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CIENCIA. ¿Cómo mantiene la Tierra su campo magnético?

Fuente: Carnegie Institution for Science

La vida tal como la conocemos no podría existir sin el campo magnético de la Tierra y su capacidad para desviar las partículas ionizantes peligrosas del viento solar y los rayos cósmicos más lejanos. Se genera continuamente por el movimiento del hierro líquido en el núcleo externo de la Tierra, un fenómeno llamado geodinamo.
A pesar de su importancia fundamental, muchas preguntas siguen sin respuesta sobre el origen del geodinamo y las fuentes de energía que lo han sostenido durante milenios.

En este artículo, mostramos que la conductividad térmica de Fe aleado con 15% de Si es aproximadamente la mitad del Fe puro en condiciones de núcleo externo. Esto sugiere que el geodinamo de la Tierra podría ser operado por convección térmica pura y que la edad del núcleo interno podría ser mayor de dos mil millones de años.
Un nuevo trabajo de un equipo internacional de investigadores, incluidos los científicos actuales y anteriores de Carnegie Alexander Goncharov, Nicholas Holtgrewe, Sergey Lobanov e Irina Chuvashova examina cómo la presencia de elementos más ligeros en el núcleo predominantemente de hierro podría afectar la génesis y la sostenibilidad del geodinamo. Sus hallazgos han sido publicados por Nature Communications .
Nuestro planeta se acreció del disco de polvo y gas que rodeaba a nuestro Sol en su juventud. Finalmente, el material más denso se hundió hacia adentro en el planeta en formación, creando las capas que existen hoy en día: núcleo, manto y corteza. Aunque el núcleo es predominantemente de hierro, los datos sísmicos indican que algunos elementos más ligeros, como el oxígeno, el silicio, el azufre, el carbono y el hidrógeno, se disolvieron en él durante el proceso de diferenciación.

El núcleo de la Tierra está compuesto de hierro (Fe) aleado con elementos ligeros, por ejemplo, silicio (Si). Su conductividad térmica afecta de manera crítica la estructura térmica, la evolución y la dinámica de la Tierra, ya que controla la magnitud de las fuentes térmicas y de composición necesarias para mantener un geodinamo a lo largo de la historia de la Tierra. 
Con el tiempo, el núcleo interno cristalizó y se ha enfriado continuamente desde entonces. Por sí solo, ¿podría el calor que fluye fuera del núcleo y dentro del manto conducir el geodinamo? ¿O esta convección térmica necesita un impulso adicional de la flotabilidad de los elementos ligeros, no solo del calor, que sale de un núcleo interno de condensación?. Comprender los detalles de la composición química del núcleo puede ayudar a responder esta pregunta.

Se sabe que el campo magnético de la Tierra cambia de dirección con una regularidad un tanto desconcertante: el norte magnético cambia a sur, y viceversa. Los procesos que impulsan este cambio son poco conocidos; los científicos saben que la última reversión tuvo lugar hace unos 773,000 años, pero se desconoce exactamente qué sucede en el núcleo de nuestro planeta para provocar el cambio.

Los silicatos son predominantes en el manto, y después del oxígeno y el hierro, el silicio es el tercer elemento más abundante en la Tierra, por lo que es una opción probable para uno de los principales elementos más ligeros que podrían ser aleados con hierro en el núcleo. Dirigidos por Wen-Pin Hsieh de la Academia Sínica y la Universidad Nacional de Taiwán, los investigadores utilizaron la imitación basada en laboratorio de las condiciones de la Tierra profunda para simular cómo la presencia de silicio afectaría la transmisión de calor desde el núcleo de hierro del planeta hacia el manto.
"Cuanto menos conductor térmico sea el material del núcleo, menor será el umbral necesario para generar el geodinamo", explicó Goncharov. "Con un umbral lo suficientemente bajo, el flujo de calor fuera del núcleo podría ser impulsado completamente por la convección térmica, sin necesidad de un movimiento adicional de material para que funcione".
El equipo descubrió que una concentración de aproximadamente 8 por ciento en peso de silicio en su núcleo interno simulado, el geodinamo podría haber funcionado solo en la transmisión de calor durante toda la historia del planeta.
Mirando hacia el futuro, quieren expandir sus esfuerzos para comprender cómo la presencia de oxígeno, azufre y carbono en el núcleo influiría en este proceso de convección.

La conductividad térmica en el núcleo de la Tierra juega un papel fundamental en el control de la dinámica y la evolución de esta región.

Fuentes:
Wen-Pin Hsieh, et al. Low thermal conductivity of iron-silicon alloys at Earth’s core conditions with implications for the geodynamoNature Communications, 2020; 11 (1) DOI: 10.1038/s41467-020-17106-7
- Carnegie Institution for Science. "How does Earth sustain its magnetic field?." ScienceDaily. ScienceDaily, 6 July 2020.

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