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El núcleo interno de la Tierra es un extraño lío de fluidos superionizados

tierra interno Núcleo Según un estudio de simulación por ordenador.

Un equipo de físicos modeló recientemente cómo se comportan las aleaciones de hierro y elementos más ligeros como el hidrógeno, el carbono y el oxígeno a temperaturas y presiones extremadamente altas en el centro de nuestro planeta. En estas condiciones, la parte de hierro de la mezcla permaneció sólida, pero los elementos más livianos se denominaron líquido súper ionizado: un estado que es más elástico que un sólido, pero no tan fluido como un líquido.

Según el físico Yu He, de la Academia de Ciencias de China, y sus colegas publicaron en la revista en febrero naturalezaesta mezcla de hierro sólido e hidrógeno, carbono u oxígeno superionizado podría explicar algunas de las cosas más desconcertantes que los sismólogos han observado en las profundidades internas de nuestro planeta.

qué hay de nuevo – Las simulaciones de él y sus colegas sugieren que, bajo las condiciones del núcleo interno, una simple aleación de hierro y carbono puede convertirse en algo con una estructura más compleja. Esto, a su vez, podría explicar algunas de las cosas más desconcertantes que los sismólogos han observado en las profundidades internas de nuestro planeta.

En modelos informáticos basados ​​en Mecánica cuánticaÉl y sus colegas simularon lo que sucedería con una mezcla de hierro fundido y varias combinaciones de hidrógeno, carbono y oxígeno a temperaturas de unos 5.200 grados centígrados y presiones de unos 3,6 millones de atmósferas. Así es el núcleo interno de la Tierra, que comienza a unos 5.300 kilómetros por debajo de nuestros pies.

Y resulta que en estas condiciones, el hierro se vuelve sólido; Sus átomos permanecen en un solo lugar, vibrando silenciosamente. Pero los átomos de elementos más livianos, como los que ella y sus colegas dicen que probablemente sean parte de la mezcla de magma en el núcleo de la Tierra, rebotan más, fluyendo casi, pero no del todo, como un líquido. El resultado es una estructura sólida de átomos de hierro, con una mezcla líquida de átomos más ligeros flotando en los espacios entre ellos.

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Cuando él y sus colegas simularon cómo se mueven las ondas sísmicas a través de su modelo del núcleo interno de la Tierra, los resultados se parecían mucho a los datos sísmicos del mundo real. Eso les dijo a los investigadores que su modelo era una explicación plausible de lo que está sucediendo en el corazón de nuestro planeta. También sugirió que los superfluidos iónicos en el núcleo de la Tierra podrían explicar Por qué Las ondas sísmicas se mueven a través del núcleo interno de la forma en que lo hacen.

Aquí está el fondo – Durante un terremoto, algunas ondas sísmicas, llamadas ondas superficiales, viajan a lo largo de la corteza terrestre; Otras, llamadas ondas de cuerpo, atraviesan directamente el interior del planeta. Medir qué tan rápido pasan las ondas corporales a través de las capas del planeta y cómo cambian sus propiedades en el camino puede revelar información sobre la estructura de nuestro planeta. Las ondas de cuerpo, por ejemplo, son la forma en que sabemos que el núcleo de la Tierra tiene dos capas, y la capa exterior está compuesta principalmente de hierro líquido.

La medición de las ondas sísmicas que atraviesan el núcleo de la Tierra también les dijo a los científicos que estaba hecho de algo ligeramente menos denso que el hierro puro. Es probable que elementos más ligeros como el hidrógeno, el carbono y el oxígeno formen parte de la mezcla, formando una mezcla llamada aleación. Es probable que estos elementos sean sospechosos porque son tres de los cuatro elementos más comunes en nuestro sistema solar y han sido parte del interior de la Tierra desde la formación del planeta.

Sin embargo, los sismólogos han notado que algunas ondas sísmicas que pasan a través del núcleo interno de la Tierra se ralentizan mucho más de lo que deberían si pasan a través de una bola sólida de lingotes de hierro uniformemente mezclados. Esto significa que algo más debe suceder en el núcleo interno.

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«Las observaciones sismológicas indican que la estructura del núcleo interno es compleja y difícil de entender», escriben ella y sus colegas en su artículo, pero dicen que sus simulaciones recientes pueden señalar la respuesta a lo que llaman «los misterios sísmicos de larga data del núcleo central.»

Urano y Neptuno son los únicos «gigantes de hielo» conocidos en nuestro sistema solar, y pueden ser refugios para fluidos superionizados. NASA

Por qué eso importa – Él y sus colegas dicen que su modelo puede explicar por qué las ondas sísmicas se ralentizan a medida que pasan por el núcleo interno de la Tierra, así como por qué las ondas sísmicas pasan por el centro de la Tierra un 3 por ciento más rápido de polo a polo que a través del ecuador.

Las ondas de presión, como las ondas de sonido y las ondas sísmicas, viajan más rápido a través de materiales más densos. Los superfluidos iónicos son menos densos que los sólidos; Sus átomos divergen y se mueven más libremente. Esto significa que las ondas sísmicas no viajarán a través de un líquido superionizado a la misma velocidad a través de un sólido, lo que puede explicar por qué las ondas sísmicas ralentizan su camino a través del núcleo interno de la Tierra.

Mientras tanto, mientras que los átomos de hierro en el núcleo interno son sólidos y estacionarios, los elementos ultraiónicos más ligeros están en constante movimiento. El interior de la Tierra es caliente, pero algunas áreas son más calientes que otras. Esto genera un movimiento de agitación constante llamado convección, porque el material caliente tiende a subir mientras que el material más frío tiende a hundirse. La convección en el manto de la Tierra hace que las placas tectónicas se muevan, produciendo terremotos cuyas ondas sísmicas nos ayudan a comprender el núcleo.

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En el núcleo interno, si ella y sus colegas tienen razón, la convección mantendrá el líquido superiónico en movimiento, fluyendo entre las redes sólidas de los átomos de hierro. Este flujo continuo puede significar que algunas partes del núcleo interno pueden contener más partes sólidas que otras, o más fluido. Esto podría explicar por qué las ondas sísmicas se mueven un poco más rápido de un polo al otro.

«Este fenómeno puede proporcionar una explicación alternativa para los diferentes tiempos de viaje de terremotos similares», escriben ella y sus colegas.

Una mejor comprensión de cómo funcionan los fluidos superiónicos en el núcleo de la Tierra también podría ayudarnos a comprender otros mundos. Algunos científicos planetarios también han sugerido que podrían existir superfluidos iónicos en el interior de gigantes de hielo como Neptuno y Urano, y en planetas exteriores de tamaño similar.

Entonces que – La Tierra tiene un campo magnético porque el hierro líquido en el núcleo exterior también se mueve gracias a la convección, y este movimiento crea un electroimán gigante en el centro de nuestro planeta. Él y sus colegas sugieren que el campo magnético de la Tierra también puede influir en cómo se mueven el carbono, el hidrógeno y el oxígeno en el núcleo interno.

Por otro lado, en las profundidades de los planetas gigantes de hielo Neptuno y Urano, los fluidos superiónicos convectivos pueden afectar los campos magnéticos de los planetas.

Se necesitará más investigación para comprender si existe una relación entre los campos magnéticos y los fluidos superiónicos en el núcleo interno de la Tierra, pero los resultados podrían decirnos algo nuevo sobre la dínamo que alimenta nuestro planeta.