Estudio revela que el núcleo interno de la Tierra podría tener una estructura en capas similar a una cebolla

El estudio, publicado en la revista Nature Communications, ofrece una nueva explicación para las anomalías sísmicas observadas en el núcleo interno terrestre, esas desviaciones notables en el comportamiento de las ondas sísmicas que han intrigado a los científicos durante décadas.

El equipo de investigación, compuesto por científicos de la Universidad de Münster, el Sincrotrón Alemán de Electrones (DESY), la Universidad de Lille y la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón (ESRF), simuló las condiciones de alta presión y temperatura del interior profundo de la Tierra para estudiar el comportamiento plástico-elástico de aleaciones de hierro con silicio y carbono.

"Nuestros hallazgos, cuando se extrapolan a las condiciones del núcleo interno de la Tierra, revelan que una estratificación similar a capas de cebolla, inducida por la mezcla de carbono y silicio añadida al hierro puro, puede explicar las anomalías sísmicas detectadas en el núcleo terrestre", explicó el profesor Carmen Sánchez-Valle, del Instituto de Mineralogía de la Universidad de Münster.

El núcleo de la Tierra está compuesto predominantemente por hierro. Sin embargo, también contiene concentraciones menores de elementos más ligeros que forman aleaciones con el hierro, como silicio, carbono y oxígeno. Mientras que el núcleo externo es líquido, el núcleo interno es sólido y se cree que consiste en estas aleaciones de hierro.

Los sismólogos han observado que en el núcleo interno, las ondas sonoras de compresión, creadas por eventos como terremotos, viajan entre un 3% y un 4% más rápido paralelas al eje de rotación de la Tierra que aquellas que viajan en el plano ecuatorial. Estas anomalías en la velocidad de las ondas sísmicas, llamadas anisotropía, tienen diferentes magnitudes cuando se comparan las partes externa e interna del núcleo interno.

Para estudiar el comportamiento de deformación de las aleaciones de hierro, el equipo sintetizó aleaciones de hierro-silicio-carbono y las sometió a condiciones extremas utilizando una celda de yunque de diamante, un dispositivo que consiste en dos diamantes opuestos con puntas aplanadas que comprimen la muestra a presiones extraordinarias y condiciones de alta temperatura.

"Para este experimento, la aleación fue inicialmente comprimida, luego calentada a más de 820°C, y posteriormente comprimida aún más hasta aproximadamente un millón de veces la presión atmosférica", detalló Efim Kolesnikov, primer autor del estudio, quien era estudiante de doctorado en la Universidad de Münster cuando se realizó el experimento.

Los científicos observaron mediante análisis de rayos X en PETRA III que durante la compresión de la aleación policristalina de hierro, la muestra desarrolló una orientación preferencial de la red cristalina (LPO, por sus siglas en inglés).

"Pudimos decodificar la LPO mediante difracción de rayos X perpendicular al eje de compresión", explicó Kolesnikov. "Los patrones de difracción fueron analizados después del experimento para derivar propiedades plásticas, específicamente resistencia a la fluencia y viscosidad, de las aleaciones de hierro-silicio-carbono, que luego fueron modeladas teóricamente para extrapolarlas a las condiciones del núcleo interno".

A partir de las propiedades de plasticidad, el equipo calculó la diferencia entre las velocidades del sonido de compresión en la aleación de hierro-silicio-carbono en las condiciones del núcleo interno y las comparó con las del hierro puro. El resultado: las diferencias en anisotropía podrían estar vinculadas a un gradiente composicional, ya que el porcentaje de contenido de hierro aumenta con la profundidad del núcleo.

"Esto coincide con las diferentes anisotropías de velocidades observadas en los perfiles sísmicos", afirmó el líder del equipo, Ilya Kupenko.

Este descubrimiento se suma a otros estudios recientes sobre las estructuras profundas de la Tierra. En una investigación separada publicada en Nature Geoscience, científicos de la Universidad de Rutgers y colaboradores ofrecieron una explicación para otras anomalías enigmáticas: las provincias de baja velocidad de cizallamiento y las zonas de ultra-baja velocidad, que se encuentran en el límite entre el manto y el núcleo de la Tierra.

Según Yoshinori Miyazaki, profesor asistente en el Departamento de Ciencias de la Tierra y Planetarias de la Universidad de Rutgers, "estas no son rarezas aleatorias. Son huellas dactilares de la historia más temprana de la Tierra. Si podemos entender por qué existen, podemos entender cómo se formó nuestro planeta y por qué se volvió habitable".

Los investigadores sugieren que, a lo largo de miles de millones de años, elementos como el silicio y el magnesio se filtraron desde el núcleo hacia el manto, mezclándose con él y evitando una fuerte estratificación química. Esta infusión podría explicar la composición extraña de estas provincias y zonas, que pueden verse como restos solidificados de lo que los científicos denominaron un "océano de magma basal" contaminado por material del núcleo.

Ambos estudios subrayan la importancia de comprender la estructura interna de nuestro planeta para explicar su evolución única y su capacidad para sustentar la vida, en contraste con otros planetas del sistema solar como Venus o Marte.