A unos 2.890 kilómetros bajo nuestros pies se encuentra una gigantesca bola de metal líquido: el núcleo de nuestro planeta. Los científicos como yo utilizamos las ondas sísmicas creadas por los terremotos como una especie de ultrasonido para “ver” la forma y la estructura del núcleo.
Utilizando una nueva forma de estudiar estas ondas, mi colega Xiaolong Ma y yo hemos hecho un descubrimiento sorprendente: hay una gran región con forma de rosquilla en el núcleo alrededor del Ecuador, de unos cientos de kilómetros de espesor, donde las ondas sísmicas viajan aproximadamente un 2% más lento que en el resto del núcleo.
Creemos que esta región contiene más elementos ligeros, como silicio y oxígeno, y puede desempeñar un papel crucial en las vastas corrientes de metal líquido que recorren el núcleo y que generan el campo magnético de la Tierra. Nuestros resultados son publicado hoy en Science Advances.
El ‘campo de ondas de correlación coda’
La mayoría de los estudios sobre las ondas sísmicas creadas por los terremotos se centran en los grandes frentes de onda iniciales que viajan alrededor del mundo aproximadamente una hora después del terremoto.
Nos dimos cuenta de que podíamos aprender algo nuevo si observábamos la parte más débil y tardía de estas ondas, conocida como la coda, la sección que pone fin a una pieza musical. En particular, observamos cuán similares eran las codas registradas en diferentes detectores sísmicos varias horas después de que comenzaran.
En términos matemáticos, esta similitud se mide mediante algo llamado correlación. En conjunto, a estas similitudes en las últimas partes de las ondas sísmicas las llamamos “campo de ondas de correlación de coda”.
Al observar el campo de ondas de correlación de coda, detectamos pequeñas señales provenientes de múltiples ondas reverberantes que de otra manera no veríamos. Al comprender los caminos que habían tomado estas ondas reverberantes y compararlas con las señales del campo de ondas de correlación de coda, calculamos cuánto tiempo habían tardado en viajar a través del planeta.
Luego comparamos lo que vimos en los detectores sísmicos más cercanos a los polos con los resultados de los detectores más cercanos al ecuador. En general, las ondas detectadas más cerca de los polos viajaban más rápido que las que se encontraban cerca del ecuador.
Probamos muchos modelos informáticos y simulaciones sobre qué condiciones en el núcleo podrían generar estos resultados. Al final, descubrimos que debe haber un toro (una región con forma de rosquilla) en el núcleo externo alrededor del ecuador, donde las ondas viajan más lentamente.
Los sismólogos no habían detectado esta región antes. Sin embargo, el uso del campo de ondas de correlación de coda nos permite “ver” el núcleo externo con más detalle y de manera más uniforme.
Estudios previos concluyó que las ondas se movían Más lentamente en todas partes alrededor del “techo” del núcleo externo. Sin embargo, en este estudio hemos demostrado que la región de baja velocidad solo se encuentra cerca del ecuador.
El núcleo externo y el geodinamo
El núcleo exterior de la Tierra tiene un radio de alrededor de 3.480 km, lo que lo hace ligeramente más grande que el planeta. MarteSe compone principalmente de hierro y níquel, con algunas trazas de elementos más ligeros como silicio, oxígeno, azufre, hidrógeno y carbono.
La parte inferior del núcleo externo está más caliente que la superior y la diferencia de temperatura hace que el metal líquido se mueva como el agua en una olla hirviendo en la estufa. Este proceso se llama convección térmica y creemos que el movimiento constante debería significar que todo el material en el núcleo externo está bastante bien mezclado y es uniforme.
Pero si todo el núcleo externo está lleno del mismo material, las ondas sísmicas deberían viajar aproximadamente a la misma velocidad en todas partes también. Entonces, ¿por qué estas ondas se ralentizan en la región con forma de rosquilla que encontramos?
Creemos que debe haber una mayor concentración de elementos ligeros en esta región. Estos pueden ser liberados desde el núcleo interno sólido de la Tierra hacia el núcleo externo, donde su flotabilidad crea más convección.
¿Por qué los elementos más ligeros se acumulan más en la región ecuatorial en forma de rosquilla? Los científicos creen que esto podría explicarse si se transfiere más calor desde el núcleo exterior al manto rocoso que se encuentra sobre él en esta región.
En el núcleo externo también se produce otro proceso a escala planetaria: la rotación de la Tierra y el pequeño núcleo sólido interno hacen que el líquido del núcleo externo se organice en largos vórtices verticales que corren en dirección norte-sur, como gigantescas trombas marinas.
El movimiento turbulento del metal líquido en estos vórtices crea el “geodínamo”, responsable de crear y mantener el campo magnético de la Tierra. Este campo magnético protege al planeta del viento solar y de la radiación nocivos, lo que hace posible la vida en la superficie.
Una visión más detallada de la composición del núcleo externo –incluido el recién descubierto anillo de elementos más ligeros– nos ayudará a entender mejor el campo magnético de la Tierra. En particular, la forma en que el campo cambia su intensidad y dirección a lo largo del tiempo es crucial para la vida en la Tierra y la posible habitabilidad de planetas y exoplanetas.
Hrvoje TkalčićProfesor, Jefe de Geofísica, Director de Warramunga Array, Universidad Nacional Australiana
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