El campo magnético de la Tierra protege y hace que nuestro planeta sea habitable al detener las dañinas partículas de alta energía provenientes del espacio, incluido nuestro Sol. La fuente de este campo magnético es el núcleo que se encuentra en el centro del planeta.
Pero ese núcleo es muy difícil de estudiar, en parte porque comienza a una profundidad de alrededor de 2,900 km (1,800 millas), lo que hace que sea demasiado profundo para obtener muestras y estudiarlo directamente.
Sin embargo, nosotros formamos parte de un equipo de investigación que ha encontrado una forma de obtener información sobre el núcleo de la Tierra, cuyos detalles se publicaron recientemente en Geochemical Perspective Letters.
Hace mucho calor ahí abajo
El núcleo es la parte más caliente de nuestro planeta, y su capa exterior alcanza temperaturas de más de 5,000 grados Celsius. Esto influye en manto superior, y se calcula que 50 por ciento del calor volcánico proviene del núcleo.
Pie de foto:Diagrama que muestra las capas de la Tierra. ISTOCK
La actividad volcánica es el principal mecanismo de enfriamiento del planeta. Cierto vulcanismo, como el que sigue formando islas volcánicas en Hawái e Islandia, podría estar ligado al núcleo mediante plumas mantélicas que transfieren calor del núcleo hacia la superficie de la Tierra.
Sin embargo, durante décadas se ha debatido si existe algún intercambio de materia física entre el núcleo y el manto.
Nuestros hallazgos indican que una parte del material del núcleo se transfiere a la base de estas plumas mantélicas, y que el núcleo ha liberado este material durante los últimos 2,500 millones de años.
Descubrimos esto al analizar variaciones muy pequeñas en el índice de isótopos del elemento tungsteno (básicamente, los isótopos son versiones del mismo elemento que contienen diferentes cantidades de neutrones).
Para estudiar el núcleo de la Tierra, tenemos que buscar rastreadores químicos de material del núcleo en rocas volcánicas provenientes del manto profundo.
Sabemos que el núcleo tiene una química muy distinta, dominada por el hierro y el níquel, junto con elementos como el tungsteno, el platino y el oro, que se disuelven en una aleación hierro-níquel. Por esa razón, los elementos metálicos que suelen formar aleaciones son una buena elección para buscar rastros del núcleo.
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La búsqueda de isótopos de tungsteno
Como elemento base, el tungsteno (cuyo símbolo químico es W) posee 74 protones. Este elemento tiene varios isótopos, entre ellos el 182W (con 108 neutrones) y el 184W (con 110 neutrones).
Estos isótopos de tungsteno pueden ser los rastreadores más concluyentes del material del núcleo, debido a que se espera que el manto tenga proporciones mucho más altas de 182W/184W que el núcleo.
Esto se debe a otro elemento, el hafnio (Hf), que no se disuelve en aleaciones hierro-níquel y es enriquecido en el manto, además de tener un isótopo actualmente extinto (182Hf) que se degradó a 182W. Esto da al manto una cantidad adicional de 182W en relación con el tungsteno del núcleo.
Sin embargo, el análisis requerido para detectar variaciones en los isótopos de tungsteno es increíblemente difícil, ya que buscamos variaciones en la proporción 182W/184W en una escala de partes por millón, y la concentración de tungsteno en las rocas es de apenas unas decenas de partes por 1,000 millones. Menos de cinco laboratorios del mundo pueden hacer este tipo de análisis.
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Pruebas de filtraciones
En nuestro estudio, mostramos un cambio importante en la proporción 182W/184W del manto durante el tiempo de existencia de la Tierra. Las rocas más antiguas de nuestro planeta tienen una cantidad significativamente mayor de 182W/184W que la mayoría de las rocas de la Tierra moderna.
El cambio en la proporción de 182W/184W en el manto indica que el tungsteno del núcleo se ha filtrado hacia el manto durante largo tiempo.
De manera interesante, en las rocas volcánicas más antiguas de la Tierra, no existe ningún cambio importante en la cantidad de isótopos de tungsteno del manto en un marco temporal de 1800 millones de años. Esto indica que en un lapso comprendido entre 4,300 y 2,700 millones de años, se transfirió muy poco o ningún material del núcleo hacia el manto superior.
Sin embargo, en los siguientes 2,500 millones de años, la composición de isótopos de tungsteno del manto se ha modificado en forma importante. Inferimos que un cambio en las placas tectónicas, hacia el final del Eón Arcaico, hace alrededor de 2,600 millones de años, desencadenó en el manto corrientes convectivas lo suficientemente grandes para modificar los isótopos de tungsteno de todas las rocas modernas.
¿Por qué se produjo la filtración?
Si las plumas mantélicas ascienden desde el límite entre el núcleo y el manto hacia la superficie, entonces el material de la superficie de la Tierra también debería descender hacia el manto profundo.
La subducción, que es el término que se utiliza para describir el descenso de rocas de la superficie terrestre hacia el manto, lleva materiales ricos en oxígeno hacia el manto profundo como un componente integral de las placas tectónicas.
En distintos experimentos se ha mostrado que un aumento en la concentración de oxígeno en el límite entre el núcleo y el manto podría provocar que el tungsteno se separe del núcleo y penetre el manto.
De manera alternativa, la solidificación del núcleo interior también aumentaría la concentración de oxígeno del núcleo exterior. En este caso, nuestros resultados podrían decirnos algo sobre la evolución del núcleo, como el origen del campo magnético de la Tierra.
Originalmente, el núcleo terrestre estaba compuesto completamente de metal líquido y se ha venido enfriando y solidificando parcialmente con el paso del tiempo. El campo magnético es generado por el giro del núcleo interno sólido. El momento de la cristalización del núcleo interno es una de las preguntas más difíciles de responder en las ciencias planetarias y de la Tierra.
Nuestro estudio nos proporciona un rastreador que puede utilizarse para investigar la interacción entre el núcleo y el manto, así como el cambio en la dinámica interna de nuestro planeta, lo cual puede mejorar nuestra comprensión de cómo y cuándo se activó el campo magnético.
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Hanika Rizo es profesor adjunto de la Universidad Carleton de Canadá, David Murphy es catedrático de Ciencias Geológicas de la Universidad Tecnológica de Queensland, Australia, y Denis Andrault es catedrático de la Université Clermont Auvergne, Francia
Este artículo esta reproducido de The Conversation bajo licencia de Creative Commons.
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