Núcleo externo de la Tierra

El núcleo externo es una capa fluida e interna del planeta Tierra, de un espesor aproximado de 2.260 kilómetros (~1.400 millas) situado entre el núcleo interno sólido y el manto terrestre. Se compone principalmente por hierro y níquel.

El núcleo externo inicia su extensión a unos 2.889 kilómetros (~1.795 millas) bajo la superficie terrestre. Este límite marca la transición desde el manto superior hacia el inicio del núcleo externo. La capa se extiende hasta alcanzar una profundidad de 5.150 kilómetros (~3.200 millas), lugar donde se encuentra el límite con el núcleo interno de la Tierra.

Esta zona es importante para entender la composición y dinámica interna del planeta Tierra, y juega un papel esencial en fenómenos como el campo magnético terrestre. Su naturaleza fluida y la presencia de metales como el hierro y el níquel son factores determinantes en la generación y mantenimiento de este campo magnético, necesario para la vida en nuestro planeta.

HSD

Características del núcleo externo

A diferencia del núcleo interno sólido de la Tierra, su núcleo externo es líquido. La evidencia de un núcleo externo fluido incluye la sismología que muestra que las ondas transversales sísmicas no se transmiten a través del núcleo externo. Aunque tiene una composición similar al núcleo interno sólido de la Tierra, el núcleo externo permanece líquido ya que no hay suficiente presión para mantenerlo en estado sólido.

Las inversiones sísmicas de las ondas de cuerpo y los modos normales restringen el radio del núcleo externo a 3483 km con una incertidumbre de 5 km, mientras que el del núcleo interno es de 1220±10 km.

Las estimaciones para la temperatura del núcleo externo son de aproximadamente 3000–4500 K (2730–4230 °C; 4940–7640 °F) en su región exterior y 4000–8000 K (3730–7730 °C; 6740–13 940 °F) cerca el núcleo interior. El modelado ha demostrado que el núcleo externo, debido a su alta temperatura, es un fluido de baja viscosidad que convección turbulenta. La teoría de la dínamo considera que las corrientes de Foucault en el fluido de níquel-hierro del núcleo exterior son la fuente principal del campo magnético de la Tierra. Se estima que la fuerza del campo magnético promedio en el núcleo externo de la Tierra es de 2,5 militesla, 50 veces más fuerte que el campo magnético en la superficie.

A medida que el núcleo de la Tierra se enfría, el líquido en el límite del núcleo interno se congela, lo que hace que el núcleo interno sólido crezca a expensas del núcleo externo, a una tasa estimada de 1 mm por año.

Elementos del núcleo externo

Composición

El núcleo externo de la Tierra no puede estar constituido completamente por hierro o aleación de hierro y níquel porque sus densidades son más altas que las mediciones geofísicas de la densidad del núcleo externo de la Tierra. De hecho, el núcleo externo de la Tierra tiene una densidad entre un 5 y un 10 por ciento más baja que el hierro a las temperaturas y presiones del núcleo de la Tierra. De ahí que se haya propuesto que los elementos ligeros con números atómicos bajos formen parte del núcleo externo de la Tierra, como la única forma factible de reducir su densidad. Aunque el núcleo externo de la Tierra es inaccesible para el muestreo directo, la composición de los elementos ligeros puede verse significativamente restringida por experimentos de alta presión, cálculos basados ​​en mediciones sísmicas, modelos de acreción de la Tierra y comparaciones de meteoritos de condrita carbonácea con la Tierra de silicato a granel (BSE).Estimaciones recientes son que el núcleo externo de la Tierra está compuesto de hierro junto con 0 a 0,26 por ciento de hidrógeno, 0,2 por ciento de carbono, 0,8 a 5,3 por ciento de oxígeno, 0 a 4,0 por ciento de silicio, 1,7 por ciento de azufre y 5 por ciento de níquel en peso, y la temperatura de el límite núcleo-manto y el límite del núcleo interno oscilan entre 4137 y 4300 K y entre 5400 y 6300 K, respectivamente.

Restricciones

Acreción

La variedad de elementos ligeros presentes en el núcleo exterior de la Tierra está restringida en parte por la acumulación de la Tierra. Es decir, los elementos ligeros contenidos deben haber sido abundantes durante la formación de la Tierra, deben poder dividirse en hierro líquido a bajas presiones y no deben volatilizarse ni escapar durante el proceso de acreción de la Tierra.

Condritas CI

Se cree que los meteoritos condríticos CI contienen los mismos elementos formadores de planetas en las mismas proporciones que en el Sistema Solar primitivo, por lo que las diferencias entre los meteoritos CI y BSE pueden proporcionar información sobre la composición de elementos ligeros del núcleo exterior de la Tierra. Por ejemplo, el agotamiento del silicio en BSE en comparación con los meteoritos CI puede indicar que el núcleo de la Tierra absorbió silicio; sin embargo, todavía es posible una amplia gama de concentraciones de silicio en el núcleo externo e interno de la Tierra.

Proceso de formación del núcleo externo

Estimaciones más estrictas sobre las concentraciones de elementos ligeros en el núcleo externo de la Tierra proporcionan una mejor comprensión de la historia de formación del núcleo y la acumulación por capas de la Tierra.

Consecuencias para la acumulación de la Tierra

Los modelos de acumulación de la Tierra podrían probarse mejor si tuviéramos mejores restricciones sobre las concentraciones de elementos ligeros en el núcleo exterior de la Tierra. Por ejemplo, los modelos de acreción basados ​​en la partición del elemento núcleo-manto tienden a sustentar proto-Tierras construidas a partir de material reducido, condensado y libre de volátiles, a pesar de la posibilidad de que el material oxidado del Sistema Solar exterior se haya acrecentado hacia la conclusión de la acreción de la Tierra. Si pudiéramos limitar mejor las concentraciones de hidrógeno, oxígeno y silicio en el núcleo exterior de la Tierra, los modelos de acumulación de la Tierra que coincidan con estas concentraciones probablemente limitarían mejor la formación de la Tierra.

Consecuencias para la formación del núcleo de la Tierra

El agotamiento de los elementos siderófilos en el manto de la Tierra en comparación con los meteoritos condríticos se atribuye a las reacciones de metal-silicato durante la formación del núcleo de la Tierra. Estas reacciones dependen del oxígeno, el silicio y el azufre, por lo que mejores restricciones sobre las concentraciones de estos elementos en el núcleo externo de la Tierra ayudarán a dilucidar las condiciones de formación del núcleo de la Tierra.

En otro ejemplo, la posible presencia de hidrógeno en el núcleo exterior de la Tierra sugiere que la acumulación de agua de la Tierra no se limitó a las etapas finales de la acumulación de la Tierra y que el agua puede haber sido absorbida en los metales que forman el núcleo a través de un océano de magma hidratado.

Implicaciones para el campo magnético de la Tierra

El campo magnético de la Tierra es impulsado por convección térmica y también por convección química, la exclusión de elementos livianos del núcleo interno, que flotan hacia arriba dentro del núcleo externo fluido mientras que los elementos más densos se hunden. Esta convección química libera energía gravitatoria que luego está disponible para alimentar la geodinamo que produce el campo magnético de la Tierra. Las eficiencias de Carnot con grandes incertidumbres sugieren que la convección composicional y térmica contribuyen aproximadamente en un 80 por ciento y un 20 por ciento, respectivamente, a la potencia de la geodinamo de la Tierra. Tradicionalmente se pensaba que antes de la formación del núcleo interno de la Tierra, la geodinamo de la Tierra estaba impulsada principalmente por convección térmica.Sin embargo, afirmaciones recientes de que la conductividad térmica del hierro a temperaturas y presiones centrales es mucho más alta de lo que se pensaba anteriormente implica que el enfriamiento del núcleo se produjo en gran medida por conducción y no por convección, lo que limita la capacidad de la convección térmica para impulsar la geodinamo. Este enigma se conoce como la nueva "paradoja central". Un proceso alternativo que podría haber sostenido la geodinamo de la Tierra requiere que el núcleo de la Tierra haya estado inicialmente lo suficientemente caliente como para disolver oxígeno, magnesio, silicio y otros elementos ligeros. A medida que el núcleo de la Tierra comenzó a enfriarse, se sobresaturaría en estos elementos ligeros que luego se precipitarían en el manto inferior formando óxidos que conducen a una variante diferente de convección química.