En muchos aspectos, el interior terrestre sigue siendo tan misterioso como Júpiter o Marte.
Las profundidades de la Tierra son complejas y están compuestas de múltiples capas.
Hoy, una nueva investigación publicada en la revista especializada Nature Geosciences da nuevas pistas sobre cómo la Tierra podría haber tomado forma y construido su núcleo.
Un grupo de científicos, dirigido por la profesora de Stanford Wendy Mao, han demostrado cómo el hierro fundido se cuela entre las rocas a más de 1.000 km por debajo de la superficie para formar un núcleo metálico.
Usando sofisticadas imágenes de rayos X, los investigadores observaron el metal sometido a intensas presiones, apretujándose entre las puntas de pares de diamantes.
Los resultados del estudio sugieren que el núcleo de la Tierra no se formó en una sola etapa, sino que se fue desarrollando fruto de una complicada secuencia a través del tiempo.
Manto de cerámica
Las rocas que forman los cimientos de nuestras ciudades o las piedras sobre las cuales construimos nuestras vidas proveen a la sociedad de las materias primas para su subsistencia: metales, combustible, agua y nutrientes.
Sin embargo, estas rocas no son más que una parte de la delgada capa geológica externa del planeta.
Si siguiéramos a Julio Verne en su viaje al centro de la Tierra, en la primera mitad del camino –unos 3.000 kilómetros- veríamos una composición química dominada por sólo tres elementos.
Oxígeno, silicio y magnesio -además de algo de hierro- representan más del 90% del manto "de cerámica" de la Tierra.
Eléctrica y térmicamente aislante, el manto es como una frazada de lana de roca que rodea al núcleo. Los minerales del manto son la parte pedregosa del planeta. Pero a medida que profundizamos en este viaje, las cosas cambian repentina y drásticamente.
Con más de la mitad de la aventura por delante, se cruza una frontera del manto de piedra en el núcleo metálico. Este es inicialmente líquido en sus tramos superiores y luego sólido en el camino directo hacia el centro de la Tierra.
La química también cambia: el hierro separado forma casi todo el núcleo en la densa esfera interna de la Tierra.
El límite entre el núcleo metálico y el manto rocoso es un lugar de extremos. Físicamente, el núcleo externo metálico líquido de la Tierra es tan diferente al manto rocoso que lo recubre como lo sería el océano al fondo marino, tomando un ejemplo más cercano a nuestra superficie terrestre.
Se podría (casi) imaginar un mundo invertido de tormentas y corrientes de flujo de metal al rojo vivo en el núcleo externo fundido, latiendo a través de canales y suelos "océanicos" invertidos en la base del manto.
El fluir del metal en la parte exterior del núcleo le da a la Tierra su campo magnético, nos protege de los bombardeos de tormentas solares, y permite que la vida florezca.
Como el núcleo de la Tierra se produjo ha desconcertado a los científicos terrícolas durante muchos años.
Los experimentos con mezclas de minerales de hierro y silicato, cocinados en laboratorios, muestran que el hierro se encuentra en pequeñas masas aisladas dentro de la roca, quedando atrapado y fijo en las uniones entre los granos minerales.
Gotas de hierro
Esta observación ha llevado a la idea de que el hierro es separado sólo en una etapa muy temprana del planeta, cuando la parte superior del manto rocoso era muy caliente y estaba fundida.
Se cree que las gotitas de hierro cayeron a través de un océano de magma al rojo vivo y se ubicaron en su base, descansando sobre la parte sólida más profunda del manto.
A continuación, se hundieron impulsados por la gravedad a través del manto sólido para finalmente formar un núcleo.
Sin embargo, el trabajo de Crystal Shi y Wendy Mao presenta un panorama diferente.
"Sabemos que la Tierra hoy en día tiene un núcleo y un manto que se diferencian. Con una mejor tecnología, podemos ver diferentes mecanismos de cómo esto se produjo", dijo Mao.
Usando intensos rayos X para sondear las muestras mantenidas a extrema presión y temperatura, apretadas entre las puntas de cristales de diamante, los investigadores hallaron que cuando la presión aumenta marcadamente en el manto, el hierro líquido comienza a mojar las superficies de los granos minerales de silicato.
Esto significa que los hilos de hierro pueden unirse y comenzar a fluir en arroyos a través del manto sólido, en un proceso que se conoce como percolación.
También significa que el hierro puede empezar a segregarse si las rocas son lo suficientemente profundas, incluso si el manto no es un "océano" de magma.
"Con el fin de que la percolación sea eficiente, el hierro fundido tiene que ser capaz de formar canales continuos a través del sólido", explicó Mao.
Los filamentos de hierro se unen en una red que fluye hacia el núcleo de la Tierra.
"Los científicos habían dicho que esta teoría no era posible, pero ahora nosotros estamos diciendo que, bajo ciertas condiciones que sabemos que existen en el planeta, esto sí pudo pasar. Entonces, volvemos a otra posible explicación de cómo se podría haber formado el núcleo".
"Estos nuevos datos sugieren que no podemos asumir que la formación del núcleo fue un acto simple, de una sola etapa. La formación del núcleo fue un proceso complejo, con muchas etapas, que debe haber tenido una influencia igualmente compleja en la posterior la química de la Tierra", le comenta, Geoffrey Bromile, de la Universidad de Edimburgo , quien no participó en el estudio, a la BBC.
"Su modelo de percolación profunda implica que la formación temprana del núcleo sólo puede iniciarse en grandes planetas. Como resultado, la química de la Tierra puede haber sido reajustada por la formación del núcleo, de forma marcadamente diferente a la de planetas y asteroides más pequeños".
Los resultados estuvieron supeditados a los últimos avances en imágenes 3D de muestras minúsculas utilizando potentes aceleradores de electrones de sincrotrón que generan intensos haces de rayos X.
Al igual que en las imágenes médicas, este tipo de experimentos revelan las propiedades a nanoescala de minerales y fundidos.
Sin embargo, también hacen posible una nueva comprensión de cómo los grandes objetos, como los planetas, se forman y evolucionan.
Bromiley y sus colegas están investigando la influencia de otros factores en su formación, tales como la deformación que los asteroides y otros cuerpos podrían haber experimentado en sus caminos caóticos a través del Sistema Solar.
"El reto ahora es encontrar una manera de modelar los numerosos procesos de formación del núcleo para entender su cadencia e influencia posterior en la química no sólo de la tierra, sino también de los otros cuerpos rocosos del Sistema Solar interior".