Núcleo interno de la Tierra

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El núcleo interno es la geosfera  más profunda de la Tierra , con un radio de unos 1220 km (según estudios sismológicos ) [1] [2] , que es comparable al 70% del radio de la Luna . Se cree que se compone principalmente de aleaciones de hierro y níquel y algunos elementos ligeros. La temperatura en el límite del núcleo interno es de aproximadamente 5700 K (5400 °C) [3]

Descubrimiento

En 1936, el sismólogo danés Inge Lehmann [4] descubrió que la Tierra tiene un núcleo interno sólido, distinto de su núcleo externo líquido. Probó su existencia al estudiar sismogramas de terremotos en Nueva Zelanda y descubrió que las ondas sísmicas se reflejan desde el límite del núcleo interno y pueden ser registradas por sismógrafos sensibles en la superficie de la Tierra. Este límite se conoce como la discontinuidad de Bullen [5] , oa veces como la discontinuidad de Lehmann [6] . Unos años más tarde, en 1940, surgió la hipótesis de que el núcleo interior estaba formado por hierro macizo; su dureza fue confirmada en 1971 [7]

Se determinó que el núcleo externo debe ser líquido, gracias a las observaciones que muestran que las ondas longitudinales lo atraviesan, pero las ondas S elásticas no lo hacen, o lo hacen muy poco. [8] La dureza del núcleo interno ha sido difícil de determinar porque las ondas S elásticas que deben viajar a través de la masa sólida son muy débiles y, por lo tanto, difíciles de detectar con sismógrafos en la superficie de la Tierra, ya que se atenúan en su camino hacia el superficie a través del núcleo externo líquido. Dzhenovsky y Gilbert encontraron que las mediciones de las vibraciones normales de la Tierra causadas por grandes terremotos son indicativas de la dureza del núcleo interno. [9] En 2005, se hizo una afirmación sobre la detección de ondas S que pasan a través del núcleo interno; Al principio, los datos eran contradictorios, pero ahora este tema ha llegado a un consenso [10] En 2020, se obtuvo evidencia de la existencia de otra capa dentro del núcleo interno de la Tierra , el nucléolo con un radio de ~650 km [11] .

Propiedades

Debido a la alta presión, el núcleo interno de la Tierra se encuentra en estado sólido, en contraste con el núcleo externo líquido .

Su existencia se conoció a partir de la refracción y reflexión de ondas sísmicas longitudinales . Los estudios sísmicos indican que la anisotropía de las velocidades de las ondas sísmicas se registra en el núcleo interno: la velocidad de propagación de las ondas longitudinales es un 3-4% mayor a lo largo del eje polar que en el plano ecuatorial.

Parámetros del núcleo interno de la Tierra [12] :

También hay un punto de vista[ quien? ] que el núcleo interno no está en un estado cristalino, sino en un estado específico similar al amorfo , y sus propiedades elásticas se deben a la presión. El tiempo del comienzo de la cristalización del núcleo interno se estima hace 2-4 mil millones de años.

Composición

Con base en la abundancia relativa de varios elementos químicos en el sistema solar , la teoría de la formación planetaria y las limitaciones impuestas o deducidas de la química del resto de la Tierra, se cree que el núcleo interno está compuesto principalmente por una aleación de níquel y hierro. . Esta aleación presurizada es aproximadamente un 3 % más densa que el núcleo real, lo que significa que hay impurezas en el núcleo de elementos ligeros (p. ej., silicio, oxígeno, azufre). [catorce]


Temperatura y presión

La temperatura del núcleo interno se puede estimar teniendo en cuenta los límites teóricos y experimentales observados sobre la temperatura de fusión del hierro bruto a una presión a la que el hierro se encuentra en el límite del núcleo interno (alrededor de 330 GPa ). Según estas consideraciones, se supone que la temperatura es de aproximadamente 5700 K (5400 °C; 9800 °F). [15] La presión dentro del núcleo interno es ligeramente más alta que en el límite entre los núcleos interno y externo: está en el rango de aproximadamente 330 a 360 GPa. [16] El hierro solo puede ser sólido a temperaturas tan altas porque el punto de fusión aumenta bruscamente a presiones de esta magnitud (ver la ecuación de Clausius-Clapeyron ). [17]

Un artículo publicado en la revista Science [18] concluye que la temperatura de fusión del hierro en el límite del núcleo interno es de 6230 ± 500 K, que es aproximadamente 1000 K más alta que lo que muestran los cálculos anteriores.

Dinámica

Se cree que el núcleo interno de la Tierra está creciendo lentamente, ya que el núcleo externo líquido en el límite con el núcleo interno se enfría y solidifica debido al enfriamiento gradual del contenido de la Tierra (alrededor de 100 grados centígrados en mil millones de años). [19] Muchos científicos inicialmente esperaban que el núcleo interno fuera homogéneo , porque el núcleo interno sólido se formó originalmente por el enfriamiento gradual del material fundido y continúa creciendo como resultado del mismo proceso. Aunque crece en estado líquido, es sólido debido a la altísima presión que lo comprime en una sola entidad a pesar del calor extremo. Incluso se asumió que el núcleo interno de la Tierra podría ser un solo cristal de hierro, [20] sin embargo, esta predicción fue refutada por observaciones que mostraron que hay falta de homogeneidad en el núcleo interno. [21] Los sismólogos han descubierto que el núcleo interno no es completamente uniforme; en cambio, está compuesto por estructuras a gran escala, por lo que las ondas sísmicas viajan a través de algunas partes del núcleo interno más rápido que otras. [22] Además, las propiedades de la superficie del núcleo interno difieren de un lugar a otro en incrementos de 1 km. Estas variaciones son sorprendentes, ya que los cambios de temperatura horizontales en el límite del núcleo interno se consideran muy pequeños (esta conclusión se deriva de las observaciones del campo magnético ). Estudios recientes sugieren que el núcleo interno sólido consta de capas separadas por una zona de transición de 250 a 400 km de espesor. [23] Si el núcleo interno crece debido a la caída de pequeños sedimentos en su superficie, entonces algo de líquido también puede quedar atrapado en los poros y este líquido residual aún puede existir en una pequeña extensión en una gran parte de la superficie interna.

Dado que el núcleo interno no está rígidamente conectado al manto sólido de la Tierra , durante mucho tiempo los científicos estuvieron ocupados con la posibilidad de que gire un poco más rápido o más lento que el resto de la Tierra. [24] [25] En la década de 1990, los sismólogos propusieron varias formas de detectar dicha superrotación mediante la observación de cambios en las características de las ondas sísmicas que pasan a través del núcleo interno durante varias décadas, utilizando la propiedad antes mencionada de que transmite ondas más rápido en algunas direcciones. . El cálculo de esta súper-rotación da aproximadamente 1 grado de rotación incremental por año.

Se cree que el crecimiento del núcleo interno juega un papel importante en la creación del campo magnético de la Tierra debido al efecto dínamo en el núcleo externo líquido. Esto se debe principalmente a que no es posible disolver la misma cantidad de elementos livianos que en el núcleo externo y, por lo tanto, la congelación en el límite con el núcleo interno produce un líquido residual que contiene más elementos livianos que el líquido que se encuentra sobre él. Esto da como resultado flotabilidad y ayuda a la convección con el núcleo exterior.

La existencia de un núcleo interno también cambia la dinámica de fluidos en el núcleo externo; crece (en el límite) y puede ayudar a fijar el campo magnético, ya que se supone que es más resistente a la turbulencia que el fluido del núcleo externo (que se supone que es turbulento)

También hay especulaciones de que el núcleo interno puede exhibir diversos patrones de deformación interna . Esto puede ser necesario para explicar por qué las ondas sísmicas viajan más rápido en algunas direcciones que en otras. [26] Dado que se supone que la convección en sí misma es improbable, [27] cualquier movimiento convectivo de un fluido debe deberse a una diferencia en la composición o un exceso de fluido en su interior. Yoshida y sus colegas propusieron un nuevo mecanismo en el que la deformación del núcleo interno puede ocurrir debido a una mayor frecuencia de congelamiento en el ecuador que en las latitudes polares, [28] y Karato sugirió que los cambios en el campo magnético también pueden deformar lentamente el núcleo interno a lo largo del tiempo . tiempo [29]

Hay una asimetría Este-Oeste en los datos sismológicos del núcleo interno. Hay un modelo que explica esto por las diferencias en la superficie del núcleo interno: fusión de un hemisferio y cristalización en el otro. [30] El hemisferio occidental puede cristalizar, mientras que el oriental puede derretirse. Esto puede conducir a un aumento en la generación del campo magnético en el hemisferio en cristalización, creando una asimetría en el campo magnético de la Tierra. [31]

Historia

Según la tasa de enfriamiento del núcleo, se puede estimar que el núcleo interno sólido moderno comenzó a solidificarse hace aproximadamente 500 a 2000 millones de años [32] a partir de un núcleo completamente fundido (que se formó inmediatamente después de la formación del planeta ). Si esto es correcto, debe significar que el núcleo interno sólido de la Tierra no es la formación original que existió durante la formación del planeta, sino una formación más joven que la Tierra (la Tierra tiene aproximadamente 4500 millones de años)

Véase también

Notas

  1. ↑ Monnereau, Marc; Calvet, Marie; Margerin, Ludovic; Souriau, Annie. Crecimiento asimétrico del núcleo interno de la Tierra  (inglés)  // Ciencia  : revista. - 2010. - 21 de mayo ( vol. 328 , núm. 5981 ). - Pág. 1014-1017 . -doi : 10.1126 / ciencia.1186212 . - . —PMID 20395477 . . - " Plantilla: Citas inconsistentes ".
  2. ↑ ER Engdahl; EA Flynn y RP Massé. Tiempos de viaje diferenciales de PkiKP y el radio del núcleo   // Geophys . JR Astr. soc. : diario. - 1974. - vol. 40 , núm. 3 . - Pág. 457-463 . -doi : 10.1111 / j.1365-246X.1974.tb05467.x . - .
  3. ↑ D. Alfe; M. Gillán; Precio GD. Composición y temperatura del núcleo de la Tierra restringidas mediante la combinación de cálculos ab initio y datos sísmicos  //  Earth and Planetary Science Letters : diario. - Elsevier , 2002. - 30 de enero ( vol. 195 , no. 1-2 ). - P. 91-98 . - doi : 10.1016/S0012-821X(01)00568-4 . - .
  4. ↑ LA TIERRA: POR DENTRO Y POR FUERA / Edmond A. Mathez. - Museo Americano de Historia Natural. Copia archivada (enlace no disponible) . Fecha de acceso: 19 de enero de 2017. Archivado desde el original el 30 de abril de 2008. 
  5. ↑ John C. Butler. Apuntes de Clase - El Interior de la Tierra . Libro de notas de geología física . Universidad de Houston (1995). Consultado el 30 de agosto de 2011. Archivado desde el original el 17 de junio de 2012.
  6. ^ Aunque otra brecha lleva el nombre de Lehmann, todavía se puede encontrar este uso; ver, por ejemplo: Robert E Krebs. Los fundamentos de las ciencias de la tierra . - Greenwood Publishing Company, 2003. - ISBN 0-313-31930-8 . , y De aquí al "infierno", o la capa D Archivado el 2 de septiembre de 2016 en Wayback Machine , About.com
  7. ↑ Hung Kan Lee. Manual internacional de sismología sísmica e ingeniería; volumen 1  (inglés) . — Prensa Académica . - Pág. 926. - ISBN 0-12-440652-1 .
  8. ↑ William J. Cromie . Poniendo un Nuevo Giro en el Núcleo de la Tierra , Harvard Gazette (15 de agosto de 1996). Archivado desde el original el 1 de abril de 2007. Consultado el 22 de mayo de 2007.
  9. ↑ Solidez del núcleo interno de la Tierra inferida a partir de observaciones en modo normal  //  Naturaleza: diario. - 1971. - 24 de diciembre ( vol. 234 , núm. 5330 ). - Pág. 465-466 . -doi : 10.1038/ 234465a0 . — .
  10. ↑ Robert RoyBritt. Finalmente, una mirada sólida al núcleo de la Tierra (14 de abril de 2005). Consultado el 22 de mayo de 2007. Archivado desde el original el 27 de septiembre de 2007.
  11. ↑ Evidencia del núcleo interno más interno: búsqueda robusta de parámetros para la anisotropía radialmente variable mediante el algoritmo de vecindad - Stephenson - 2021 - Journal of Geophysical… . Consultado el 6 de abril de 2021. Archivado desde el original el 16 de abril de 2021.
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Literatura

 conchas de la tierra
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