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Núcleo de la Tierra
Núcleo de la Tierra
El núcleo de la Tierra es su esfera central, la más interna de las que constituyen la estructura de la Tierra. Está compuesto fundamentalmente por hierro, con 5-10 % de níquel y menores cantidades de elementos más ligeros, tal vez azufre y oxígeno.
Tiene un radio de cerca de 3500 km, mayor que el planeta Marte y representa el 32 % de la masa total de la Tierra. La presión en su interior es millones de veces la presión en la superficie y la temperatura puede superar los 6700 °C. Consta de un núcleo externo líquido, y un núcleo interno sólido. Anteriormente era conocido con el nombre de NiFe debido a su riqueza en níquel y hierro.
Formación
Formación
La Tierra se formó hace unos 4600 millones de años. Previamente, la Tierra, al igual que el resto de los planetas, lunas y meteoritos del sistema solar, se formó después de una explosión de una supernova engendrada en un sistema de estrellas binarias. Los remanentes de metales pesados comenzaron la aglomeración de materiales de un disco que gira alrededor de la estrella sobreviviente, el Sol. La Tierra por su parte inicia con un núcleo de hierro y materiales radiactivos como el uranio y el plutonio, los cuales liberan energía en forma de calor, mediante el proceso conocido como fisión nuclear. Pasó por una etapa de fusión -estado "líquido-pastoso"- lo que permitió que, debido a la gravedad, los materiales más densos se hundieran hacia el interior, mientras que los más ligeros flotaron hacia la corteza, un proceso denominado diferenciación planetaria. A causa de esto, el núcleo terrestre está compuesto en su mayor parte de metales nativos como hierro (70 %), junto con níquel, iridio, osmio y varios elementos pesados. Otros elementos químicos densos, como el plomo o el uranio, o son muy raros en la Tierra o son propensos a combinación química con elementos más ligeros, y por tanto permanecen en la superficie.
Los metales que conforman el núcleo de la Tierra sufrieron una aleación cuando el planeta aun ardía, formando con esto una estructura metálica increíblemente dura y pesada. Debido a esto el planeta Tierra es el más denso del sistema solar.
Origen del calor interno de la Tierra
Origen del calor interno de la Tierra
La temperatura de la Tierra aumenta con la profundidad, fenómeno conocido como gradiente geotérmico, y su centro puede superar los 6.700 °C, más caliente que la superficie visible del Sol. Se supone que los tres factores que han contribuido al calor interno de la Tierra son los siguientes:
El calor liberado por la colisión y compactación de partículas durante la formación de la Tierra.
El calor emitido cuando el hierro cristalizó para formar el núcleo interno sólido.
El calor emitido por la desintegración radiactiva de los elementos, en especial los isótopos radiactivos de uranio (U), torio (Th) y potasio (K).
Solo el tercer factor permanece activo, y es mucho menos intenso que en el pasado. La Tierra irradia al espacio más calor del que se genera en su interior, por lo que se enfría lenta pero continuamente-
Características
Características
La densidad media de la Tierra es de 5515 kg/m³, la mayor del Sistema Solar. Dado que la densidad media de los materiales de la superficie oscila entre 2600 y 3500 kg/m³, deben existir materiales más densos en el núcleo de nuestro planeta. La sismología aporta otras evidencias de la alta densidad del núcleo. Se calcula que la densidad media del núcleo es de 11.000 kg/m³.
Los meteoritos aportan datos sobre la composición del núcleo, ya que se cree que son restos del material a partir del cual se formó la Tierra. Hay meteoritos rocosos formados por rocas similares a las peridotitas y meteoritos metálicos compuestos por hierro, iridio y níquel. Los primeros se consideran similares a las rocas que forman el manto terrestre, mientras que los segundos se supone que son representativos de la composición del núcleo. Según los últimos datos, el núcleo se compone de hierro con un 5-10 % de níquel, iridio, osmio y menores cantidades de elementos más ligeros, tal vez azufre y oxígeno.
Subdivisiones del núcleo
Subdivisiones del núcleo
El núcleo, también llamado endosfera, está constituido por dos capas diferentes, en extensión y estado físico, según muestran los datos sísmicos: un núcleo externo líquido de aproximadamente 2270 km de grosor y un núcleo interno sólido con un radio de unos 1220 km. Estos dos núcleos están delimitados por la discontinuidad de Lehmann.
Núcleo externo
Núcleo externo
Se cree que el núcleo externo es líquido, su radio mide 2250 km y está compuesto de hierro mezclado con níquel y pocos rastros de elementos más ligeros. La mayoría de los científicos cree que la convección del núcleo externo, combinada con la rotación de dicho núcleo causada por la rotación de la Tierra (efecto Coriolis), causan el campo magnético terrestre a través de un proceso explicado por la hipótesis de la dínamo.[cita requerida]
Núcleo interno
Núcleo interno
El núcleo interno sólido consta de un radio que mide aprox. 1255 km y fue descubierto en 1936 por Inge Lehmann y se cree que está compuesto principalmente por hierro hasta un 70 %, de níquel 30 % entre otros metales pesados como iridio, plomo y titanio; algunos científicos piensan que podría estar en la forma de un solo cristal de hierro extremadamente duro y pesado que forma una aleación. Especulaciones recientes sugieren que la parte más interna del núcleo está enriquecida por elementos muy pesados, con números atómicos por encima de 55, lo que incluiría oro, mercurio y uranio.Gracias a la lluvia de meteoritos con metales de hace 3.900 millones de años, nuestro planeta debería tener en la actualidad oro suficiente en su núcleo como para cubrir el globo con una capa de 4 metros de espesor.
El núcleo interno sólido es demasiado caliente como para sostener un campo magnético permanente (ver temperatura de Curie) pero probablemente actúa como un estabilizador del campo magnético generado por el núcleo externo líquido.
Evidencias recientes sugieren que el núcleo interno de la Tierra podría rotar ligeramente más rápido que el resto del planeta. En agosto de 2005 un grupo de geofísicos anunció en la revista Science que, de acuerdo con sus cálculos, el núcleo interno de la Tierra rota en dirección oeste a este aproximadamente un grado por año más rápido que la rotación de la superficie; así, el núcleo hace una rotación extra aproximadamente cada 400 años.
La geodinamo
La geodinamo
El alto contenido en hierro del núcleo, y las propiedades eléctricas del mismo, permiten interacciones entre sus átomos de forma que, dado un medio que así lo permita, los espines de los electrones queden alineados de forma que sus estados de energía individuales solapan unos con otros creando un campo magnético más potente que la distribución prorrateada por unidad.
La rotación del núcleo de la tierra, produce la expresión de un campo electromagnético tal que ha resguardado a la superficie terrestre de las corrientes de plasma solares. Si trasladamos esta descripción a un laboratorio, observaremos que, si sometemos un metal como el hierro a un giro sobre sí mismo, este no expresa propiedades magnéticas. El hierro por sí solo no es un material magnético. Ahora, las altas temperaturas del núcleo, cercanas a las que se experimentan en la superficie del sol, inducen una liberación relativa de los orbitales electrónicos de la última capa del átomo de hierro, así como un solapamiento de los estados cuánticos de los electrones, tales que dan como resultado un imán dinámico. El giro del interior del núcleo en referencia a esos estados ordenados de los electrones, provocan el campo electromagnético de la tierra.
Un cambio en el sentido de giro del hierro fundido en el núcleo, produce un cambio de polaridad. Los efectos que esto tiene en la tecnología desarrollada por el hombre, en sí mismo no es relevante. Lo relevante es el periodo de transición en el cambio de polaridad, dado que la tierra en ese proceso se vería sometida, en el mejor de los casos, a los pulsos electromagnéticos solares. Un pulso electromagnético en sí mismo no es malo para la vida orgánica en la tierra, pero sí que lo es para la tecnología. Ese pulso generaría por ejemplo corrientes parásitas en los circuitos eléctricos.
¿POR QUÉ CASI TODO EL ORO DEL MUNDO ESTÁ ATRAPADO EN EL NÚCLEO DE LA TIERRA?
Corte de la Tierra, de núcleo a exosfera. Solamente parte del dibujo está a escala.
En uno de los capítulos de mi nuevo libro (guiño, guiño) menciono que la mayor parte del oro que hay en la Tierra está fuera de nuestro alcance porque se encuentra sepultado bajo unos 3.000 kilómetros de roca, en el núcleo metálico del planeta: se estima que esta gigantesca bola de metal incandescente contiene unas 2 millones de billones de toneladas de oro, suficiente para cubrir la superficie terrestre con una capa de unos 20 centímetros de este valioso metal.
Lo sé, lo sé. Y también comentas que todo ese oro llegó ahí porque, al ser un metal tan denso, la mayoría se hundió hacia las profundidades de la Tierra mientras el planeta se estaba formando.
Pues no lo entiendo. ¿Para qué escribes esta entrada, si ya explicas esto en el libro?
Porque me quedé con las ganas de ahondar un poco más en el tema. Al fin y al cabo, menciono este dato por encima en un capítulo dedicado a otra cosa y no entré en más detalles para no liar la perdiz. Pero, si la densidad fuera el único factor que provoca que los elementos se hundan hacia el núcleo del planeta, ¿por qué la mayor parte del uranio está concentrado en la corteza y el manto terrestre, si es un metal casi tan denso como el oro? ¿Por qué no se hundió también hasta el núcleo mientras la Tierra se formaba
Efectivamente: la distribución de los elementos a lo largo de las diferentes capas de la Tierra es más compleja de lo que parece a primera vista. Me explico.
Una de las pistas que indican que la Tierra posee un núcleo metálico son unos meteoritos llamados condritas ordinarias. Estos meteoritos son el material que cae con más frecuencia sobre nuestro planeta, provienen del cinturón de asteroides y su interior tiene este aspecto:
Como veis, se trata de una matriz rocosa (compuesta principalmente por silicatos) repleta de incrustaciones metálicas (una aleación de hierro y níquel con trazas de otros elementos). Pues, bien, resulta que este es el material que dio lugar a los planetas rocosos de nuestro sistema solar.
Hace 4.600 millones de años, el sol estaba rodeado por una nube de gas y polvo repleta de fragmentos de metal y roca como este que chocaban y se unían entre ellos, formando objetos cada vez más grandes. Algunos de esos mazacotes acumularon tanta masa que llegaron a convertirse en cuerpos de tamaño planetario, pero, curiosamente, los que se encontraban entre Marte y Júpiter se quedaron a medio camino porque el intenso campo gravitatorio de este último frenó su crecimiento. Este es el motivo por el que existe el llamado cinturón de asteroides entre estos Marte y Júpiter: se trata de un «anillo» de escombros en el que residen millones de fragmentos de material que no llegaron a unirse para formar un cuerpo celeste más grande.
Espera, espera… Si la Tierra se formó a partir de esas masas de roca y metal, ¿por qué yo no veo virutas metálicas en las piedras que me encuentro por el campo?
Mientras la Tierra tomaba forma, la energía liberada tanto por los meteoritos que impactaban contra su superficie como por los elementos radiactivos que se desintegraban en su interior llegaron a incrementar la temperatura del planeta hasta unos 2.000ºC. Como resultado, existió una época en la que la mayor parte de la masa de la Tierra estaba fundida y los todas esas virutas de metal denso que llegaron a bordo de las condritas se hundieron a través de la masa rocosa líquida más ligera por su propio peso, como si fueran piedras en el agua. O sea, que la razón por la que no vemos esas virutas metálicas en las rocas de la superficie terrestre actual es que casi todo el metal se hundió hacia las profundidades de nuestro planeta en el pasado remoto.
Por cierto, aprovecho para señalar que esto no son meras conjeturas: la presencia de un núcleo metálico y denso se ha confirmado gracias al estudio de la propagación de las ondas sísmicas a través de nuestro planeta (como expliqué en esta entrada) y su existencia explica por qué la densidad global de la Tierra es mucho más alta que la de las rocas de la corteza terrestre y el manto.Vale, entendido. ¿Y por qué decías que esta explicación que acabas de mencionar está incompleta?Porque la densidad de cada elemento químico individual no es lo que determinó cuáles acabaron hundiéndose hacia el núcleo y cuáles no. En realidad, lo importante era la densidad de los compuestos que formó cada uno de esos elementos al reaccionar con las sustancias que le rodeaban cuando la Tierra tomaba forma.Desde un punto de vista geoquímico, los elementos de la tabla periódica se pueden clasificar en tres grupos en función de la tendencia que tenían de combinarse con el oxígeno, el azufre o el hierro mientras la Tierra se estaba formando. Los elementos que reaccionaban de manera preferencial con el oxígeno o el azufre reciben el nombre de litófilos y calcófilos y dieron lugar a las sustancias «rocosas» que encontramos en la corteza y el manto terrestre. En cambio, los elementos siderófilos son los que se disolvían con facilidad en el hierro fundido y son abundantes en el núcleo del planeta.
Pues, bien, debido a esta afinidad de cada elemento por el oxígeno, el azufre o el hierro, la Tierra acabó dividida en tres capas diferentes formadas por materiales que no se mezclaban entre ellos y que la gravedad ordenó según su densidad: una capa externa llena de óxidos ligeros de los elementos litófilos, una capa inferior ocupada por los sulfuros un poco más densos de los calcófilos y, en el fondo del todo, la mezcla metálica y densa de elementos siderófilos… Entre los que, por supuesto, se encontraba el oro.
O sea, que, aunque la gravedad jugó un papel fundamental a la hora de distribuir los elementos químicos en el interior de la Tierra, su distribución en el interior del planeta acabó dependiendo de la densidad de los compuestos químicos que producían al reaccionar con los demás, no de su densidad propia propia. De ahí que muchos elementos más densos que el hierro, como el plomo o el uranio, no acabaran siendo arrastrados hacia el núcleo del planeta.
Ahora bien, conviene señalar que esta explicación está inmensamente simplificada y que nuestro planeta no acabó divido en tres capas perfectamente delimitadas y con un grosor similar, como en la imagen anterior.
Por ejemplo, la Tierra primigenia no tenía una composición homogénea y albergaba cantidades muy diferentes de cada elemento. Además, las interacciones entre los óxidos, los sulfuros y las disoluciones metálicas eran muy complejas porque cómo de litófilo, calcófilo o siderófilo es un elemento a menudo depende de la temperatura. Por ejemplo, el uranio tiende a combinarse con el oxígeno y formar dióxido de uranio, pero esta sustancia se vuelve soluble en el hierro fundido a temperaturas superiores a los 3.400ºC. Por tanto, aunque parezca que el uranio debería estar concentrado en la fracción rocosa del planeta, es posible que una cantidad considerable del que hay en las partes más profundas y calientes del manto acabara hundiéndose hacia el núcleo.
Por si esto fuera poco, a lo largo de la historia de nuestro planeta han tenido lugar eventos que han alterado las proporciones originales de cada elemento en las diferentes capas de la Tierra. Uno de ellos es el impacto de un cuerpo del tamaño de Marte que lanzó al espacio el material que terminó formando la Luna. Al parecer, este impacto fue lo bastante energético como para vaporizar parte del azufre del manto terrestre y permitir que escapara al espacio. Como resultado, parece que el 90% del azufre del planeta está concentrado en el núcleo, cuando, a primera vista, debería ser más abundante en el manto y la superficie. Y, por último, también hay que tener en cuenta que los procesos geológicos como la actividad tectónica o la circulación de fluidos hidrotermales han traído elementos del manto terrestre hasta la corteza, enriqueciendo ciertas zonas del planeta con este elemento.
En definitiva, la distribución actual de cada elemento químico a lo largo del volumen del planeta es un resultado de un proceso muy complejo en el que están involucrados muchos factores. Aun así, espero que esta entrada os haya dado una idea general sobre por qué ciertos elementos son más escasos en la superficie terrestre que otros.
Éste es todo el oro que tendríamos si lo extrajéramos del núcleo terrestre
El oro es caro porque, fundamentalmente, es escaso. En realidad, sin embargo, no es que sea tan escaso como parece, sino que resulta escaso el que podemos obtener de manera barata. Porque oro, en la Tierra, hay mucho más del que reluce.
Por ejemplo, si extrajéramos todo el oro del núcleo de la Tierra, dispondríamos de tal cantidad que podríamos cubrir toda la superficie de nuestro planeta con una capa de oro de 45 centímetros de espesor. Pero ¿existe alguna posibilidad de alcanzarlo?
La respuesta rápida es que no, no podemos llegar a ese oro. El agujero más profundo que hemos logrado hacer en la superficie de la Tierra tiene 13 kilómetros, en la Península de Kola, en Rusia, y las minas más profundas de oro apenas tienen 3,9 kilómetros de profundidad, donde las rocas ya alcanzan los 60 ºC. El oro que nos interesaría del núcleo, no obstante, se encuentra a 2.800 kilómetros de profunidad.
Si de las minas actuales, solo obtenemos el equivalente a un terrón de azúcar en oro de cada tonelada de piedra, imaginad lo que supondría eso a tamaña profundidad.
Y en el océanoOtro lugar de la Tierra donde hay bastante oro también resulta poco rentable a nivel económico su extracción: el océano. Como se explica en el libro Guinness World Records 2017:En un litro de agua marina hay alrededor de 13.000 millonésimas de gramo de oro, es decir, lo que haría un total de 20 toneladas de oro (más del triple del peso de la Gran Pirámide de Guiza).Según cálculos de Svante Arrhenius, el primer director del Instituto Nobel, en el mar hay unos 6 miligramos de oro por tonelada de agua. Es decir, en todos los océanos de la Tierra habría 8.000 millones de toneladas. Las estimaciones actuales no son tan optimistas, pero continúan siendo gigantescas, tal y como señala Hugh Aldersey-Williams en La tabla periódica:En principio, los océanos del mundo podrían contener oro por un valor de 400 billones de euros a los precios actuales […] Pero incluso a esta tasa de extracción, según Richard Herrington, “el coste de extracción es demasiado grande para que por el momento se pueda considerar”.
En situaciones de crisis, como la actual, las monedas pierden valor adquisitivo y el oro, por su escasez, constituye el refugio seguro y su precio se eleva enormemente. Por ello, es oportuno preguntarse: ¿se agotan las reservas de oro?, ¿de cuánto oro dispone la Tierra?, ¿dónde se encuentra?, ¿cuál fue su origen?
En situaciones de crisis, como la actual, las monedas pierden valor adquisitivo y el oro, por su escasez, constituye el refugio seguro y su precio se eleva enormemente. Por ello, es oportuno preguntarse: ¿se agotan las reservas de oro?, ¿de cuánto oro dispone la Tierra?, ¿dónde se encuentra?, ¿cuál fue su origen?
GENERALIDADES
Una investigación recién publicada en la revista NATURE proporciona bastantes respuestas a esas preguntas. La han llevado a cabo investigadores de la Universidad de Bristol (Gran Bretaña) con ultra-análisis de alta precisión realizados sobre muestras de las rocas más antiguas conocidas de la Tierra.
El término oro (símbolo Au) se deriva del latín aurum, "brillante amanecer", constituyendo el elemento químico número atómico 79, ubicado en el grupo 11 de la tabla periódica. Es un metal precioso de transición, blando, brillante, pesado, maleable, dúctil y de color amarillo, que no reacciona con la mayoría de los productos químicos.
A pesar de la creencia, en la Antigüedad, de que comer en platos de oro aumentaba la longevidad, lo cierto es que el oro no posee un papel relevante biológico en nuestro organismo. Sin embargo, si son de gran interés sus aplicaciones tecnológico-industriales, aparte de su función como reserva, patrón monetario o sus aleaciones en joyería y fabricación de monedas. Su buena conductividad eléctrica, resistencia a la corrosión y una buena combinación de propiedades químicas y físicas, extendió su uso, a finales del siglo XX, como metal en la industria. Sus aplicaciones específicas en electricidad, electrónica y microelectrónica son muy valiosas. En Medicina existen algunos usos terapéuticos específicos de ciertas sales de oro o de algunos de sus isótopos.
La producción mundial de oro durante el 2010 alcanzó un total de 2.500 toneladas métricas. El principal país productor es China (345), seguido por Australia (255) y Estados Unidos (230).
FORMACIÓN
El oro es un elemento que se crea en gran cantidad en las condiciones extremas que se dan en el núcleo colapsante de las supernovas: cuando la reacción de fusión nuclear cesa, las capas superiores de la estrella se desploman sobre el núcleo estelar, comprimiendo y calentando la materia hasta el punto de que los núcleos más ligeros, como por ejemplo el del hierro, se fusionan para dar lugar a otros metales más pesados (uranio, oro, etc.). Otras teorías apuntaban a que el oro se formó a partir de gases y líquidos que se elevan desde el estructura interna de la Tierra, dirigiéndose a la superficie a través de fallas de la corteza terrestre. Actualmente se piensa que las presiones y temperaturas que se dan en el interior de la Tierra no son suficientes para ocasionar la fusión nuclear de la cual surge el oro.
Respecto al oro en nuestro planeta los expertos indican que durante la formación de la Tierra, en las condiciones extremas existentes, el hierro fundido profundizó hacia el centro formando el núcleo. Este fenómeno estuvo acompañado con el arrastre de la gran mayoría de los metales preciosos existentes en nuestro planeta, tales como el oro y el platino. Ello significaría su acumulación en el núcleo y la ausencia casi total de oro en la superficie terrestre. La primera premisa es cierta y los diferentes cálculos prueban que en el núcleo de terrestre existen suficientes metales preciosos para que pudiesen cubrir la superficie de nuestro planeta con una capa de cuatro metros de espesor.
Sin embargo, respecto a la segunda conclusión, en la corteza terrestre hay oro. Los metales preciosos son decenas de miles de veces más abundante en el manto de silicatos de la Tierra que lo previsto¿ De dónde procede?.
METEORITOS
Ya se había argumentado que esta sobreabundancia fue debida a una lluvia de meteoritos que afectó a la Tierra después de que se formara el núcleo, por lo que la carga completa de oro de los meteoritos se depositarían en el manto sin perderse en el profundo interior de la Tierra. Por cierto, la posible presencia de oro en la superficie terrestre se profetiza en la Biblia (Apoc 21:15-27) al hablar de una nueva Jerusalén con calles de oro.
Ha sido ahora cuando los doctores Matthias Willbold y Tim Elliott, del Bristol Isotope Group del School of Earth Sciences han podido demostrarlo, al analizar rocas de Groenlandia formadas hace casi cuatro mil millones de años. Estas rocas proporcionan una visión única de la composición de nuestro planeta poco después de la formación del núcleo terrestre y antes del gran bombardeo de meteoritos, ocurrido hace unos 3.900 millones de años, es decir unos 600 millones de años después de la formación de la Tierra, bombardeo que depositó sobre la superficie terrestre unos 20 millones de toneladas de material cometario, por lo que que aproximadamente un 0,5% del manto terrestre proviene de la lluvia de meteoritos. Los meteoritos, al impactar, agitaron el manto de la Tierra originando gigantes procesos de convección. Posteriormente se formaron los continentes y los concentrados de metales preciosos
La investigación se ha realizado determinando con extrema precisión la composición isotópica de tungsteno en las rocas. El tungsteno (W) es un elemento muy raro (una diez millonésima parte de la masa total) y, como el oro y otros elementos, debería haber entrado en el núcleo cuando este se formó. La disminución observada de 15 partes por millón en la abundancia relativa del isótopo 182W entre las rocas de Groenlandia y las de hoy en día concuerda con la consideración de que el exceso de oro accesible en la Tierra es el resultado del subproducto del bombardeo de meteoritos.
Según Willbold, "nuestro trabajo demuestra que la mayoría de los metales preciosos, clave en nuestras economías y muchos procesos industriales, llegaron a nuestro planeta por una afortunada coincidencia, cuando la Tierra fue golpeada por el material asteroidal".
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