Por qué el nuevo núcleo interno de la Tierra rebota como una pelota de ping pong

Los libros de geología nos han enseñado que la Tierra tiene cuatro capas principales: la corteza, el manto, el núcleo externo y el interno. Pero esto ha cambiado, según un nuevo estudio científico que postula que existe una bola de hierro densa en el corazón de nuestro planeta, dentro de su núcleo interno, la cual sería una quita capa.

Durante las últimas décadas, ha ido aumentando la evidencia que sugiere que el núcleo interno sólido del planeta está formado por distintas capas pero sus propiedades siguen siendo un misterio. Y ahora, nuevos datos obtenidos de las ondas sísmicas provocadas por más de 200 grandes terremotos han arrojado una nueva luz sobre la estructura más profunda de la Tierra.

Al medir las diferentes velocidades a las que estas ondas penetran y atraviesan el núcleo interno de la Tierra, investigadores de la Universidad Nacional de Australia (ANU, por sus siglas en inglés) creen haber documentado pruebas de la existencia de una capa distinta dentro de la Tierra conocida como el núcleo interno más profundo: se trata una “bola metálica sólida” de 650 km de radio, que se encuentra en el centro del núcleo interno.

Según un artículo publicado en Nature Communications, los geólogos de la Escuela de Investigación de Ciencias de la Tierra de la ANU habrían logrado obtener evidencias para respaldar lo que afirmaron hace más de un año: que existe un ‘núcleo dentro del núcleo interno’ (‘Innermost inner core’) en el centro de la Tierra, cuya presencia ha podido establecerse por ondas sísmicas.

La sismología es, hoy por hoy, la principal ciencia para indagar sobre la estructura de nuestro planeta más allá de los 12 kilómetros de profundidad que la humanidad ha logrado perforar. “La existencia de una bola metálica interna dentro del núcleo interno, el núcleo más interno, se planteó como hipótesis hace unos 20 años. Ahora aportamos otra línea de pruebas para demostrar la hipótesis”, declaró el doctor Thanh-Son Pham, de la Escuela de Investigación de Ciencias de la Tierra de la ANU.

Los investigadores analizaron las ondas sísmicas que viajan directamente a través del centro de la Tierra y las “lanzan” en el lado opuesto del globo al lugar donde se desencadenó el terremoto, también conocido como antípoda. A continuación, las ondas regresan al origen del seísmo. Los científicos de la ANU describen este proceso como similar al rebote de una pelota de ping pong.

“Al desarrollar una técnica para aumentar las señales registradas por redes de sismógrafos densamente pobladas, hemos observado, por primera vez, ondas sísmicas que rebotan de un lado a otro hasta cinco veces a lo largo del diámetro de la Tierra. Los estudios anteriores sólo habían documentado un único rebote antipodal”, afirmó Pham.

“La ´observación´ y los ´datos´ registrados por los científicos de la ANU son bastante precisos, ya que no se trata de un único evento sísmico casual y único para proponer las interpretaciones. El trabajo cuenta con muchos registros de varios terremotos de gran magnitud, levantados por muchas estaciones distribuidas en distintas partes del mundo. Si bien este estudio se basó particularmente en un sismo con epicentro en Alaska, que evidencia el registro más claro de desviaciones de los rayos de las ondas, hay otros registros que habrían permitido apoyar su hipótesis”, explicó a Infobae el doctor en Geología, Federico Dávila, investigador del Conicet.

Según el experto geólogo y profesor de la Universidad Nacional de Córdoba (UNC), este estudio indicaría que la existencia de este nuevo núcleo interno podría tratarse de un rasgo “heredado” de la etapa de formación del planeta, en algún momento de la evolución de la Tierra pudo producirse un gran acontecimiento global que provocó un cambio “significativo” en la estructura cristalina o la textura del núcleo interno de la Tierra.

—¿Qué significa que la Tierra tiene un segundo núcleo interno. Cuántas capas tiene la Tierra?

—Sobre la base de estudios del tipo de ondas que se propagan y velocidades sísmicas generadas por terremotos de gran magnitud la Tierra ha sido dividida por muchos años en capas, la corteza, manto, núcleo externo y núcleo interno. A su vez, la zona entre la corteza y manto podría también separarse en litosfera y astenosfera. La litosfera es la responsable de las placas tectónicas y la astenosfera el manto líquido que mueve estas placas. El núcleo corresponde a la parte más densa, formada por hierro y níquel, una externa líquida y otra más interna sólida. Esto se sabe ya que las ondas S (las secundarias) no viajan por medios líquidos o bien, cuando viajan por medios más líquidos se desaceleran. Este estudio liderado por investigadores de la Australian National University permitiría definir otra capa (o discontinuidad marcada) dentro del núcleo interno. Este límite, ya propuesto hace unos 20 años atrás por uno de los autores, permitiría definir una posible nueva capa dentro del núcleo que sería más densa.

—¿Cómo llegaron a esta conclusión?

—En realidad, lo que los geofísicos miden indirectamente son cambios en las propiedades que viajan las ondas que generan los terremotos, en este caso, aquellos muy grandes que pueden atravesar el núcleo, rebotar en la superficie y volver a la zona cercana donde se generó. Esta nueva capa podría deberse a la disposición de los átomos de hierro que componen el núcleo o a la alineación preferente de cristales en crecimiento.

Recordemos que a estas profundidades hay altísimas temperaturas y presiones que pueden favorecer la reorganización de los materiales internos para que los mismos se acomoden según estas condiciones. Es como si apretamos una bolsa con botellas vacías, desorganizadas, en un momento por nuestra presión se alinearán según la fuerza que aplicamos a los lados de la bolsa. En los planetas, estas alineaciones y crecimiento de nuevos minerales, puede generar que se produzca una “discontinuidad” que el viaje de las ondas sísmicas detecta en su viaje. De hecho, la Tierra tiene otras discontinuidades (a los 440 y 660 km por ejemplo, dentro del manto de la tierra) además de las capas que se conocen comúnmente. Este nuevo hallazgo podría tratarse de una discontinuidad más, pero en este caso, dentro del núcleo interno. No obstante, este estudio sugiere que estos cambios no se produjeron por cambios en la profundidad, propia de la estructura actual del planeta, sino se relacionaría con la evolución de la Tierra, con un gran acontecimiento global que provocó modificaciones cuando se formaba el núcleo interno de la Tierra.

—¿Este estudio australiano, que tan certero puede ser, dado que nunca nadie podrá probar su existencia?

—Con respecto a cuán certera es una observación y medición en un estudio científico, sea geofísico o químico molecular, es importante recordar que los trabajos (papers) deben presentar un análisis de errores. Además, la base de datos usada para las conclusiones propuestas, la información debe estar a disposición de otros investigadores, y los mismos puedan replicar los estudios. Es decir, el dato es certero. De lo contrario, generalmente no se publica. No obstante, las “interpretaciones” de dichas observaciones no necesariamente son certeras. Son interpretaciones, y podrían cambiar, sobre todo con el avance de la ciencia.

—¿Por qué cree que se postula esta teoría, cuando ya había registros de otros terremotos? ¿Es una teoría innovadora?

—Desde los primeros estudios sismológicos hace ya más de 100 años, las ondas mecánicas derivadas de terremotos son estudiadas con mucho detalle. Se describen las fases, sus mecanismos, se hacen tomografías (como las del cuerpo humano, pero basadas en velocidades de las distintas fases u otra propiedad de los sismos), etc. Para darnos una idea, después del terremoto de San Francisco de 1906, el doctor Reid elaboró la teoría del “rebote elástico”, que sigue siendo la base de los modernos estudios tectónicos y de la composición de la Tierra. Es decir, técnicamente es una metodología ya usada anteriormente. La metodología particularmente usada en este trabajo se basó en eventos que atravesaron completamente al planeta.

—¿Cómo se logró?

—Las ondas se refractan por las distintas capas hasta llegar a la superficie opuesta donde se generó el evento (como si cortáramos una naranja al medio con un cuchillo). Esto ocurre solo en terremotos muy grandes, mayores a magnitud 6. Este estudio utilizó aproximadamente 200 eventos de estas características. Los sismos de menor magnitud, no atraviesan transversalmente al planeta, se refractan hasta cierta profundidad y reflejan más superficialmente o pierden su energía. Sirven para otros estudios, por ejemplo definir discontinuidades dentro de la litosfera o astenosfera terrestre.

“La Tierra oscila como una campana después de un gran terremoto, y no solo durante horas, sino días”, precisó el coautor del estudio presentado en Nature, el doctor Hrvoje Tkalčić, geofísico de la ANU, que dijo que estudiar el interior profundo del núcleo interno de la Tierra puede decirnos más sobre el pasado y la evolución de nuestro planeta. “Este núcleo interno es como una cápsula del tiempo de la historia evolutiva de la Tierra: es un registro fosilizado que sirve de puerta de entrada a los acontecimientos del pasado de nuestro planeta. Acontecimientos que ocurrieron en la Tierra hace cientos de millones o miles de millones de años. Los hallazgos son emocionantes porque proporcionan una nueva forma de sondear el núcleo interno de la Tierra y su región más central”, agregó.

“Simplemente significa que los cristales de hierro, el hierro, que es dominante en el núcleo interno, probablemente estén organizados de una manera diferente que en la capa exterior del núcleo interno”, afirmó Tkalčić. Los investigadores analizaron los datos de unos 200 terremotos de magnitud 6 o superior de la última década. Uno de los terremotos estudiados por los científicos se originó en Alaska, donde las ondas sísmicas provocadas por este seísmo “rebotaron” en algún lugar del Atlántico sur, antes de viajar de vuelta a Alaska.

Los investigadores estudiaron la anisotropía de la aleación de hierro y níquel que compone el interior del núcleo interno de la Tierra. La anisotropía se utiliza para describir cómo las ondas sísmicas se aceleran o ralentizan a través del material del núcleo interno de la Tierra dependiendo de la dirección en la que viajan. Podría deberse a la diferente disposición de los átomos de hierro a altas temperaturas y presiones o a la alineación preferente de los cristales en crecimiento.

Y comprobaron que el rebote de las ondas sísmicas sondeaba repetidamente puntos cercanos al centro de la Tierra desde distintos ángulos. Analizando la variación de los tiempos de viaje de las ondas sísmicas en distintos terremotos, los científicos deducen que la estructura cristalizada de la región más interna del núcleo interno es probablemente distinta de la de la capa externa. Afirman que esto podría explicar por qué las ondas se aceleran o ralentizan en función de su ángulo de entrada al penetrar en el núcleo más interno.

Según el equipo de la ANU, los hallazgos sugieren que en algún momento de la evolución de la Tierra pudo producirse un gran acontecimiento global que provocó un cambio “significativo” en la estructura cristalina o la textura del núcleo interno de la Tierra. “Todavía hay muchas preguntas sin respuesta sobre el núcleo más interno de la Tierra, que podría contener los secretos para desentrañar el misterio de la formación de nuestro planeta”, afirmó el profesor Tkalcic.

La idea de una quinta capa o centro sólido terrestre fue postulada hace dos décadas por distintos científicos, algo que fue y todavía es difícil de probar. Pero en 2015 un grupo de geólogos de las universidades de Illinois, en Estados Unidos, y de Nanjing, en China, anunció el hallazgo de este ‘segundo núcleo’ terrestre gracias al uso de una nueva tecnología de interpretación y lectura de ondas sísmicas.

Más tarde, en 2021, otro equipo de investigadores, esta vez de la Universidad Nacional de Australia, confirmó la existencia de este ‘núcleo dentro del núcleo’ en un artículo publicado en el Journal of Geophysical Research. Joanne Stephenson, autora principal de aquel estudio, dijo entonces que si bien esta nueva capa es muy difícil de observar, sus distintas propiedades apuntan a un importante evento, previamente desconocido, en la historia de la Tierra. El nuevo estudio presentado en 2023 corrobora el anterior surgido en la misma casa de estudios.

El avance de las técnicas de seguimiento de rebotes de terremotos está proporcionando revelaciones asombrosas sobre el centro de la Tierra. En las últimas semanas se conoció el posible freno y cambio de dirección de la rotación del núcleo de la Tierra —un fenómeno que no impactará sobre nuestro día a día pese a las especulaciones—, seguido de la notificación de anomalías sísmicas en la frontera entre el manto terrestre sólido y el núcleo externo líquido.

Infografía: Marcelo Regalado

Seguir leyendo: