Átomos de hierro en movimiento en el núcleo sólido de la Tierra
Los átomos de hierro que forman el núcleo interno sólido de la Tierra están estrechamente unidos por presiones astronómicamente altas. Pero aún así disponen de espacio de maniobra.
Un estudio dirigido por la Universidad de Texas (UT) en Austin y colaboradores en China encontró que ciertos grupos de átomos de hierro en esa región del núcleo interno pueden moverse rápidamente, cambiando sus lugares en una fracción de segundo mientras mantienen la estructura metálica subyacente del hierro, un tipo de movimiento conocido como "movimiento colectivo" que es similar a cuando los invitados a una cena cambian de asiento en una mesa.
Los resultados, que se basaron en experimentos de laboratorio y modelos teóricos, indican que los átomos en el núcleo interno se mueven mucho más de lo que se pensaba anteriormente.
Los resultados podrían ayudar a explicar numerosas propiedades intrigantes del núcleo interno que han desconcertado a los científicos durante mucho tiempo, así como ayudar a arrojar luz sobre el papel que desempeña el núcleo interno en el impulso de la geodinamo de la Tierra, el elusivo proceso que genera el campo magnético del planeta.
"Ahora conocemos el mecanismo fundamental que nos ayudará a comprender los procesos dinámicos y la evolución del núcleo interno de la Tierra", dijo en un comunicado Jung-Fu Lin, profesor de la Escuela de Geociencias Jackson de UT y uno de los autores principales del estudio.
El estudio fue publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
Es imposible para los científicos tomar muestras directamente del núcleo interno de la Tierra debido a sus temperaturas y presiones extremadamente altas. Entonces, Lin y sus colaboradores lo recrearon en miniatura en el laboratorio tomando una pequeña placa de hierro y disparándole con un proyectil de rápido movimiento. Los datos de temperatura, presión y velocidad recopilados durante el experimento se colocaron luego en un modelo informático de aprendizaje automático de átomos en el núcleo interno.
Los científicos creen que los átomos de hierro en el núcleo interno están dispuestos en una configuración hexagonal repetitiva. Según Lin, la mayoría de los modelos informáticos que retratan la dinámica reticular del hierro en el núcleo interno muestran sólo un pequeño número de átomos, normalmente menos de cien. Pero utilizando un algoritmo de IA, los investigadores pudieron reforzar significativamente el entorno atómico, creando una "supercélula" de unos 30.000 átomos para predecir de forma más fiable las propiedades del hierro.
A esta escala de supercélula, los científicos observaron grupos de átomos moviéndose, cambiando de lugar mientras mantenían la estructura hexagonal general.
Los investigadores dijeron que el movimiento atómico podría explicar por qué las mediciones sísmicas del núcleo interno muestran un entorno mucho más suave y maleable de lo que se esperaría a tales presiones, dijo el coautor principal Youjun Zhang, profesor de la Universidad de Sichuan.
"Los sismólogos han descubierto que el centro de la Tierra, llamado núcleo interno, es sorprendentemente suave, algo así como la mantequilla en la cocina", dijo. "El gran descubrimiento que hemos encontrado es que el hierro sólido se vuelve sorprendentemente blando en las profundidades de la Tierra porque sus átomos pueden moverse mucho más de lo que jamás imaginamos. Este mayor movimiento hace que el núcleo interno sea menos rígido y más débil contra las fuerzas de corte".
Los investigadores dijeron que la búsqueda de una respuesta para explicar las propiedades físicas "sorprendentemente suaves" reflejadas en los datos sísmicos es lo que motivó su investigación.
Según los investigadores, aproximadamente la mitad de la energía de la geodinamo que genera el campo magnético de la Tierra puede atribuirse al núcleo interno, mientras que el núcleo externo constituye el resto. Los nuevos conocimientos sobre la actividad del núcleo interno a escala atómica pueden ayudar a informar futuras investigaciones sobre cómo se generan la energía y el calor en el núcleo interno, cómo se relaciona con la dinámica del núcleo externo y cómo trabajan juntos para generar el campo magnético del planeta, que es es un ingrediente clave para un planeta habitable.
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