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¿Por qué la Tierra tiene calor en su interior?

marzo 18, 2022
¿Por qué la Tierra tiene calor en su interior?

La radiactividad del núcleo de la Tierra

Dentro del núcleo fundido de la Tierra gira una bola de cristal -en realidad una formación masiva de hierro cristalizado casi puro- del tamaño de la Luna. La comprensión de esta extraña e inobservable característica de nuestro planeta depende del conocimiento de la estructura atómica de estos cristales, algo que los científicos llevan años intentando hacer.Como ocurre con todos los metales, las estructuras cristalinas a escala atómica del hierro cambian en función de la temperatura y la presión a la que se expone el metal. Los átomos se empaquetan en variaciones de formaciones cúbicas y hexagonales. A temperatura ambiente y presión atmosférica normal, el hierro se encuentra en lo que se conoce como fase cúbica centrada en el cuerpo (BCC), que es una arquitectura cristalina con ocho puntos de esquina y un punto central. Pero a una presión extremadamente alta, las estructuras cristalinas se transforman en formas hexagonales de 12 puntos, o en una fase de empaquetamiento cerrado (HCP).En el núcleo de la Tierra, donde la presión es 3,5 millones de veces mayor que la de la superficie -y las temperaturas son unos 6.000 grados más altas- los científicos han propuesto que la arquitectura atómica del hierro debe ser hexagonal. Durante los últimos 30 años se ha debatido si el hierro BCC existe en el centro de la Tierra, y un estudio reciente de 2014 lo descartó, argumentando que el BCC sería inestable en esas condiciones.Sin embargo, en un estudio reciente

Núcleo de la Tierra

Hay tres fuentes principales de calor en las profundidades de la Tierra: (1) el calor de cuando se formó el planeta y se acrecentó, que aún no se ha perdido; (2) el calentamiento por fricción, causado por el material más denso del núcleo que se hunde hacia el centro del planeta; y (3) el calor procedente de la desintegración de elementos radiactivos.

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El calor tarda bastante tiempo en salir de la Tierra. Esto ocurre tanto por el transporte “convectivo” del calor dentro del núcleo externo líquido de la Tierra y el manto sólido como por el transporte “conductivo” más lento del calor a través de las capas límite no convectivas, como las placas de la Tierra en la superficie. Como resultado, se ha retenido gran parte del calor primordial del planeta, de cuando la Tierra se acrecentó y desarrolló su núcleo.

La cantidad de calor que puede surgir a través de simples procesos de acreción, juntando pequeños cuerpos para formar la proto-tierra, es grande: del orden de 10.000 kelvins (unos 18.000 grados Farhenheit). La cuestión crucial es saber qué parte de esa energía se depositó en la Tierra en crecimiento y qué parte se irradió al espacio. De hecho, la idea actualmente aceptada sobre cómo se formó la luna implica el impacto o la acreción de un objeto del tamaño de Marte con la proto-tierra o por ella. Cuando dos objetos de este tamaño chocan, se generan grandes cantidades de calor, del que se retiene bastante. Este único episodio podría haber fundido en gran medida los últimos miles de kilómetros del planeta.

¿Se enfriará el núcleo de la Tierra

Mapa global del flujo de calor, en mW/m2, del interior de la Tierra a la superficie[1] Los mayores valores de flujo de calor coinciden con las dorsales oceánicas medias, y los menores valores de flujo de calor se dan en los interiores continentales estables.

El balance térmico interno de la Tierra es fundamental para la historia térmica de la Tierra. El flujo de calor desde el interior de la Tierra hacia la superficie se estima en 47±2 teravatios (TW)[1] y procede de dos fuentes principales en cantidades aproximadamente iguales: el calor radiogénico producido por la desintegración radiactiva de isótopos en el manto y la corteza, y el calor primordial sobrante de la formación de la Tierra[2].

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El calor interno de la Tierra se desplaza a lo largo de los gradientes geotérmicos y potencia la mayor parte de los procesos geológicos[3]. Impulsa la convección del manto, la tectónica de placas, la construcción de montañas, el metamorfismo de las rocas y el vulcanismo[2]. También se ha teorizado que la transferencia de calor convectivo dentro del núcleo metálico de alta temperatura del planeta sostiene un geodinamo que genera el campo magnético de la Tierra[4][5][6].

A pesar de su importancia geológica, el calor interior de la Tierra sólo contribuye en un 0,03% al presupuesto energético total de la superficie terrestre, que está dominado por 173.000 TW de radiación solar entrante[7] Esta fuente de energía externa impulsa la mayoría de los procesos atmosféricos, oceánicos y biológicos del planeta. Sin embargo, en la tierra y en el fondo del océano, el calor sensible absorbido de la insolación no reflejada fluye hacia el interior sólo por medio de la conducción térmica, por lo que sólo penetra varias decenas de centímetros en el ciclo diario y sólo varias decenas de metros en el ciclo anual. Esto hace que la radiación solar sea mínimamente relevante para los procesos internos de la corteza terrestre[8].

Temperatura del núcleo de la Tierra

Aunque el núcleo de la Tierra proporciona algo de calor para la tectónica de placas, ¡una de las principales fuentes de calor no es el núcleo! El manto y la corteza terrestre (y el núcleo en cierta medida) tienen pequeñas cantidades de elementos radiactivos. Estos elementos se transforman en otros elementos, y cuando lo hacen producen un calor que mantiene caliente el interior de la Tierra. Si la Tierra no tuviera estos elementos radiactivos, la tectónica de placas ya se habría detenido.

Si enfriáramos repentinamente el núcleo exterior líquido de la Tierra, perderíamos el campo magnético terrestre. Pero no estoy seguro de que el enfriamiento del núcleo detenga la tectónica de placas. Mi opinión es que la tectónica de placas volvería a ponerse en marcha debido al calor de los elementos radiactivos. Sin embargo, con el tiempo, suficientes elementos radiactivos cambiarán (decaerán) a otros elementos que no habrá mucho calor para mantener el interior de la Tierra caliente. La tectónica de placas se detendrá entonces al enfriarse la Tierra.

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El campo magnético de la Tierra es producido por los metales que circulan en el núcleo exterior fundido. Si el núcleo se solidificara, el campo magnético se apagaría y la atmósfera dejaría de estar protegida de la radiación cósmica y del viento solar. Esto podría hacer que la Tierra perdiera su atmósfera. Esto es lo que probablemente le ocurrió a Marte, que actualmente no tiene tectónica de placas ni produce su propio campo magnético, pero se cree que tuvo ambos en el pasado, cuando era más caliente.

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