Unas estructuras ocultas en el manto terrestre están afectando al campo magnético del planeta

Aunque hemos sido capaces de enviar sondas al espacio interestelar a miles de millones de kilómetros, los humanos apenas hemos arañado la superficie de nuestro propio planeta. Apenas hemos atravesado la delgada corteza terrestre.

La información sobre el interior profundo de la Tierra proviene principalmente de la geofísica y es muy valiosa. Sabemos que consiste en una corteza sólida, un manto rocoso, un núcleo externo líquido y un núcleo interno sólido. Pero lo que ocurre precisamente en cada capa, y entre ellas, es un misterio. Ahora nuestra investigación utiliza el magnetismo de nuestro planeta para arrojar luz sobre la intersección más importante del interior de la Tierra: su límite núcleo-manto.

Aproximadamente 3.000 km bajo nuestros pies, el núcleo externo de la Tierra, un océano inconcebiblemente profundo de aleación de hierro fundido, se agita sin cesar para producir un campo magnético global que se extiende lejos en el espacio. Sostener esta geodínamo, y el campo de fuerza planetario que ha producido durante los últimos miles de millones de años —protegiendo a la Tierra de la radiación dañina—, requiere una gran cantidad de energía.

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Esta se transmitió al núcleo en forma de calor durante la formación de la Tierra. Pero solo se libera para impulsar la geodínamo cuando se conduce hacia fuera, hacia la roca sólida más fría que flota encima en el manto. Sin esta enorme transferencia interna de calor desde el núcleo al manto y, en última instancia, a través de la corteza hasta la superficie, la Tierra estaría magnéticamente muerta como nuestros vecinos más cercanos, Marte y Venus.

Aparecen las burbujas

Existen mapas que muestran cómo las ondas sísmicas (vibraciones de energía acústica) que atraviesan el manto rocoso de la Tierra cambian de velocidad en su parte más baja, justo encima del núcleo. Hay dos vastas regiones cerca del ecuador, bajo África y el océano Pacífico, donde las ondas sísmicas viajan más lentamente que en otros lugares.

No está claro qué hace especiales a estas grandes estructuras basales del manto inferior, o burbujas para abreviar. Están hechas de roca sólida similar al manto circundante, pero pueden tener una temperatura más alta, o una composición diferente, o ambas.

Fuertes variaciones de temperatura en la base del manto deberían afectar al núcleo líquido subyacente y al campo magnético que se genera allí. El manto sólido cambia de temperatura y fluye a una velocidad excepcionalmente lenta (milímetros por año), por lo que cualquier huella magnética de fuertes contrastes de temperatura debería persistir durante millones de años.

De las rocas a los superordenadores

Nuestro nuevo estudio presenta nuevas pruebas de que estas burbujas son más calientes que el manto inferior circundante. Y esto ha tenido un efecto notable en el campo magnético de la Tierra durante al menos los últimos cientos de millones de años.

Cuando las rocas ígneas, recientemente solidificadas a partir de magma fundido, se enfrían en la superficie de la Tierra en presencia de su campo magnético, adquieren un magnetismo permanente que está alineado con la dirección de este campo en ese momento y lugar.

Ya es bien conocido que esta dirección cambia con la latitud. Sin embargo, observamos que las direcciones magnéticas registradas por rocas de hasta 250 millones de años de antigüedad también parecían depender de dónde se habían formado las rocas en longitud. El efecto fue particularmente notable en latitudes bajas. Por lo tanto, nos preguntamos si las burbujas podrían ser responsables.

La prueba definitiva surgió al comparar estas observaciones magnéticas con simulaciones de la geodínamo ejecutadas en un superordenador. Un conjunto se ejecutó suponiendo que la velocidad de flujo de calor desde el núcleo al manto era la misma en todas partes. Los datos, o bien mostraban muy poca tendencia a que el campo magnético variase en longitud o que el campo que producían colapsaba en un estado persistentemente caótico, lo cual también es inconsistente con las observaciones.

Por el contrario, cuando colocamos un patrón en la superficie del núcleo que incluía fuertes variaciones en la cantidad de calor absorbida por el manto, los campos magnéticos se comportaron de manera diferente.

Lo más revelador fue que, al suponer que la velocidad de flujo de calor hacia las burbujas era aproximadamente la mitad que hacia otras partes más frías del manto, los campos magnéticos producidos por las simulaciones contenían estructuras longitudinales reminiscentes de los registros de rocas antiguas. Además, descubrimos que estos campos eran menos propensos a colapsar. Añadir las burbujas nos permitió reproducir el comportamiento estable observado del campo magnético de la Tierra en un rango más amplio.

Lo que parece estar ocurriendo es que las dos burbujas calientes están aislando el metal líquido debajo de ellas, impidiendo la pérdida de calor que de otro modo haría que el fluido se contrajese térmicamente y se hundiese en el núcleo. Dado que es el flujo del fluido del núcleo lo que genera más campo magnético, estos estanques estancados de metal no participan en el proceso de geodínamo.

Además, de la misma manera que un teléfono móvil puede perder su señal al colocarse dentro de una caja metálica, estas áreas estacionarias de líquido conductor actúan como pantalla para el campo magnético generado por el líquido circulante debajo. Las enormes burbujas, por lo tanto, dieron lugar a patrones característicos variantes longitudinalmente en la forma y variabilidad del campo magnético de la Tierra. Y esto se reflejó en lo registrado por rocas formadas en latitudes bajas.

La mayor parte del tiempo, la forma del campo magnético de la Tierra es bastante similar a la que produciría un imán de barra alineado con el eje de rotación del planeta. Esto es lo que hace que una brújula magnética apunte casi al norte en la mayoría de los lugares de la superficie terrestre, la mayor parte del tiempo.

Los colapsos en estados débiles y multipolares han ocurrido muchas veces a lo largo de la historia geológica, pero son bastante raros y el campo parece haberse recuperado con bastante rapidez después. En las simulaciones al menos, las burbujas parecen ayudar a que esto sea así.

Así que, aunque todavía tenemos mucho que aprender sobre qué son las burbujas y cómo se originaron, puede ser que, al ayudar a mantener el campo magnético estable y útil para la humanidad, tengamos mucho que agradecerles.