¿Cómo evitó la Tierra ser similar a Marte?

En la imagen de arriba hay una representación de la Tierra, primero sin un núcleo interno; segundo, con un núcleo interno que comenzó a crecer, hace unos 550 millones de años; tercero, con un núcleo interno más externo y más interno, hace unos 450 millones de años.

Los investigadores de la Universidad de Rochester utilizaron el paleomagnetismo para determinar estas dos fechas clave en la historia del núcleo interno, que creen que restauró el campo magnético del planeta justo antes de la explosión de vida en la Tierra.

El núcleo terrestre

Aproximadamente a 2897 km bajo nuestros pies, el hierro líquido que gira en el núcleo exterior de la Tierra genera el campo magnético protector de nuestro planeta. Este campo magnético es invisible pero es vital para la vida en la superficie de la Tierra porque protege al planeta de las corrientes de viento solar de la radiación del sol.

Sin embargo, hace unos 565 millones de años, la fuerza del campo magnético disminuyó al 10 por ciento de su fuerza actual. Luego, misteriosamente, el campo se recuperó, recuperando su fuerza justo antes de la explosión cámbrica de vida multicelular en la Tierra.

¿Qué causó que el campo magnético cambiará?

Según una nueva investigación de científicos de la Universidad de Rochester, este rejuvenecimiento ocurrió en unas pocas decenas de millones de años, rápido en escalas de tiempo geológicas, y coincidió con la formación del núcleo interno sólido de la Tierra, lo que sugiere que el núcleo es probablemente una causa directa.

"El núcleo interno es tremendamente importante", dijo John Tarduno, profesor de geofísica en el Departamento de Ciencias Ambientales y de la Tierra y decano de investigación de Artes, Ciencias e Ingeniería en Rochester. "Justo antes de que el núcleo interno comenzara a crecer, el campo magnético estaba a punto de colapsar, pero tan pronto como el núcleo interno comenzó a crecer, el campo se regeneró".

En el artículo, publicado en Nature Communications, los investigadores determinaron varias fechas clave en la historia del núcleo interno, incluida una estimación más precisa de su edad. La investigación proporciona pistas sobre la historia y la evolución futura de la Tierra y cómo se convirtió en un planeta habitable, así como la evolución de otros planetas del sistema solar.

Desbloqueando información en rocas antiguas

La Tierra está compuesta por capas: la corteza, donde se sitúa la vida; el manto, la capa más gruesa de la Tierra; el núcleo exterior fundido; y el núcleo interno sólido.

Debido a la relación del campo magnético con el núcleo de la Tierra, los científicos han intentado durante décadas determinar cómo han cambiado el campo magnético y el núcleo de la Tierra a lo largo de la historia de nuestro planeta. No pueden medir directamente el campo magnético debido a la ubicación y las temperaturas extremas de los materiales en el núcleo. Afortunadamente, los minerales que suben a la superficie de la Tierra contienen diminutas partículas magnéticas que bloquean la dirección y la intensidad del campo magnético en el momento en que los minerales se enfrían desde su estado fundido.

Para limitar mejor la edad y el crecimiento del núcleo interno, Tarduno y su equipo utilizaron un láser de CO2 y el magnetómetro del dispositivo de interferencia cuántica superconductora (SQUID) del laboratorio para analizar los cristales de feldespato de la roca anortosita. Estos cristales tienen diminutas agujas magnéticas en su interior que son "grabadores magnéticos perfectos", dice Tarduno.

Al estudiar el magnetismo encerrado en cristales antiguos, un campo conocido como paleomagnetismo, los investigadores determinaron dos nuevas fechas importantes en la historia del núcleo interno:

Hace más de 550 millones de años: el momento en que el campo magnético comenzó a renovarse rápidamente después de un casi colapso 15 millones de años antes. Los investigadores atribuyen la rápida renovación del campo magnético a la formación de un núcleo interno sólido que recargó el núcleo externo fundido y restauró la fuerza del campo magnético.

Hace más de 450 millones de años: el momento en que la estructura del núcleo interno en crecimiento cambió, marcando el límite entre el núcleo interno más interno y el más externo. Estos cambios en el núcleo interno coinciden con cambios casi al mismo tiempo en la estructura del manto suprayacente, debido a la tectónica de placas en la superficie.

"Debido a que restringimos la edad del núcleo interno con mayor precisión, pudimos explorar el hecho de que el núcleo interno actual en realidad se compone de dos partes", dice Tarduno. "Los movimientos de placas tectónicas en la superficie de la Tierra afectaron indirectamente al núcleo interno, y la historia de estos movimientos está impresa en lo profundo de la Tierra en la estructura del núcleo interno".

Evitando un destino similar al de Marte

Comprender mejor la dinámica y el crecimiento del núcleo interno y el campo magnético tiene implicaciones importantes, no solo para descubrir el pasado de la Tierra y predecir su futuro, sino también para desentrañar las formas en que otros planetas podrían formar escudos magnéticos y sustentar las condiciones necesarias para albergar vida.

Los investigadores creen que Marte, por ejemplo, una vez tuvo un campo magnético, pero el campo se disipó, dejando al planeta vulnerable al viento solar y la superficie sin océano. Si bien no está claro si la ausencia de un campo magnético habría causado que la Tierra corriera el mismo destino, "la Tierra ciertamente habría perdido mucha más agua si el campo magnético de la Tierra no se hubiera regenerado", dice Tarduno. "El planeta sería mucho más seco y muy diferente al planeta actual".

Entonces, en términos de evolución planetaria, la investigación enfatiza la importancia de un escudo magnético y un mecanismo para sostenerlo, dice.

"Esta investigación realmente destaca la necesidad de tener algo así como un núcleo interno en crecimiento que sostenga un campo magnético durante toda la vida útil, muchos miles de millones de años, de un planeta".

Referencia

Early Cambrian renewal of the geodynamo and the origin of inner core structure. Tinghong Zhou, et al. 2022. Nature Communications. Article number: 4161 (2022) https://www.nature.com/articles/s41467-022-31677-7