Los átomos de hierro en el núcleo interno de la Tierra están en movimiento – Física Mundial

Los átomos de hierro en el núcleo interno de la Tierra están en movimiento – Física Mundial

Marca de tiempo: 29 de noviembre de 2023 9:00 a. M.

Gráfico que muestra grupos de átomos de hierro que se mueven rápidamente en un sistema modelo, cambiando su lugar en la red metálica mientras mantienen su estructura hexagonal general.
Un modelo de átomos de hierro en movimiento en el núcleo interno de la Tierra. El modelo demuestra cómo se espera que los átomos de hierro se muevan en el núcleo interno de la Tierra durante 10 picosegundos, o 10 billonésimas de segundo. (Cortesía: Zhang et al.)

Los átomos de hierro en el centro de la Tierra se mueven mucho más rápido de lo que se pensaba anteriormente, dicen investigadores de Estados Unidos y China. Los hallazgos, que se basan en simulaciones de las condiciones del núcleo interno sólido de la Tierra asistidas por aprendizaje automático, podrían arrojar nueva luz sobre las propiedades sísmicas y geodinámicas del núcleo, que no se comprenden completamente.

El núcleo interno de la Tierra está compuesto principalmente de hierro sólido y tiene varias características intrigantes. Por un lado, la velocidad de las ondas de corte (ondas elásticas que se mueven a través del cuerpo de un material) en el núcleo es excepcionalmente baja. El núcleo también tiene un índice de Poisson extremadamente alto, que es una medida de la facilidad con la que se expande en una dirección perpendicular a la dirección de compresión; a 0.45, la relación de Poisson del núcleo está más cerca de la de un líquido o de un material elástico como el caucho (0.5) que del acero o el hierro fundido (0.21-0.31).

Enfoque asistido por inteligencia artificial

Para descubrir los mecanismos físicos responsables de estas características inusuales, investigadores dirigidos por Jung Fu Lin en el Universidad de Texas en la Escuela de Geociencias de Austin Comenzó utilizando cálculos de aprendizaje automático para simular el comportamiento de decenas de miles de átomos de hierro bajo las temperaturas y presiones extremadamente altas que prevalecen en el núcleo interno. Este enfoque asistido por inteligencia artificial les permitió predecir de forma fiable el movimiento de los átomos de hierro en estas condiciones.

A continuación, corroboraron estas simulaciones con una serie de experimentos que recrearon las temperaturas y presiones extremadamente altas del núcleo interno de la Tierra. Al disparar un proyectil de rápido movimiento sobre una pequeña placa de hierro y medir las ondas de choque resultantes, pudieron calcular la velocidad del sonido en los átomos de hierro en condiciones del núcleo interno.

Movimiento colectivo del átomo de hierro.

Aunque se cree que los átomos de hierro en el núcleo interno están dispuestos en un patrón hexagonal repetitivo y compacto, los investigadores descubrieron que los grupos de átomos de hierro en sus sistemas modelo aún pueden moverse rápidamente, cambiando su lugar en la red metálica mientras mantienen el hexagonal general. estructura. Según el equipo, este movimiento colectivo podría explicar por qué las mediciones sísmicas del núcleo interno revelan un entorno con una velocidad de onda de corte mucho menor y un índice de Poisson más alto que el que se esperaría a temperaturas y presiones tan altas.

"El gran descubrimiento que hemos encontrado es que el hierro sólido se vuelve sorprendentemente blando en las profundidades de la Tierra porque sus átomos pueden moverse mucho más de lo que jamás imaginamos", explica un miembro del equipo. Yujun Zhang de la Universidad de Sichuan. "Este mayor movimiento hace que el núcleo interno sea menos rígido [y] más débil contra las fuerzas de corte".

Además de explicar la velocidad de onda de corte excepcionalmente baja y el índice de Poisson ultra alto del núcleo interno, el resultado, que se describe en PNAS, también podría arrojar luz sobre cómo el núcleo interno ayuda a impulsar la geodinamo de la Tierra. La energía de esta dinamo genera el campo magnético de nuestro planeta, un componente esencial para hacerlo habitable, ya que protege la vida de las radiaciones ionizantes nocivas en el espacio.

Los investigadores planean ahora ampliar su estudio a los interiores exoplanetarios descubiertos recientemente. "También pretendemos investigar el efecto del movimiento colectivo de los átomos sobre una variedad de otras propiedades que son esenciales para nuestra comprensión de la Tierra profunda", dice Lin. Mundo de la física.

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