Núcleo de la Tierra: definición, partes y características

El núcleo de la Tierra es la región más profunda de nuestro planeta. Se encuentra bajo el manto y está formado principalmente por materiales metálicos sometidos a temperaturas y presiones extremas. Aunque no podemos llegar directamente hasta él, los científicos han podido conocer muchas de sus propiedades mediante el estudio de las ondas sísmicas, el campo magnético terrestre, la composición de los meteoritos y los modelos físicos del interior planetario.

Resumen

El núcleo terrestre es la región más profunda de la Tierra, situada bajo el manto y formada principalmente por hierro y níquel. Se divide en núcleo externo líquido y núcleo interno sólido, debido a las diferencias de presión y temperatura. El movimiento del metal externo produce el campo magnético terrestre mediante la geodinamo. Su estructura y composición se conocen gracias a ondas sísmicas, meteoritos, datos gravitatorios y experimentos de laboratorio. También libera calor hacia el manto.

¿Qué es el núcleo de la Tierra?

El núcleo terrestre es la capa interna situada en el centro de la Tierra. Comienza aproximadamente a 2.900 kilómetros de profundidad, en el límite con el manto, y llega hasta el centro del planeta, a unos 6.371 kilómetros de profundidad. Tiene un radio aproximado de 3.480 kilómetros, por lo que es una estructura enorme, aunque representa cerca del 15 % del volumen terrestre y alrededor del 32 % de su masa.

Esta región no es uniforme. Se divide en dos zonas principales:

• Núcleo externo: está formado por metal líquido y rodea al núcleo interno.
• Núcleo interno: es una esfera sólida situada en el centro de la Tierra.

Las dos partes contienen sobre todo hierro y níquel, aunque también se cree que incluyen pequeñas cantidades de elementos más ligeros, como azufre, oxígeno, silicio, carbono o hidrógeno. Las proporciones exactas todavía se investigan porque las muestras directas del núcleo no están disponibles.

¿Cómo se formó el núcleo terrestre?

La formación del núcleo está relacionada con el origen de la Tierra, hace unos 4.600 millones de años. En sus primeras etapas, nuestro planeta acumuló materiales procedentes del disco de gas y polvo que rodeaba al Sol joven. Los choques entre estos cuerpos liberaron una gran cantidad de energía y elevaron la temperatura del planeta en formación.

En aquella Tierra primitiva, una parte importante de los materiales se fundió o se volvió lo bastante blanda como para desplazarse. Los elementos más densos, especialmente el hierro y el níquel, tendieron a hundirse hacia el centro. Los materiales menos densos quedaron en regiones superiores y contribuyeron a formar el manto y la corteza.

Este proceso recibe el nombre de diferenciación planetaria. Gracias a él, la Tierra adquirió una estructura formada por capas con distinta composición y densidad. Al principio, el núcleo debió de estar prácticamente fundido. Con el enfriamiento progresivo del planeta y el efecto de la enorme presión interior, una parte del hierro comenzó a solidificarse en el centro. Así se originó el núcleo interno, mientras que la zona que lo rodea permanece líquida.

Características principales del núcleo de la Tierra

El núcleo presenta condiciones muy diferentes de las que existen en la superficie. Sus principales características son las siguientes:

• Su radio es de aproximadamente 3.480 kilómetros.
• Está compuesto principalmente por hierro y níquel, junto con pequeñas cantidades de elementos ligeros.
• La densidad media de sus materiales es muy elevada y aumenta hacia el centro. Los valores estimados se sitúan aproximadamente entre 10.000 y 13.000 kg/m³.
• La temperatura puede alcanzar varios miles de grados centígrados. En las zonas más profundas se estima que ronda los 5.000 o 6.000 °C, aunque las cifras dependen del modelo utilizado.
• La presión es millones de veces mayor que la presión atmosférica de la superficie.
• El núcleo externo es líquido, mientras que el interno es sólido.
• El movimiento del metal líquido del núcleo externo genera el campo magnético terrestre.
• El núcleo libera calor hacia las capas superiores y contribuye a mantener la actividad interna del planeta.

En ocasiones se emplea el término endosfera para referirse a la región más interna de la Tierra. Sin embargo, en muchos modelos que describen las capas por su composición química se utiliza simplemente la palabra núcleo. Conviene no confundir estas clasificaciones, porque la Tierra puede dividirse de distintas maneras según se estudie su composición, su estado físico o su comportamiento mecánico.

¿Dónde se encuentra el núcleo?

La Tierra está formada, de manera general, por corteza, manto y núcleo. La corteza es la capa rocosa más superficial y relativamente delgada. Debajo se encuentra el manto, que llega hasta unos 2.900 kilómetros de profundidad. A partir de ese límite comienza el núcleo.

Si se atiende al estado físico y a la forma en que se comportan los materiales, también se distinguen capas como la litosfera, la astenosfera y otras zonas del interior terrestre. Estas divisiones no son exactamente iguales que corteza, manto y núcleo, ya que responden a criterios diferentes.

El límite entre el manto y el núcleo se conoce como discontinuidad de Gutenberg. A una profundidad aproximada de 5.150 kilómetros se encuentra la frontera entre el núcleo externo y el núcleo interno, denominada habitualmente discontinuidad de Lehmann.

Partes del núcleo: externo e interno

Núcleo externo

El núcleo externo es una capa de metal líquido situada entre el manto y el núcleo interno. Tiene un espesor aproximado de 2.260 kilómetros. Su composición está dominada por hierro y níquel, aunque la presencia de elementos ligeros ayuda a explicar que su densidad sea menor que la que tendría una mezcla formada únicamente por hierro y níquel.

La temperatura del núcleo externo aumenta con la profundidad. A pesar de que el material está a temperaturas muy elevadas, continúa en estado líquido porque la presión no es suficiente para solidificarlo en toda esa región. El metal líquido puede desplazarse mediante corrientes de convección: las zonas más calientes ascienden y las más frías descienden.

Las ondas sísmicas aportan una prueba importante sobre su estado. Las ondas S, también llamadas ondas secundarias o de cizalla, no atraviesan los líquidos. Cuando los terremotos producen ondas sísmicas, la ausencia de ondas S en determinadas zonas del planeta indica que existe una capa líquida en el interior. Las ondas P, en cambio, sí pueden atravesar líquidos, aunque cambian de velocidad y dirección al entrar en el núcleo externo.

Núcleo interno

El núcleo interno es la parte central de la Tierra. Su radio es de unos 1.220 kilómetros, una medida comparable a la de la Luna, aunque su composición, temperatura y presión son muy diferentes. Está formado principalmente por hierro y níquel en estado sólido.

Que el núcleo interno sea sólido no significa que tenga una temperatura baja. De hecho, allí se alcanzan temperaturas de varios miles de grados. La razón por la que no se encuentra completamente fundido es la presión extraordinaria que existe en el centro del planeta. Esa presión eleva la temperatura necesaria para que el hierro se funda.

El núcleo interno puede presentar una estructura cristalina y un comportamiento distinto según la dirección en la que se propaguen las ondas sísmicas. Este fenómeno, llamado anisotropía, es una de las pistas que utilizan los investigadores para estudiar la organización de los materiales de esa región.

¿Cómo sabemos qué hay en el núcleo?

El conocimiento del núcleo procede de varias líneas de investigación. La más importante es el análisis de las ondas producidas por los terremotos. Estas ondas atraviesan el interior de la Tierra y se registran en estaciones sismológicas situadas en distintos lugares del planeta. Al observar cómo se aceleran, se desvían, se reflejan o desaparecen, los científicos pueden deducir la profundidad y el estado físico de las capas atravesadas.

También se estudian los meteoritos, sobre todo aquellos que contienen hierro y níquel. Muchos meteoritos conservan materiales formados durante las primeras etapas del sistema solar. Su composición no demuestra por sí sola cómo es el núcleo terrestre, pero proporciona información útil sobre los elementos disponibles cuando se formaron los planetas.

Otra fuente de datos es el campo gravitatorio. Las variaciones de la gravedad en distintos puntos de la superficie permiten estimar cómo se distribuye la masa en el interior del planeta. Los experimentos de laboratorio con hierro y otros elementos, sometidos a altas presiones y temperaturas, completan estos modelos.

En 1936, la sismóloga danesa Inge Lehmann propuso que el núcleo no era una única masa líquida, sino que contenía una región interna sólida. Su interpretación se apoyó en el comportamiento de las ondas sísmicas que atravesaban el planeta. Posteriores observaciones y cálculos confirmaron la existencia del núcleo interno.

¿Cuál es la función del núcleo de la Tierra?

La función más conocida del núcleo está relacionada con la creación del campo magnético terrestre. Este campo se origina principalmente en el núcleo externo, donde el hierro líquido conductor se mueve. La convección del metal, combinada con la rotación de la Tierra, produce corrientes eléctricas. Estas corrientes generan el campo magnético mediante un mecanismo denominado geodinamo.

El campo magnético se extiende alrededor del planeta y forma la magnetosfera. Esta región desvía una parte de las partículas cargadas que llegan desde el Sol en el viento solar. La protección no es absoluta, pero reduce la cantidad de partículas que alcanzan directamente las capas superiores de la atmósfera.

La magnetosfera también está relacionada con fenómenos como las auroras polares. Las auroras aparecen cuando partículas energéticas interactúan con los gases de la atmósfera, especialmente cerca de las regiones polares, donde las líneas del campo magnético favorecen su entrada. La orientación de algunas especies animales también puede verse influida por el campo magnético, aunque los mecanismos biológicos concretos son objeto de investigación.

El núcleo desempeña además un papel en el equilibrio térmico del interior terrestre. El calor que conserva desde la formación del planeta y el calor producido por la desintegración de algunos elementos radiactivos se transmite lentamente hacia el manto. Ese flujo de energía contribuye a mantener movimientos internos y está relacionado con la dinámica geológica de la Tierra.

¿Qué hay exactamente en el núcleo interno?

La respuesta más aceptada es que el núcleo interno contiene sobre todo hierro y una proporción menor de níquel. También debe incluir elementos más ligeros, porque la densidad calculada a partir de los datos sísmicos es inferior a la que tendría hierro puro sometido a las mismas condiciones. Entre los elementos propuestos se encuentran el azufre, el oxígeno, el silicio, el carbono y el hidrógeno.

No se puede afirmar una proporción única y completamente segura para cada elemento. Las estimaciones cambian según el modelo de temperatura, presión y composición que se utilice. Por ello, expresiones como “90 % de hierro y 10 % de níquel” deben entenderse como aproximaciones simplificadas y no como un análisis directo de una muestra del núcleo.

El núcleo interno sigue creciendo muy lentamente a medida que el núcleo externo pierde calor y parte del hierro líquido se solidifica. Este proceso libera energía y puede modificar la composición del líquido restante. Las diferencias de temperatura y composición favorecen nuevas corrientes en el núcleo externo, que mantienen activo el mecanismo responsable del campo magnético.

El núcleo y las capas de la Tierra

Para estudiar el planeta completo, conviene relacionar el núcleo con las capas que lo rodean:

• Corteza: es la capa superficial sólida en la que se encuentran los continentes y los fondos oceánicos.
• Manto: es una región rocosa muy extensa. Aunque en general es sólido, puede deformarse lentamente durante periodos geológicos muy largos.
• Núcleo externo: está compuesto por metal líquido en movimiento y genera la mayor parte del campo magnético.
• Núcleo interno: es la zona central, sólida debido a la enorme presión.

Estas capas no deben imaginarse como compartimentos completamente aislados. Intercambian calor y están conectadas por procesos que se desarrollan durante millones de años. El estudio del núcleo permite comprender mejor el campo magnético, la evolución de la Tierra y la forma en que funciona el interior de un planeta rocoso.