El interior de la Tierra se enfría ‘mucho más rápido de lo esperado’

Investigadores de ETH Zurich han demostrado en el laboratorio qué tan bien conduce el calor un metal común en el límite entre el núcleo y el manto de la Tierra. Esto les lleva a sospechar que el calor de la Tierra puede disiparse antes de lo que se pensaba.

La evolución de nuestro planeta es una historia de frialdad: hace 4.500 millones de años, en la superficie de la joven Tierra reinaban temperaturas extremas, y estaba cubierta por un profundo océano de magma. Durante millones de años, la superficie del planeta se enfrió para formar una corteza quebradiza. Sin embargo, la enorme energía térmica que emana del interior de la Tierra impulsa procesos dinámicos, como la convección del manto, la tectónica de placas y el vulcanismo.

Sin embargo, las preguntas sobre qué tan rápido se enfriará la Tierra y cuánto tiempo puede tomar este enfriamiento continuo para detener los procesos térmicos anteriores siguen sin respuesta.

Una posible respuesta puede estar en la conductividad térmica de los minerales que forman el límite entre el núcleo y el manto de la Tierra.

Esta capa límite es relevante porque es aquí donde las rocas pegajosas del manto de la Tierra están en contacto directo con el hierro y el níquel fundidos en caliente en el núcleo exterior del planeta. El gradiente de temperatura entre las dos capas es bastante pronunciado, por lo que es probable que fluya mucho calor aquí. La capa límite está compuesta principalmente por el mineral bridgemanita. Sin embargo, los investigadores tienen dificultades para estimar cuánto calor pasa este mineral desde el núcleo de la Tierra al manto porque la verificación experimental es muy difícil.

Ahora, el profesor de ETH Motohiko Murakami y sus colegas de la Carnegie Institution for Science han desarrollado un sofisticado sistema de medición que les permite medir la conductividad térmica de la bridgemanita en el laboratorio, en las condiciones de presión y temperatura que prevalecen dentro de la Tierra. Para las mediciones, utilizaron un sistema de medición de absorbancia óptica recientemente desarrollado en una unidad de diamante calentada por láser pulsado.

Un dispositivo de medición para determinar la conductividad térmica de la bridgemanita a alta presión y temperatura máxima. Crédito: De Murakami M, et al, 2021

“Este sistema de medición nos permite mostrar que la conductividad térmica de la bridgemanita es aproximadamente 1,5 veces más alta de lo que se suponía”, dice Murakami. Esto indica que el flujo de calor del núcleo al manto también es más alto de lo que se pensaba anteriormente. El mayor flujo de calor, a su vez, aumenta la convección en el manto y acelera el enfriamiento de la Tierra. Esto puede hacer que el movimiento de la tectónica de placas, que se sustenta en movimientos convectivos en el manto, se desacelere más rápido de lo que esperaban los investigadores en función de los valores de conductividad térmica anteriores.

Murakami y sus colegas también muestran que el rápido enfriamiento del manto alterará las fases minerales estables en el límite entre el núcleo y el manto. Cuando se enfría, la bridgemanita se convierte en el mineral post-perovskita. Pero una vez que la posperovskita aparece en el límite entre el núcleo y el manto y comienza a dominar, el enfriamiento del manto puede acelerarse, estiman los investigadores, porque este mineral conduce el calor de manera más eficiente que la bridgemanita.

«Nuestros resultados pueden darnos una nueva perspectiva sobre la evolución de la dinámica de la Tierra. Sugieren que la Tierra, al igual que los otros planetas rocosos Mercurio y MarteSe enfría y se vuelve inerte mucho más rápido de lo esperado”, explica Murakami.

Sin embargo, no puede decir cuánto tardarían, por ejemplo, las corrientes convectivas en el manto en detenerse. «Todavía no sabemos lo suficiente sobre este tipo de eventos para determinar su momento». Para hacerlo, primero se requiere una mejor comprensión de cómo funciona la convección en el manto del espacio y el tiempo. Además, los científicos deben aclarar cómo la descomposición de los elementos radiactivos en el interior de la Tierra, una de las principales fuentes de calor, afecta la dinámica del manto.

Referencia: «Conductividad térmica radiativa de la bridgemanita monocristalina en el límite entre el núcleo y el manto con implicaciones para la evolución térmica de la Tierra» por Motohiko Murakami, Alexander F. Goncharov, Nobuyoshi Miyajima, Daisuke Yamazaki y Nicholas Holtgrove, 8 de diciembre de 2021, Letras de Ciencias Planetarias y de la Tierra.
DOI: 10.1016 / j.epsl.2021.117329