El núcleo interno de la Tierra es el lugar más inaccesible de nuestro planeta, con unas condiciones que son extremas: su temperatura puede superar la de la superficie del Sol. Es una bola sólida de hierro y níquel que rota, al igual que el resto de las capas terrestres. ¿Se ha parado este en seco? La respuesta es no.

En todo caso ha decrecido su velocidad y está “descompensado” con la velocidad de giro del resto del planeta -mínimamente-.

Así al menos lo dice un reciente artículo publicado en la revista Nature Geoscience liderado por Xiaodong Song y Yi Yang, de la Universidad de Pekín. Si bien en ese estudio los científicos hablan de un “parón reciente” y de que la rotación del núcleo podría estar “invirtiéndose”, esto no quiere decir que se haya parado de repente ni que esté girando en sentido contrario a la superficie terrestre.

Hay matices, y uno de ellos es que se trata de velocidades relativas (respecto a otro objeto) y de una inversión de tendencia, explica a EFE Maurizio Mattesini, catedrático en Física de la Tierra de la Universidad Complutense de Madrid e investigador del Instituto de Geociencias (IGEO), del Centro Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), para quien “escudriñar el núcleo interno es importante para conocer la dinámica del planeta y su estado de salud”.

¿QUÉ ES EL NÚCLEO INTERNO?

La Tierra está formada por diferentes capas y en el centro, a 5.000 kilómetros de profundidad, hay una esfera casi toda de hierro. Es el núcleo interno, con un radio de 1.220 kilómetros -un poco más grande que Plutón- y está rodeado por una capa de 2.260 kilómetros de espesor de composición similar, pero en estado fundido, una especie de “colchón”.

El núcleo interno fue descubierto en 1936 por la sismóloga danesa Inge Lehmann al analizar ondas sísmicas.

Los movimientos de convección en el núcleo externo líquido, unidos a la rotación terrestre, generan el campo magnético, que protege la Tierra de las partículas -altamente energéticas- que llegan del Sol y del espacio, explican en una tribuna Alberto Molina, Marina Puente y Pablo Rivera, también del IGEO.

Alrededor del núcleo está el manto, de unos 2.900 kilómetros de espesor, y sobre este, la corteza terrestre.

¿CÓMO SE ESTUDIA EL NÚCLEO INTERNO?

Analizar la capa más profunda de la Tierra es difícil. Con perforaciones para recoger muestras, imposible, relata Mattesini, quien recuerda que el agujero más profundo hecho hasta la fecha tiene menos de 12 kilómetros.

La tomografía computarizada aún tiene limitación tecnológica, así que la alternativa es la sismología.

Los terremotos generan ondas sísmicas que se propagan por el interior del planeta y algunas atraviesan el núcleo interno, desde donde emergen hasta la superficie terrestre. Es aquí cuando los sismógrafos registran una señal que contiene información del centro de la Tierra.

El planeta rota y tarda aproximadamente 24 horas en dar una vuelta completa. Hasta ahora se pensaba que el núcleo interno seguía en la misma dinámica registrada durante la última década, es decir, rotando un poco más rápido que el manto y la corteza, lo que se denomina “superrotación”, de forma que iba adelantándose en torno a una décima de grado cada año.

CONTROVERSIA CIENTÍFICA

La primera investigación en hablar de superrotación es de 1996 -también estaba involucrado Song-, aunque estudios posteriores han dicho lo contrario (hay incluso una minoría que sostiene que no se dan distinciones en la rotación). Datos hay suficientes, pero las diferencias son tan sutiles que dan cabida a la interpretación y discusión científica.

¿Qué concluye el último estudio de Nature Geoscience? El núcleo, desde 2009, se habría frenado hasta alcanzar la misma velocidad de rotación que las capas más externas o incluso una velocidad ligeramente inferior.

Estas diferencias de velocidades relativas son muy pequeñas, explican los científicos del IGEO en su tribuna.

Como ejemplo, un coche a 120 kilómetros por hora al que le adelanta otro a 121. “Por la ventanilla veremos que nos va adelantando poco a poco. Si el otro vehículo frena y se pone a 120 kilómetros por hora lo veremos 'inmóvil' junto a nuestro coche, aunque sigue moviéndose, al igual que nosotros”.

De la misma forma, el núcleo se habría frenado y, ahora, al rotar a la misma velocidad que el manto y la corteza, desde la superficie terrestre lo veríamos parado.

Gracias al registro geológico, explica en Twitter el IGEO, se sabe que los años en el pasado geológico duraban más días, es decir, la Tierra giraba más rápido y por tanto los días eran más cortos (en el Mesozoico duraban 23 horas).

Esto se debe a que la Luna se aleja de nosotros a razón de 3.82 centímetros por año y su efecto es la ralentización de la rotación, imperceptible a escala humana.

El nuevo estudio detectó que la velocidad con la que la Luna estaba frenándose experimentaba valores anómalos. Mediante la propagación de ondas sísmicas de terremotos se observó que podía deberse a la rotación diferencial del núcleo.

NO ES LA PRIMERA VEZ

Este ligero cambio en la rotación del núcleo no es la primera vez que ocurre; los datos muestran otro suceso similar en 1970.

Esto sugiere que el fenómeno se repite con una periodicidad de unas 2-3 y hasta 7 décadas (depende de los autores) y parece que esta misma frecuencia aparece en otros observables geofísicos, como el campo geomagnético, la duración del día -una milésima de segundo más largo o más corto dependiendo de la rotación- o el clima, lo cual apunta que puedan estar relacionados.

Pero es solo una hipótesis, advierte Mattesini; no hay aún ninguna evidencia científica.

Sí está claro que el tiempo real que tarda la Tierra en completar una vuelta varía ligeramente -lo que es importante para ajustar los sistemas de navegación- y los días ahora vuelven a ser más largos. Para descubrir lo que hay detrás de esto y de la compleja dinámica terrestre hay que seguir investigando.

EFE

IG

Situado a más de 5 000 kilómetros por debajo de nosotros, el núcleo interno de metal sólido de la Tierra no se descubrió hasta 1936. Casi un siglo después, seguimos luchando por responder a preguntas básicas sobre cuándo y cómo se formó.

No son rompecabezas fáciles de resolver. No podemos tomar muestras directas del núcleo interno, por lo que la clave para desentrañar sus misterios reside en la colaboración entre sismólogos, que toman muestras indirectas con ondas sísmicas, geodinamistas, que crean modelos de su dinámica, y físicos de minerales, que estudian el comportamiento de las aleaciones de hierro a altas presiones y temperaturas.

Combinando estas disciplinas, los científicos han aportado una importante pista sobre lo que ocurre a kilómetros bajo nuestros pies. En un estudio de 2021, revelan cómo el núcleo interno de la Tierra está creciendo más rápido en un lado que en el otro, lo que podría ayudar a explicar la edad del núcleo interno y la intrigante historia del campo magnético de la Tierra.

La Tierra primitiva

El núcleo de la Tierra se formó muy pronto en los 4 500 millones de años de historia de nuestro planeta, en los primeros 200 millones de años. La gravedad arrastró el hierro más pesado hacia el centro del joven planeta, dejando los minerales rocosos y de silicato para formar el manto y la corteza.

La formación de la Tierra capturó mucho calor dentro del planeta. La pérdida de este calor y el calentamiento por la desintegración radiactiva en curso han dirigido desde entonces la evolución de nuestro planeta. La pérdida de calor en el interior impulsa el flujo vigoroso en el núcleo exterior de hierro líquido, que crea el campo magnético de la Tierra. Mientras tanto, el enfriamiento en el interior profundo ayuda a impulsar la tectónica de placas, que da forma a la superficie de nuestro planeta.

A medida que la Tierra se fue enfriando, la temperatura en el centro del planeta acabó cayendo por debajo del punto de fusión del hierro a presiones extremas, y el núcleo interno empezó a cristalizarse. En la actualidad, el núcleo interno sigue creciendo a un ritmo de aproximadamente 1 mm de radio cada año, lo que equivale a la solidificación de 8 000 toneladas de hierro fundido cada segundo. En miles de millones de años, este enfriamiento acabará por hacer que todo el núcleo se vuelva sólido, dejando a la Tierra sin su campo magnético protector.

Problema del núcleo

Se podría suponer que esta solidificación crea una esfera sólida homogénea, pero no es así. En la década de 1990, los científicos se dieron cuenta de que la velocidad de las ondas sísmicas que viajaban a través del núcleo interno variaba inesperadamente. Esto sugería que algo asimétrico estaba ocurriendo en el núcleo interno.

En concreto, las mitades oriental y occidental del núcleo interno mostraban variaciones diferentes en la velocidad de las ondas sísmicas. La parte oriental se encuentra bajo Asia, el océano Índico y el océano Pacífico occidental, y la occidental se encuentra bajo América, el océano Atlántico y el Pacífico oriental.

El nuevo estudio ha investigado este misterio, utilizando nuevas observaciones sísmicas combinadas con modelos geodinámicos y estimaciones de cómo se comportan las aleaciones de hierro a alta presión. Descubrieron que el núcleo interno oriental situado bajo el mar de Banda, en Indonesia, está creciendo más rápidamente que el occidental, situado bajo Brasil.

Este crecimiento desigual es como si se tratara de hacer un helado en un congelador que solo funciona en un lado: los cristales de hielo se forman únicamente en el lado del helado donde el enfriamiento es efectivo. En la Tierra, el crecimiento desigual se debe a que el resto del planeta absorbe el calor más rápidamente en algunas partes del núcleo interno que en otras.

Pero, a diferencia del helado, el núcleo interno sólido está sometido a fuerzas gravitatorias que distribuyen el nuevo crecimiento de manera uniforme a través de un proceso de flujo interior sigiloso, que mantiene la forma esférica del núcleo interno. Esto significa que la Tierra no corre peligro de volcarse, aunque este crecimiento desigual queda registrado en las velocidades de las ondas sísmicas en el núcleo interno del planeta.

Estimando la edad del núcleo

Entonces, ¿nos ayuda este enfoque a comprender la antigüedad del núcleo interno? Cuando los investigadores cotejaron sus observaciones sísmicas con sus modelos de flujo, descubrieron que es probable que el núcleo interno –en el centro de todo el núcleo, que se formó mucho antes– tenga entre 500 y 1 500 millones de años.

El estudio señala que el extremo más joven de este rango de edad es el que mejor encaja, aunque el extremo más antiguo coincide con una estimación realizada mediante la medición de los cambios en la intensidad del campo magnético de la Tierra. Sea cual sea la cifra correcta, está claro que el núcleo interno es relativamente joven, entre una novena y una tercera parte de la edad del planeta.

Este reciente trabajo presenta un nuevo y potente modelo del núcleo interno. Sin embargo, una serie de supuestos físicos de los autores tendrían que ser ciertos para que fuera correcto. Por ejemplo, el modelo solo funciona si el núcleo interno está formado por una fase cristalina específica de hierro, sobre la que existe cierta incertidumbre.

¿Y ese núcleo interno desigual hace que la Tierra sea insólita? Resulta que muchos cuerpos planetarios tienen dos mitades que son de alguna manera diferentes entre sí. En Marte, la superficie de la mitad norte es más baja, mientras que la mitad sur es más montañosa. La corteza de la Luna del lado cercano es químicamente diferente a la del lado lejano. En Mercurio y Júpiter no es la superficie la que es desigual, sino el campo magnético, que no forma una imagen especular entre el norte y el sur.

Así pues, aunque las causas de todas estas asimetrías varían, la Tierra parece estar en buena compañía como planeta ligeramente asimétrico en un sistema solar de cuerpos celestes asimétricos.

** Este artículo fue publicado en 2021 originalmente en The Conversation por Jessica Irving y Sanne Cottaar, Profesora Titular en Geología en la Universidad de Bristol y Profesora en Sismología Global en la Universidad de Cambridge; se puede leer completo aquí.

“No, el núcleo no se está parando ni mucho menos”, responde paciente –y encantado de que se hable de su campo de expertise por una vez– Maurizio Mattesini, catedrático de Física de la Tierra de la Universidad Complutense de Madrid. El también investigador del Instituto de Geociencia (IGEO) UCM-CSIC ha recibido más atención mediática en dos días que en toda su vida. Pero explica que no es una cuestión puramente española: “Tengo un colega en Australia con el que publico a menudo que, como van ocho horas antes, me avisó el lunes de la que se venía”, dice divertido. “Me escribió y me dijo: 'Good luck'. No entendía a qué se refería”. Dos días de llamadas de medios después, lo ha aprendido a las bravas.

El pasado lunes, un estudio científico que afirma que el núcleo se ha parado e incluso empezado a girar hacia el lado contrario al que debería acaparó la conversación pública. Pero el estudio era más para físicos, explica Mattesini, que para el ciudadano medio. Hablaba de velocidades relativas, dice el científico, y básicamente actualiza una información que se conoce hace décadas: que el núcleo no siempre gira a la misma velocidad que el manto y la corteza.

El físico cuenta que si hubiera que preocuparse por algo respecto al núcleo es por su solidificación, que avanza lenta pero constante y que, llegado el momento en el que se complete, acabará con el campo magnético en la Tierra y por extensión con la vida. Pero no hay que alarmarse: quedan unos 4.500 millones de años para que eso suceda (eventualmente).

¿Qué está pasando con el núcleo? Sabemos, tras la polémica de estos días, que ni se está parando ni está girando en el otro sentido.

No se está parando ni mucho menos. Lo que ha generado tanto interés es que el último artículo publicado –que lo único que hace es actualizar información que ya teníamos desde los 60– difunde los resultados con un poco de morbo quizá para el gran público, que no está acostumbrado. Pensemos en el núcleo interno como una esfera sólida que rota, a la que le ponemos encima como una matrioska el manto y la corteza terrestres. Si todo eso gira a la misma velocidad y yo estoy en la superficie de la tierra y miro hacia abajo, al núcleo, lo veo parado. Pero si yo miro desde el espacio, veo la Tierra girar y el núcleo también.

¿Qué es entonces lo que ha hecho este estudio que se ha hecho famoso?

Han presentado resultados diciendo que el sistema de referencia es el manto o la superficie, de manera que si el núcleo se frena un poco lo ves parado. Un ejemplo para entenderlo: si vas en el coche a 120 kilómetros por hora y te adelanta alguien a 121 ves que te está adelantado. Pero si ese coche frena un poco y se acopla a los 120 que llevas tú, lo ves quieto en paralelo a ti: es un concepto de velocidad relativa. Por eso cuando dicen que el núcleo se ha parado y ha empezado a girar en otro sentido es porque la referencia es desde encima del manto.

Pero los desfases, acoplamientos, etc. entre el núcleo y el manto desde 1960 hasta hoy, todos sumados, dan una diferencia de un milisegundo al día. Por eso el mensaje sacado de contexto es que el núcleo se ha parado y ha empezado a girar hacia el otro lado.

Primero se publicó que había décadas en las que el núcleo interno iba a veces un poco adelantado respecto al manto y la corteza. Luego se supo que había décadas en las que en vez de adelantarse se atrasaba y hoy sabemos que también se acopla perfectamente

¿Y la parte de su influencia sobre mareas o la temperatura?

Esa es otra parte picante. Los autores hacen otra suposición: dicen que si se ha detectado una oscilación de la velocidad del núcleo que va por décadas, esta periodicidad puede tener una relación con otros fenómenos que pueden suceder en la misma periodicidad –por ejemplo, el nivel de las mareas, la temperatura media, que también fluctúan– y hacen la suposición de que podría estar enlazado. Pero no hay evidencia científica, es algo que hay que investigar. Yo te podría decir que cambio el coche cada diez años, pero eso no quiere decir que esté alineado con el núcleo. Son suposiciones que dan lugar al morbo con el campo climático porque dependa del núcleo, etc. pero es sacarlo de contexto. Ellos solo dicen que podría ser, que se investigue.

¿Cómo se sabe a qué velocidad gira el núcleo?

Pongamos contexto: los expertos que trabajamos sobre el núcleo desde los años 60 disponemos de datos sísmicos. Cuando ocurre un terremoto se generan ondas sísmicas, que pueden ir hacia dentro y cruzar el núcleo. Entonces se curvan y vuelven a emerger a la superficie. Nosotros registramos esa información sísmica en los sismógrafos, de manera que tenemos una información que lleva dentro un trocito de información de la trama de por dónde la onda ha atravesado el núcleo. Si esto lo hacemos en distintas direcciones aprovechando que hay terremotos y estaciones en todas las partes del planeta tenemos una forma de pinchar el núcleo en distintas direcciones. Lo podemos muestrear y tener la información del núcleo. A partir de los 60 se registra esta información y hay técnicas que permiten, comparando terremotos ocurridos en sitios parecidos –tienen la misma fuente, se dice– y medidos con la misma estación, comparando la velocidad de propagación de las ondas de terremotos ocurridos con décadas de diferencia tenemos la información para, con modelos físicos, ver si hay una diferencia de velocidad del núcleo interno sólido respecto a lo demás, el manto y la corteza.

Usted ha dicho que la diferencia de velocidades es un fenómeno ya conocido...

En 1996 se publicó, y fue uno de los autores que ha publicado ahora el artículo que ha provocado este follón, que había décadas en las que el núcleo interno iba a veces un poco adelantado respecto al manto y la corteza. ¿Cuánto de adelantado? Si un giro completo de la Tierra son 360 grados se habla de décimas de grados de diferencia. Años después, otros científicos vieron que había décadas en las que en vez de adelantarse se atrasaba. Se habla entonces de superrotación o subrotación. Hoy sabemos que también se acopla perfectamente. La curva es un sube y baja. Va por décadas. Hay autores que dicen que la periodicidad va de 20 a 30 años, otros que cada 70... Otros –no muchos– opinan que la técnica no es tan fina como para saber si hay varianza de rotación.

¿Está demostrado de manera fehaciente que estos desfases y desacoples son cíclicos? ¿Tenemos suficiente muestra desde los 60, considerando la escala temporal de la Tierra?

Cíclico puede serlo, pero no podemos saberlo porque efectivamente solo tenemos registros desde los 60. Se ven los sube y baja por décadas, pero sigue siendo opinable y hay desacuerdo con qué periodo es. Los hay que dicen que sucede cada 20 o 30 años y otros que cada 70. Hay otro grupo minoritario, muy pequeño, dice que esta técnica es insuficiente para saberlo. Son pocos, quizá uno o dos artículos, pero ahí están.

Pero entonces, ¿hay algún indicio que indique que el núcleo puede pararse, aunque no sea a corto plazo?

Todo el sistema Tierra con los años se va ralentizando. El fenómeno principal es la Luna, que cada año se aleja 3-4 centímetros de la Tierra. Esto provoca que la Tierra se ralentice y se alargue el día. Hay gente que ha estudiado el crecimiento de los fósiles hace 200 millones de años y se ha visto que el día duraba 23 horas (la tierra giraba más rápido). Es una evidencia que, conforme pasa el tiempo, la Tierra se ralentiza. Dentro de este fenómeno se detectaban anomalías, como el desacople entre núcleo y manto, y lo de la Luna es más general.

Que el núcleo interno sólido gire dentro de un colchón de hierro líquido externo genera el campo magnético. Si el núcleo se acaba solidificando entero no hay rotación, no hay dinamo, y se acaba el campo magnético

Volviendo a la pregunta, más que pararse, personalmente te puedo decir que es más preocupante cuánto tiempo necesita el núcleo para solidificarse del todo. El núcleo es una esfera sólida metida en digamos un colchón de hierro líquido. Cada año ese núcleo sólido crece, el hierro se va solidificando un milímetro, más o menos. Que el núcleo interno sólido gire dentro de un colchón de hierro líquido externo genera el campo magnético. Si el núcleo se acaba solidificando entero no hay rotación, no hay dinamo, y se acaba el campo magnético. Más que pensar en dejar de girar hay que pensar cuánto le queda para solidificarse del todo. Es lo que ha pasado en Marte, por ejemplo. Más que preocuparme de si gira o no, me preocuparía de cuándo le queda para eso [se ríe].

¿Y eso qué implica?

Hemos hecho unas cuentas sencillas y estamos a mitad de camino. Si la Tierra tiene unos 4.500 millones de años le quedaría lo mismo, como mínimo. No hay preocuparse, pero es algo que está ahí. No son tiempos de una escala humana.

¿Pero hace falta que se solidifique del todo o puede pasar algo a partir de cierto momento de solidificación?

Esto no es mi tema exactamente, pero lo que se sabe es que el campo magnético sube, se debilita, baja. Lo interesante es si esos cambios que registramos están relacionados con esas fluctuaciones de cambio de velocidad relativa respecto al manto.

Y esto no lo sabemos aún.

Son suposiciones. Es interesante ver si esta periodicidad que se acaba de corroborar tiene una relación, comparada con otros fenómenos, como por ejemplo la oscilación del campo magnético. Pero no hay nada cierto en esto, son cosas a investigar, pero estamos lejos.

Además de las mencionadas, ¿cuál diría que es la mayor incógnita actual respecto al núcleo?

Yo trabajo concretamente en la estructura y composición del núcleo. Se dice que es de hierro y que son 1.200 kilómetros de radio, pero nadie dice qué tipo de hierro es. Un debate entre los que lo estudiamos es cuál es el polimorfo más estable o dominante del hierro que forma el núcleo. Para que se entienda la importancia: el grafito es carbono, pero el diamante también. Y no tienen nada que ver. Entonces hay un debate muy extendido sobre si el polimorfo dominante es una estructura hexagonal de hierro o cúbica.

¿Por qué es importante?

Porque permitiría explicar con más detalle de qué está hecho el núcleo y sus propiedades. Una de estas propiedades, una muy peculiar del núcleo, es que es muy anisótropo. ¿Recuerdas las ondas sísmicas que hablábamos al principio? Si pinchas el núcleo en dirección ecuatorial y calculas el tiempo de recorrido de esas ondas y lo comparas con el tiempo de recorrido en una dirección casi paralela al polo, esa dirección vertical las ondas corren un 3% más rápido. Esto solo se puede explicar si tenemos una información más detallada de la composición.

Últimamente se habla de que hay un núcleo dentro del núcleo. El inner inner core. La esfera sólida de 1.200 kilómetros de radio tendría otra pequeña esfera, de 300-500 kilómetros, dentro

Otra característica peculiar es que parece que está dividido en dos zonas, se habla de la dicotomía del núcleo, una zona en la que ondas van más rápidas, otra más despacio. Hay quien atribuye todo esto a la formación de la luna. Hay una teoría que dice que durante el estado primordial de la Tierra cayó un asteroide, que se mezcló y estabilizó por expulsión la luna, que se quedó atrapada por la gravitación de la Tierra. Todo ese proceso de choque, mezcla y expulsión de la luna se quedó grabado en el centro de la tierra, generando un núcleo interno sólido con este recuerdo del choque. Con una simetría polar ecuatorial, dicotomía este-oeste... Estas propiedades son muy peculiares del núcleo y solo se pueden saber si se conoce la composición exacta. Que es hierro, pero es muy distinto uno del otro igual que es diferente que yo te regale un lápiz o un diamante.

¿Cómo se investiga de qué está compuesto el núcleo?

Hacemos investigación multidisciplinar. Tenemos datos sísmicos, que nos dan esta información valiosa que podemos trabajar de algo que baja hasta ahí y sube, y los acoplamos con cálculos de mecánica cuántica. Se asumen modelos de hierro, se hacen cálculos, se estima el comportamiento de las ondas en esos modelos y se cruza con lo que arroja la sismología. Juntando la información de las dos se puede averiguar si es más de una composición u otra.

¿Estamos cerca de averiguarlo?

Yo estoy en la virgen que le reza a la estructura cúbica, que le está tomando el liderazgo a la hexagonal cada año. Antes era al revés, pero ahora cada vez hay más propiedades que no se pueden explicar sin una estructura dominante de hierro cúbico. Una de ellas es la anisotropía que decíamos.

¿Y qué es lo último que hemos averiguado, además de la actualización de los datos de la velocidad de rotación?

Últimamente se habla de que hay un núcleo dentro del núcleo. El inner inner core. La esfera sólida de 1.200 kilómetros de radio tendría otra pequeña esfera, de 300-500 kilómetros, dentro. Lo que se está sospechando es que esta esfera dentro del núcleo interno sea una parte antigua, más sólida, y la exterior aún sigue teniendo efecto de convección de material. Es decir, el material se mueve un poco más, está menos fría. Pero cada vez más gente acepta que haya un núcleo más pequeño dentro del núcleo interno.