Precisos cálculos de mecánica cuántica podrían modificar la historia del planeta

La Tierra tiene un corazón de hierro sólido rodeado por una capa líquida y caliente del mismo material, que está en constante agitación. Se cree que su intensa actividad es responsable del campo magnético terrestre. Ahora, nuevos datos sobre el hierro del núcleo externo podrían hacer reescribir los modelos científicos sobre la historia terrestre y su magnetismo.

“Hemos descubierto que la conductividad térmica y eléctrica del hierro y sus aleaciones en el núcleo de la Tierra son el doble o el triple de lo que se creía hasta ahora” ha explicado a SINC Dario Alfe, del London Center for Nanotechnology y primer autor de la investigación, publicada en la revista Nature. Alfe y su equipo han conseguido estos datos mediante precisos cálculos de mecánica cuántica.

El calor del núcleo asciende a la superficie mediante mecanismos de conducción y convección, y se disipa hacia el espacio. La conducción hace que se intercambie calor sin mover ninguna partícula, “es la responsable de que, por ejemplo, las asas de una olla al fuego se calienten”, explica Alfe.

En cambio, la convección necesita movimiento: “gracias a que el aire caliente pesa menos, asciende a las capas altas de la atmosfera y transfiere calor por el camino”.

“Como la conductividad térmica del hierro líquido en el núcleo es mucho mayor que en las estimaciones previas, la conducción desde el interior hacia fuera debe ser más eficiente de lo que se creía. Por lo tanto, queda menos calor procedente del núcleo interno disponible para transferirse por convección”, señala Alfe.

Simulaciones computacionales directas

Este mecanismo convectivo que mueve el metal líquido es crucial para generar y mantener el campo magnético terrestre. “La fuerza del campo magnético depende del calor disponible para la convección. Para mantener el mismo campo magnético con una conductividad térmica mayor, se requiere otra fuente de energía para alimentar la convección”, razona el investigador.

Alfe y su equipo han deducido que, como consecuencia, el núcleo interno debe ser más joven de lo estimado. El argumento es el siguiente: la energía que mantiene la convección del núcleo, y con ella el campo magnético, se obtiene del enfriamiento de toda la Tierra. Al perder calor, el hierro de la capa externa líquida se solidifica y el núcleo sólido crece cada vez más.

La energía liberada depende de la velocidad de enfriamiento. Si, según los nuevos cálculos, se necesita más energía para mantener el campo magnético, “el núcleo debe haber crecido más rápido, lo que significa que es más joven porque ha llegado a su tamaño actual en menos tiempo”, deduce Alfe.

Este estudio se ha realizado mediante simulaciones directas por computación, no a partir de extrapolaciones como se habían hecho los cálculos hasta ahora. Otra de las implicaciones importantes de estos resultados es que “el núcleo está térmicamente estratificado, ya que los mecanismos de convección están confinados únicamente a la parte más interna”, señala el físico.