Una danza de átomos de hierro se desarrolla en el núcleo interno de la Tierra

Los átomos de hierro que forman el núcleo interno sólido de la Tierra están estrechamente unidos por presiones astronómicamente altas, las más altas del planeta. Sin embargo, a pesar de esto los científicos han demostrado que los átomos en el núcleo interno se mueven mucho más de lo que se pensaba anteriormente: desarrollan una danza con sugerentes y sutiles movimientos, similares a los que realizan los invitados a una cena cuando cambian de asiento en una mesa.

Un equipo internacional de investigadores, dirigido por la Universidad de Texas en Austin, en Estados Unidos, y colaboradores en China, reveló que ciertos grupos de átomos de hierro en el núcleo interno de la Tierra se mueven a enormes velocidades e intercambian sus posiciones, mientras mantienen al mismo tiempo la estructura metálica subyacente del hierro. 

Un baile con sutiles movimientos

Este tipo de movimiento, conocido como “movimiento colectivo”, es similar al que llevan adelante las personas que intercambian asientos en una mesa durante una cena, según una nota de prensa. Esto significa que hay una rápida modificación en las ubicaciones, pero sin que se pierda la estructura general del sistema a pesar de estos cambios. 

En concreto, los científicos sostienen que los átomos de hierro en el núcleo interno están dispuestos en una configuración hexagonal repetitiva. Según los especialistas, la mayoría de los modelos informáticos que representan la dinámica del hierro en el núcleo interno muestran sólo un pequeño número de átomos, habitualmente menos de cien. 

En el nuevo estudio, publicado recientemente en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, los especialistas aplicaron un algoritmo de Inteligencia Artificial (IA) para reforzar significativamente el entorno atómico, creando una "supercélula" de unos 30.000 átomos: esto les permitió predecir de forma más fiable las propiedades del hierro.

El movimiento de los átomos de hierro en el núcleo interno de la Tierra podría explicar algunas propiedades extrañas de esta estructura. Crédito: Universidad de Texas / YouTube.

Un núcleo de hierro sólido, pero blando al mismo tiempo

"Ahora conocemos el mecanismo fundamental que nos permitirá comprender los procesos dinámicos y la evolución del núcleo interno de la Tierra", indicó en el comunicado citado previamente el científico Jung-Fu Lin, profesor de la Escuela de Geociencias Jackson de la Universidad de Texas y uno de los autores principales del estudio. Todo indica que el movimiento atómico identificado podría explicar por qué las mediciones sísmicas del núcleo interno muestran un entorno mucho más suave y maleable de lo que se esperaría a tales presiones, las más elevadas que se conocen en la Tierra.

"Los sismólogos han descubierto que el centro de la Tierra, llamado núcleo interno, es sorprendentemente suave. Nuestro principal hallazgo explica por qué el hierro sólido se vuelve sorprendentemente blando en las profundidades de la Tierra, a pesar de las enormes presiones: se debe a que sus átomos pueden moverse mucho más de lo que jamás imaginamos. Esta mayor dinámica hace que el núcleo interno sea menos rígido y más débil, aunque manteniendo al mismo tiempo su estructura", agregó Youjun Zhang, profesor de la Universidad de Sichuan, en China, y otro de los autores principales de la investigación.

A la escala de supercélula desarrollada con IA , los científicos observaron grupos de átomos moviéndose y cambiando de lugar en fracciones de segundo, mientras mantenían la estructura hexagonal general. Los resultados podrían ayudar a explicar numerosas propiedades del núcleo interno que han desconcertado hasta hoy a los científicos, además de arrojar luz sobre el papel que desempeña esta estructura en el impulso de la geodinamo de la Tierra, el proceso que genera el campo magnético del planeta.

Referencia

Collective motion in hcp-Fe at Earth’s inner core conditions. Youjun Zhang et al. PNAS (2023). DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.2309952120