¿Un Cubo de Rubik en el centro de la Tierra?

Ciencia Kanija
11/02/08

Científicos suecos han presentados pruebas que apoyan su nueva teoría sobre la estructura del núcleo de la Tierra. Los hallazgos pueden ser significativos para la comprensión del enfriamiento de la Tierra, y la estabilidad de su campo magnético.

Se sabe desde hace mucho tiempo que el núcleo interno de la Tierra, una esfera que consta de una masa sólida de un radio de aproximadamente 1200 kilómetros, está principalmente hecho de hierro. Sin embargo, las observaciones sísmicas han demostrado que las ondas elásticas pasan más rápidamente a través de este núcleo en direcciones que son paralelas al eje de rotación de la Tierra que en las que son paralelas al ecuador – un fenómeno que no tenía explicación. A las altas temperaturas que hay en el núcleo de la Tierra, estas ondas deberían pasar a la misma velocidad independientemente de su dirección.

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En el presente estudio, científicos de la Universidad de Uppsala y KTH presentaron una explicación de esta misteriosa característica. La nueva publicación de Science es parte de una serie de artículos publicados por el mismo equipo de investigación en Nature y Science.

Inicialmente, en 2003, publicaron una convincente prueba teórica de que el núcleo de la Tierra adopta la estructura cristalina conocida como cúbica centrada en el cuerpo a altas temperaturas que a pesar de su grado de simetría evidencia un sorprendente alto nivel de anisotropía elástica, es decir, sus propiedades elásticas son contingentes con la dirección. Esta teoría sobre la estructura cristalina contradijo directamente la entonces predominante idea, pero desde entonces la teoría ha encontrado apoyo tanto teórico como experimental.

En este nuevo estudio los investigadores presentan simulaciones de cómo las ondas sísmicas se reproducen en el hierro bajo las condiciones que dominan en el núcleo de la Tierra, demostrando una diferencia de aproximadamente el 12 por ciento dependiendo de su dirección – los cual es suficiente para las misteriosas observaciones. Primero las trayectorias de movimiento fueron calculadas para varios millones de átomos con fuertes interacciones entre ellos. Sobre esta base, los científicos fueron capaces de detectar que el progreso de las ondas de sonido era descrito con precisión en el modelo generado por ordenador para el hierro bajo las condicionen dominantes en el núcleo de la Tierra.

“Encontramos que la estructura cúbica centrada en el cuerpo del hierro es la única estructura que podría corresponderse con las observaciones experimentales”, dice Börje Johansson, profesor de teoría de materia condensada en la Universidad de Uppsala.

El equilibrio de calor de la Tierra, como su campo magnético, es dependiente de la cantidad de calor que hay almacenado en el núcleo interior de la Tierra. Estas condiciones, por su parte, son dependientes de la estructura cristalina del hierro en el núcleo interno. Estas estimaciones estaban basadas anteriormente en modelos que derivan de la estructura hexagonal del hierro del núcleo interno. El descubrimiento de los científicos suecos llevará ahora a una reevaluación crítica del enfriamiento de la Tierra y la estabilidad de su campo magnético.

“Este estudio abre nuevas perspectivas para nuestra comprensión del pasado, presente y futuro de la Tierra”, dice Natalia Skorodumova, investigadora en el Departamento de Física y Ciencias de los Materiales.

En sus estudios estos investigadores han usado modelos basados en la conocida como teoría funcional de densidad por la que Walter Kohn fue galardonado con el Premio Nobel de 1999. Los cálculos se llevaron a cabo usando los superordenadores en paralelo más potentes que existen, en Estocolmo y Linköping.

La estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo forma un cubo con átomos en cada esquina y un átomo más en el centro del cubo. Está orientada de tal forma que su diagonal mayor está dirigida a lo largo del eje de rotación de la Tierra, lo cual hace posible que el hierro manifieste propagación del sonido en las velocidades observadas.