La composición del núcleo de la Tierra ha cambiado
La composición del núcleo es objeto de acalorados debates, ya que es importante tanto para comprender nuestro planeta en la actualidad como para entender la evolución del Sistema Solar en el pasado distante. Imagen: pikisuperstar/Freepik

La temperatura del núcleo interno de la Tierra parece ser que es mucho más alta de lo que hasta ahora se creía. Al menos es lo que concluye un equipo de investigadores japoneses que utilizó en su trabajo la instalación de radiación sincrotrón SPring-8, que forma parte de la infraestructura RIKEN.

En Sciences Advances aparece el estudio en el que sus autores recuerdan que la información precisa sobre la composición del núcleo de la Tierra es fundamental para comprender la evolución planetaria y para discutir temas importantes actuales en el comportamiento geodinámico, como el flujo de calor en el límite entre el núcleo y el manto.

Sin embargo, reconocen que no se dispone de muestras de las profundidades del interior planetario, “por lo que nuestro conocimiento se basa en la comparación de mediciones de laboratorio con observaciones sismológicas, información de la composición de los meteoritos e indicaciones de la temperatura central de la Tierra”.

Uno de los resultados más interesantes de este trabajo ha sido la sugerencia de que el núcleo de la Tierra debe contener elementos ligeros porque su densidad, determinada a partir de observaciones sismológicas, es menor que la del hierro puro, su principal constituyente determinado por mediciones de laboratorio y trabajo teórico.

Sin embargo, esta conclusión depende fundamentalmente de tener una escala de presión precisa para relacionar las presiones generadas en el laboratorio con las geológicas.

Utilizando rayos X de un espectrómetro excepcionalmente poderoso en el Centro SPring-8 de RIKEN, estos científicos evitaron algunas de las grandes aproximaciones de trabajos anteriores, descubriendo que la escala anterior sobreestimaba la presión en más de un 20% a 230 gigapascales (2,3 millones de atmósferas); una presión alcanzada en el núcleo de la Tierra.

La composición del núcleo suscita acalorados debates

En otras palabras, esto es similar a alguien que corre un maratón que pensaba que era de 42 kilómetros, pero descubre que en realidad sólo había corrido 34 kilómetros. Si bien el 20% podría parecer una corrección modesta, tiene grandes implicaciones, siempre según los investigadores.

Una escala de presión precisa es fundamental para comprender la composición de la Tierra. En particular, la composición del núcleo es objeto de acalorados debates, ya que es importante tanto para comprender nuestro planeta en la actualidad como para entender la evolución del Sistema Solar en el pasado distante.

Si bien generalmente se acepta que el núcleo se compone principalmente de hierro, la evidencia del seguimiento de la propagación de ondas sísmicas de los terremotos sugiere que también contiene material más ligero.

Cuando se utilizó la nueva escala para interpretar el modelo sismológico, estos investigadores descubrieron que la cantidad de material ligero en el núcleo interno es aproximadamente el doble de lo que se esperaba anteriormente.

De hecho, la masa total de material ligero en todo el núcleo es probablemente cinco veces mayor o más que la de la corteza terrestre.

Estos científicos, dirigidos por Alfred QR Baron, del Centro RIKEN SPring-8; y por Daijo Ikuta y Eiji Ohtani, de la Universidad de Tohoku, utilizaron la dispersión inelástica de rayos X (IXS) para medir la velocidad del sonido de una muestra de renio bajo presión.

Una pequeña muestra de renio (<0,000000001 gramos = 1 nanogramo) se sometió a una presión extrema aplastándola entre dos cristales de diamante, en una celda de yunque de diamante (DAC).

Material ligero escondido en el núcleo interno

La célula se colocó en el gran espectrómetro IXS en BL43LXU y se midieron cuidadosamente pequeños cambios (~1 ppm) en la energía de los rayos X esparcidos por el renio, que permitió determinar la velocidad del sonido del renio. Determinaron las velocidades del sonido de compresión/longitudinal y de corte/transversal, y la densidad de este elemento químico descubierto por investigadores alemanes en 1925.

Este trabajo proporciona una relación directa entre la densidad y la presión del renio. Así, Alfred Baron explica que “la densidad del renio a alta presión es sencilla y rápida de medir, y existen muchas instalaciones en todo el mundo donde se pueden realizar dichas mediciones. Sin embargo, medir la velocidad del sonido es mucho más difícil y, a estas presiones, probablemente sólo sea posible en la práctica utilizando el espectrómetro de RIKEN en BL43LXU de SPring-8”.

Por su parte, los profesores Ikuta y Ohtani recuerdan que, cuando utilizaron “nuestra nueva escala para interpretar el comportamiento del hierro metálico bajo alta presión y lo comparamos con el modelo sísmico de la Tierra, descubrimos que el material ligero escondido en el núcleo interno probablemente sea aproximadamente el doble de lo que se esperaba anteriormente”.

Se pueden esperar cambios similares, quizás incluso mayores en magnitud, al considerar la estructura de otros planetas. “Nuestro trabajo -coinciden en destacar- también sugiere una reevaluación de la dependencia de la presión de casi todas las propiedades materiales que se han medido a presiones similares o mayores que la del núcleo de la Tierra”.

A propósito de RIKEN

RIKEN es la organización de investigación más grande y completa de Japón para ciencias básicas y aplicadas y líder mundial en una amplia gama de disciplinas científicas.

Desde su fundación en 1917, fomenta investigaciones pioneras e innovadoras en campos que abarcan toda la gama de las ciencias naturales, desde la biología del desarrollo y la neurociencia hasta la física cuántica y la informática.

Abarca una red de centros de investigación en todo Japón, con campus principales en Wako, Tsukuba, Yokohama, Kobe y Harima.

Para su éxito como centro de investigación de primer nivel es fundamental la colaboración y el apoyo entre sus numerosos centros, laboratorios e instalaciones de investigación de última generación, distribuidos en muchos lugares diferentes dentro y fuera de Japón.

Las actividades de RIKEN se pueden dividir en Centros de Investigación Estratégica, Centros de Infraestructura de Investigación, el Clúster de Investigación Pionera y el Clúster de Centro de Ciencia, Tecnología e Innovación.

Estos cuatro grupos interactúan dentro de un sistema de investigación integrado, que reúne ciencia pionera e instalaciones de investigación de primer nivel para satisfacer las necesidades nacionales y sociales, y se ven reforzados aún más por colaboraciones activas tanto dentro como fuera de RIKEN y Japón.

 

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