Crédito de imagen – ESA / ATG medialab.
¿Cómo la composición química del núcleo de nuestro planeta dio forma a su historia geológica y habitabilidad?
La vida tal como la conocemos no podría existir sin el campo magnético de la Tierra y su capacidad para desviar las partículas ionizantes peligrosas del viento solar y los rayos cósmicos más lejanos. Se genera continuamente por el movimiento del hierro líquido en el núcleo externo de la Tierra, un fenómeno llamado geodinamo.
A pesar de su importancia fundamental, muchas preguntas siguen sin respuesta sobre el origen del geodinamo y las fuentes de energía que lo han sostenido durante milenios.
El nuevo trabajo de un equipo internacional de investigadores, incluidos los científicos actuales y anteriores de Carnegie, Alexander Goncharov, Nicholas Holtgrewe, Sergey Lobanov e Irina Chuvashova examina cómo la presencia de elementos más ligeros en el núcleo predominantemente de hierro podría afectar la génesis y la sostenibilidad del geodinamo. Sus hallazgos son publicados por Nature Communications .
Presencia de elementos ligeros en el Núcleo
Nuestro planeta se acreció del disco de polvo y gas que rodeaba a nuestro Sol en su juventud. Finalmente, el material más denso se hundió hacia adentro en el planeta en formación, creando las capas que existen hoy en día: núcleo, manto y corteza. Aunque el núcleo es predominantemente de hierro, los datos sísmicos indican que algunos elementos más ligeros, como oxígeno, silicio, azufre, carbono e hidrógeno, se disolvieron en él durante el proceso de diferenciación.
Crédito: American Museum of Natural History
Con el tiempo, el núcleo interno cristalizó y se ha enfriado continuamente desde entonces. Por sí solo, ¿podría el calor que fluye del núcleo hacia el manto conducir el geodinamo? ¿O esta convección térmica necesita un impulso adicional de la flotabilidad de los elementos ligeros, no solo del calor, que sale de un núcleo interno de condensación?
Comprender los detalles de la composición química del núcleo puede ayudar a responder esta pregunta.
Reproduciendo las condiciones del Núcleo en el Laboratorio.
Los silicatos son predominantes en el manto, y después del oxígeno y el hierro, el silicio es el tercer elemento más abundante en la Tierra, por lo que es una opción probable para uno de los principales elementos más ligeros que podrían ser aleados con hierro en el núcleo.
Dirigidos por Wen-Pin Hsieh de la Academia Sínica y la Universidad Nacional de Taiwán, los investigadores utilizaron la imitación basada en laboratorio, de las condiciones de la Tierra profunda para simular cómo la presencia de silicio afectaría la transmisión de calor desde el núcleo de hierro del planeta hacia el manto.
«Cuanto menos térmicamente conductor es el material del núcleo, más bajo es el umbral necesario para generar el geodinamo», explicó Goncharov. «Con un umbral lo suficientemente bajo, el flujo de calor fuera del núcleo podría ser impulsado completamente por la convección térmica, sin necesidad de un movimiento adicional de material para que funcione».
La figura de la izquierda son las líneas del campo magnético a través del núcleo externo, y la derecha muestra las líneas de flujo del flujo convectivo en el núcleo externo.
Crédito: Geodesy and Geophysics Laboratory (Code 61A, NASA GSFC).
El descubrimiento y más allá
El equipo descubrió que una concentración de aproximadamente 8 por ciento en peso de silicio en su núcleo interno simulado, el geodinamo podría haber funcionado solo en la transmisión de calor durante toda la historia del planeta.
Mirando hacia el futuro, quieren expandir sus esfuerzos para comprender cómo la presencia de oxígeno, azufre y carbono en el núcleo influiría en este proceso de convección.
Fuente: Carnegie Institution for Science / Earth & Planetary Science/ Earth and Planets Laboratory
Artículo original: «How Does Earth Sustain Its Magnetic Field?» July 06, 2020.
Material relacionado:
Sobre el Núcleo y el Campo Magnéticode la Tierra.
- Mistery at the Center of the Earth. New research attempts to unravel the paradoxical past of the planet’s magnetic field. Thomas Sumner. Science News, Sept. ,2015.
- The paradox powering Earth’s magnetic field, Marcus Woo, New Scientist, January 2017. Disponible en Timbó bajo el título: “Earth’s Ghostly Guardian”.
- The Geodynamo’s unique longevity. Peter Olson. Physics Today
- “Quartz” crystals at the Earth’s core power its magnetic field, Tokyo Tech.
- New theory explains how Earth’s inner core remains solid despite extreme heat,Anatoly Belonoshko,KTH Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden. February, 2017.
- Ramp compression of diamond to five terapascals,R. F. Smith, J. H. Eggert, R. Jeanloz, Nature 511, 330–333 doi:10.1038/nature13526.
Colecciones de artículos sobre el Núcleo terrestre en las revistas:
Sobre Geomagnetismo.
Crédito: ESA/DTU Space/DLR.
Los satélites Swarm han estado cartografiando la parte superior del campo magnético de la Tierra mediante la recopilación de datos durante tres años y encontraron algunas características sorprendentes sobre la corteza terrestre.
El resultado es el trazado de un mapa de este campo de la más alta resolución hasta la fecha, visto desde el espacio. Este campo magnético de la litosfera ‘es muy débil y por lo tanto difícil de detectar y mapear desde el espacio. Pero con los satélites Swarm ha sido posible.
La presentación de ello se encuentra ilustrada en el siguiente artículo, que además contiene en el apartado “Material relacionado” una recopilación de recursos específicamente sobre Geomagnetismo:
- La parte superior del campo magnético de la Tierra revela detalles de un pasado dramático. Carlos Costa. Marzo 28, 2017.
Los científicos se han preguntado por qué la polaridad del campo magnético de la Tierra ocasionalmente se invierte. Estudios recientes del agitado interior de nuestro planeta están ofreciendo pistas interesantes sobre cómo puede comenzar la próxima inversión:
- Probing the Geodynamo. Gary A. Glatzmaier y Peter Olson. Scientific American, April 2005, Volume 292, Issue 4.
La Tierra posee un fuerte campo magnético que se origina en el núcleo externo fluido de la Tierra (el campo intrínseco). Este campo representa más del 95% de la energía magnética del campo geomagnético observado en la superficie de la Tierra.
Sus variaciones temporales y espaciales contienen algunos de los conocimientos clave de las propiedades interiores profundas de la Tierra, de las interacciones y respuestas entre el núcleo fluido y la Tierra sólida, y de la historia de la evolución del sistema de la Tierra.
Por lo tanto, comprender, interpretar y predecir la variabilidad geomagnética se encuentra entre las áreas de investigación de la Tierra más activas y son parte de los objetivos estratégicos de la ciencia de la Tierra de la NASA.
Para estudiarlo las simulaciones constituyen una herramienta fundamental, según lo presenta el artículo siguiente:
- Geodynamo. NASA Goddard Earth Science Laboratories.
Videos:
- El Magnetismo Terrestre, sus variaciones y sus consecuencias sobre la humanidad y los seres vivos. Documental.
- La Increible Magnetósfera Terrestre. Documental.
- Magnetism Matters, Harvard – Smithsonian Center for Astrophysics (cfa) Colloquium/Dr. Sarah Gibson (NCAR/HAO), March, 2015.
Curiosidades:
El Campo Magnético de Marte.
Marte no tiene un campo magnético global como la Tierra, pero sí tiene parches de campos magnéticos.
Los científicos usan magnetómetros para estudiar las anomalías magnéticas del planeta. La nave espacial MAVEN lleva dos magnetómetros para investigar el campo magnético de Marte a fin de comprender cómo la atmósfera y el clima marcianos han evolucionado con el tiempo.
Debido a que los magnetómetros son extremadamente sensibles, los ingenieros y científicos deben tomar muchas precauciones al desarrollar los instrumentos y construir la nave espacial. El siguiente artículo contiene un video y recursos que lo explica
Cuando la misión Exploración Interior utilizando Investigaciones Sísmicas, Geodesia y Transporte de Calor ( Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport, INSIGHT) aterrizó en Marte en noviembre de 2018, comenzó su misión principal de dos años de estudiar la sismología y el ambiente interior de Marte. Y ahora, poco más de un año y medio después, los resultados de los primeros doce meses del módulo de aterrizaje en la superficie marciana se han publicado en una serie de estudios.
Uno de estos estudios, que se publicó recientemente en la revista Nature Geosciences , compartió algunos hallazgos bastante interesantes sobre los campos magnéticos en Marte. Según el equipo de investigación que lo respalda, el campo magnético dentro del cráter donde aterrizó InSight es diez veces más fuerte de lo esperado. Estos hallazgos podrían ayudar a los científicos a resolver misterios clave sobre la formación de Marte y la evolución posterior:
- Magnetic Fields Around Mars InSight are 10x Stronger than Scientists Expected. Matt Williams. Universe Today, March 3, 2020.
