Determinar las oscilaciones de movimiento del núcleo de la Tierra

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Desde nuestra perspectiva aquí en la tierra, ésta parece completamente sólida. Sin embargo, la tierra bajo nuestros pies en realidad está en constante movimiento. Se mueve a través del tiempo y el espacio, por supuesto, junto con los otros objetos del universo, pero también se mueve internamente.

Las poderosas fuerzas de viento, el agua y el hielo constantemente erosionan su superficie y redistribuyen en este proceso la masa de la Tierra. Dentro de la corteza sólida de la Tierra, las fallas literalmente crean y mueven montañas. Los cambios hidrológicos, como el bombeo de las aguas subterráneas para su utilización por los humanos, produce que la tierra ondule debajo nuestro. Los procesos volcánicos deforman nuestro planeta y crean nuevas tierras. Los deslizamientos cambian y cicatrizan el terreno. Incluso continentes enteros pueden levantarse, recuperarse del peso de los enormes glaciares que cubrieron la tierra de miles de años atrás.

De hecho, en las capas más externas de esta cebolla azul celeste que es la Tierra, la corteza y el manto superior no son precisamente muy sólidos. Pero, ¿qué sucede si pelamos las capas y examinamos lo que está pasando en lo profundo de la Tierra, en su mismo centro? Obviamente, el núcleo de la Tierra es demasiado profundo para que lo podamos observar directamente. Pero los científicos pueden utilizar métodos indirectos para deducir qué está pasando allá abajo.

Un nuevo estudio publicado en la revista Geophysical Research Letters, por Jean Dickey, de la NASA's Jet Propulsion Laboratory en Pasadena, California, y Olivier deViron del Institut de Physique du Globe de Paris, Universidad Diderot de Paris y el Centre National de la Recherche Scientifique en París, han confirmado las predicciones teóricas previas que esa agitada caldera de metales fundidos que forma el núcleo externo líquido de la Tierra, se mueve lentamente en una serie de muy complejas, pero predecibles, oscilaciones periódicas. Los resultados dan a los científicos una perspectiva única sobre la estructura interna de la Tierra, esa fuerza de los mecanismos responsables que generan el campo magnético de la Tierra y su geología.

Mondando la cebolla

La Tierra tiene varias capas distintas, cada una con sus genuinas propiedades. En la capa más externa de nuestro planeta está la corteza, que comprende los continentes y las cuencas oceánicas. La corteza de la Tierra varía en espesor de 35 a 70 kilómetros en los continentes y de 5 a 10 kilómetros en las cuencas oceánicas. La corteza se compone principalmente de alumino-silicatos.

Luego viene el manto. El manto es más o menos sólido, y aunque de muy lento movimiento se puede observar su interior. Se trata de alrededor de 2.900 kilómetros de espesor, y está dividido en partes superior e inferior. Aquí es donde se halla la mayor parte del calor interno de la Tierra. Las grandes celdas convectivas del manto hacen circular el calor y conducen los movimientos de las placas tectónicas de la Tierra, en el paseo de nuestros continentes. El manto se compone principalmente de silicatos de ferro-magnesio.

La capa más interna de la Tierra es el centro, separado en un núcleo externo líquido y otro núcleo interno sólido. El núcleo externo es de unos 2.300 kilómetros de espesor, y está compuesto principalmente de una aleación de níquel-hierro (hierro líquido); mientras que el núcleo interno tiene una espesura de 1.200 kilómetros, compuesto casi enteramente de un cuerpo de puro hierro sólido.

La personalidad magnética de la Tierra

Los científicos creen que el campo magnético de la Tierra es el resultado de los movimientos del hierro fundido y níquel dentro de su núcleo externo líquido. Estos flujos, que son causados por las interacciones entre el núcleo y el manto, no son siquiera uniformemente distribuidos. Las corrientes eléctricas generadas por estos flujos dan como resultado un campo magnético desigual, que se mueve de localización y varía en fuerza con el tiempo. El campo magnético de la Tierra está también ligeramente inclinado respecto al eje de la Tierra. Esto hace que los polos geográficos norte y Sur no se alineen con sus respectivos polos magnéticos, ya que estos difieren en la actualidad alrededor de 11 grados.

Tan sólo en los últimos 200 millones de años, los polos magnéticos de la Tierra se han invertido cientos de veces, la inversión más reciente se produjo hace unos 790.000 años. Los científicos son capaces de reconstruir la cronología de estas inversiones mediante el estudio de los datos de ensanchamiento de los fondos marinos en las cordilleras de mitad del oceáno. A diferencia del escenario del juicio final, popularizado por Hollywood en la película "2012", tales alteraciones no ocurren durante días, sino en escalas de tiempo geológico que abarcan cientos de miles de años, muy corto en tiempo geológico, pero larguísimo en el tiempo humano. El lapso de tiempo entre las inversiones de los polos es incluso más largo, su rango puede ir desde 100.000 a varios millones de años.

El campo magnético de la Tierra es esencial para la vida en la Tierra. Se extiende miles de kilómetros en el espacio, sirve como escudo, desviando de la Tierra el constante bombardeo de partículas cargadas y de la radiación conocida como viento solar. De otra manera estos vientos solares serían fatales para la vida en la Tierra. En los polos, el ángulo perpendicular del campo magnético permite que algunas de estas partículas se introduzcan en nuestra atmósfera. Esto da lugar a la aurora boreal en el hemisferio norte y a las luces sureñas del hemisferio sur.

Aquí en la tierra, el campo magnético tiene muchas aplicaciones prácticas en nuestra vida diaria. Permite a la gente navegar con éxito en tierra y en la mar, convirtiéndose en una herramienta fundamental para el comercio. Los excursionistas lo utilizan para encontrar su camino. Los arqueólogos lo usan para deducir la edad de objetos antiguos tales como la cerámica, que, al ser activados, asumen las propiedades del campo magnético que estuvo presente en el momento de su creación. Del mismo modo, el campo de la paleontología utiliza el magnetismo para vislumbrar el remoto pasado de la Tierra. Además, los geofísicos y geólogos usan el geomagnetismo como herramienta de investigación de la estructura de la Tierra y de los cambios que tienen lugar en ella.

Y llega el meollo de la cuestión

Sabiendo el núcleo líquido de la Tierra es la principal fuente del campo magnético de la Tierra, los científicos pueden usar las observaciones del campo magnético de la superficie terrestre y su variabilidad en el tiempo, para calcular matemáticamente y aislar los movimientos aproximados que pueden darse en el núcleo.

Eso es lo que Dickey y deViron hicieron. Ellos combinaron las mediciones del campo magnético terrestre tomadas por las estaciones de observación en tierra y de los barcos en el mar, remontándose al año 1840, junto con las misiones geomagnéticas por satélite del Oersted danés y el alemán CHAMP, las cuales fueron apoyadas por inversiones de la NASA. Estas mediciones se utilizaron como entradas para un modelo complejo que cuenta con estadísticas temporales y unas series de análisis que determinan la velocidad con la que fluye el hierro líquido en el núcleo de la Tierra.

"Aunque no se observe directamente el núcleo, es sorprendente lo mucho que podemos aprender sobre el interior de la Tierra mediante observaciones del campo magnético", destacó Dickey.

Para hacer aproximaciones del flujo del líquido en el núcleo, los científicos visualizan su movimiento en un conjunto de 20 cilindros rígidos, cada uno de ellos gira en torno a un punto común que representa el eje de la Tierra. "Imagíne que cada cilindro gira lentamente a una velocidad diferente, va cobrando sentido esa compleja agitación que se desarrolla en el núcleo de la Tierra", señaló Dickey.

Los científicos analizan los datos para identificar los patrones comunes de movimiento entre los distintos cilindros. Estos patrones representan el impulso y la energía que se transfiere desde la interfaz del núcleo líquido con el manto hacia el interior, dado que las oscilaciones del núcleo líquido hacia el interior del núcleo disminuyen en amplitud.

Los análisis aislan seis lentas oscilaciones de movimiento, u ondas de movimiento, que suceden dentro del núcleo líquido. Las oscilaciones se originan en la frontera entre el núcleo y el manto, y viajan hacia el interior del núcleo interno decreciendo su fuerza. En períodos transcurridos que van de 85, 50, 35 y 28 años, cuatro de estas oscilaciones fueron bastante fuertes. Como el conjunto de datos de referencia se remonta a 1840, el período de recurrencia de la oscilación más larga (85 años), está menos determinada que las otras oscilaciones. Las dos últimas identificados oscilaciones fueron más débiles y requieren mayor estudio.

Las oscilaciones de 85 y 50 años coinciden con un estudio realizado en 1997, por los investigadores Stephen Zatman y Jeremy Bloxham de la Universidad de Harvard, Cambridge, Mass., que utiliza una técnica de análisis diferente. Un estudio posterior, puramente teórico en Harvard, por los investigadores Jon Mound y Bruce Buffett, de la Universidad de Chicago en 2006, mostraba que debió de haber varias oscilaciones de este tipo, y sus períodos previstos coinciden con los primeros cuatro modos identificados en el estudio de Dickey y deViron.

"Nuestros resultados satelitales están en excelente acuerdo con los estudios teóricos previos y otros en este campo, lo cual ofrece una fuerte confirmación de la existencia de estas oscilaciones", dijo Dickey. "Estos resultados dan a los científicos la confianza en el uso de las mediciones por satélite en el futuro, para deducir los cambios a largo plazo que pueden producirse en lo profundo de nuestro inquieto planeta".