscilaciones de lentro movimiento, u ondas de movimiento, que ocurren dentro del núcleo líquido. Las oscilaciones se originan en la frontera entre el núcleo terrestre y su manto y viajan hacia el interior del núcleo interno con una fuerza que va disminuyendo. Cuatro de estas oscilaciones resultaron ser robustas, y se producen en períodos de 85, 50, 35 y 28 años. Debido a que el conjunto de datos científicos se remonta a 1840, el período de recurrencia de la oscilación más largo (de 85 años) está menos determinado que las oscilaciones de los otros. Los dos últimos oscilaciones identificadas fueron más débiles y requieren mayor estudio.

Las oscilaciones de 85 y 50 años son consistentes con un estudio realizado en 1997 por los investigadores Stephen Zatman y Jeremy Bloxham de la Universidad de Harvard, Cambridge, Mass., que utilizaron una técnica de análisis diferente. Un estudio posterior puramente teórico de los investigador de Harvard Jon Mound y Bruce Buffett, de la Universidad de Chicago, realizado en el 2006, muestra que debe haber varias oscilaciones de este tipo, y sus períodos coinciden con los primeros cuatro modos identificados en el estudio de Dickey y deViron.

«Nuestros resultados basados en satélites están en excelente acuerdo con los estudios previos teóricos y otros en este campo, proporcionando una fuerte confirmación de la existencia de estas oscilaciones», dijo Dickey. «Estos resultados dan a los científicos confianza en el uso de las futuras mediciones por satélite para deducir los cambios a largo plazo que tienen lugar en lo profundo de nuestro inquieto planeta».

Fuente: JPL. Aportado por Eduardo J. Carletti

Más información:

• El núcleo de la Tierra rota más rápido que la corteza
• Descubierto el núcleo más profundo de la Tierra
• Detectado un segmento de la corteza terrestre hundiéndose hacia el núcleo
• Nueva mirada al centro de la Tierra
• Los planetas sin núcleo metálico podrían ser malos para la vida
• Los pulsos del magma pueden revelar el «latido» de la Tierra
• Reactor nuclear planetario