O núcleo externo da Terra é a parte líquida do núcleo terrestre, situada entre o núcleo interno e o manto terrestre. Os seus límites son as descontinuidades de Gutenberg e de Lehmann. Igual que o núcleo interno, o externo é unha aliaxe metálica, constituída principalmente por ferro e níquel. O líquido do núcleo externo presenta movementos convectivos rápidos que inducen un efecto dínamo que orixina o campo magnético terrestre.
Estrutura
O estudo das ondas sísmicas que se propagan polo interior da Terra permitiron a Richard Oldham[1] propoñer a existencia dun núcleo central, máis denso, no interior da Terra. As ondas sísmicas P, primarias ou de compresión, refráctanse no límite entre o manto e o núcleo situado a 2 900 km de profundidade, deixando unha "zona de sombra" na superficie da Terra, na cal non se detectan nos sismógrafos as ondas P do terremoto estudado. Esta zoma de sombra está situada a unha distancia de 103° a 142° do epicentro do seísmo (ver figura). Esta descontinuidade sísmica denomínase descontinuidade de Gutenberg, polo nome do sismólogo alemán Beno Gutenberg, que descubriu esta interface en 1914.[2]
Máis tarde, en 1926, Harold Jeffreys propuxo a natureza fluída da materia do núcleo externo utilizando diferentes argumentos como a ausencia de ondas S, secundarias ou de cizalla no núcleo externo.[3]
En 1936, a sismóloga danesa Inge Lehmann descubriu algúns sinais sísmicos na zona de sombra. Interpretou estes sinais como a refracción das ondas P na superficie dun núcleo terrestre sólido situado na parte central do núcleo, descubrindo así o núcleo interno.[4]
Esta estrutura do núcleo foi confirmada pola sismoloxía moderna e especialmente polo modelo inverso PREM (do inglés Preliminary Reference Earth Model, Modelo da Terra de Referencia Preliminar).[5] Segundo o PREM, o núcleo externo actual é unha capa intermediaria que comeza na superficie do núcleo interno, a 1 220 km (±5 km) desde o centro da Terra e termina na base do manto, a 3 480 km (±10 km) desde o centro da Terra.[6]
A presión estática pode deducirse do coñecemento da densidade en función da profundidade (e, por tanto, da gravidade). Na base do núcleo líquido hai unha presión de 330 GPa e de 130 GPa na superficie do núcleo.[7]
Igual que a superficie terrestre está achatada nos polos (achatamento f = 1/298,257), o que está causado pola rotación,[8] os núcleos externo e interno son tamén esferoides achatados (con f = 1/393 e 1/416, respectivamente). O achatamento polar dos núcleos externo e interno pode determinarse con gran precisión grazas á observación das nutacións terrestres.[9]
Composición
Non hai observacións directas da materia que forma o núcleo terrestre. O estudo químico dos meteoritos permitiu aos xeoquímicos construír un modelo da Terra que por sustracción do manto terrestre dos meteoritos non diferenciados permite deducir que o núcleo terrestre está principalmente constituído por ferro e algo de níquel. Como a densidade do material medido polos sismólogos é grosso modo comparable ao do ferro nas condicións de presión e temperatura da zona central da Terra, considérase que o núcleo está formado principalmente de ferro.
Porén, a gran precisión das medidas da densidade do ferro puro no laboratorio nas condicións de presións e de temperatura do núcleo terrestre mostra que a densidade do líquido do núcleo líquido alí é lixeiramente inferior á do ferro puro (da orde do 10%). O líquido do núcleo sería, pois, unha aliaxe de ferro e de elementos máis lixeiros como o silicio, oxíxeno, xofre e carbono.[10][11]
Durante o proceso de acreción da Terra, os meteoritos (e protoplanetas) fundíronse ao impactaren coa Terra. O ferro (e o níquel), que eran máis densos que outros compoñentes terrestres escoaron cara á parate central do planeta para formar alí o núcleo líquido. Este proceso de diferenciación entre o núcleo e o manto seguramente foi bastante rápido (<100 millóns de anos). Durante a súa migración cara ao centro, o ferro en fusión en contacto coas rochas silicatadas recolleu certos elementos químicos[12]. Entre eles, os elementos siderófilos, que hoxe parecen faltar no manto terrestre en comparación coa súa presenza nos meteoritos. Entre eles, o ouro, o cobalto, o manganeso, o platino... mais tamén elementos lixeiros que formaron a aliaxe do núcleo líquido.[13]
Durante o arrefriamento posterior da Terra, o líquido foi cristalizando formando o núcleo interno no centro do núcleo líquido. A densidade do núcleo interno, segundo os sismólogos, é maior que a do núcleo líquido que o rodea. Sería, pois, máis puro en ferro, o que, en consecuencia, faría que no núcleo líquido se concentrasen cada vez máis elementos lixeiros a medida que o núcleo interno crecía.
A súa temperatura deduciuse das medidas de temperatura de fusión do ferro a alta presión feitas en 2013 no ESRF (European Synchrotron Radiation Facility, Laboratorio Europeo de Radiación Sincrotrón).[14] Á presión da superficie do núcleo terrestre, a temperatura de fusión do ferro é da orde de 5 000 K. Segundo os estudos e a composición das aliaxes, esta temperatura varía moito, de 500 a 1 000 K. Supoñendo un núcleo líquido termodinamicamente iséntropo, pódese estimar que a temperatura na superficie do núcleo líquido é uns 2 000 K menor que na súa base.
Dinámica
O fluído do núcleo líquido é moi pouco viscoso. A viscosidade do líquido contido no núcleo estímana os xeofísicos observando a evolución da rotación da Terra. Un líquido viscoso "adheriría" fortemente o núcleo ao manto terrestre e a atenuación das oscilacións do eixe de rotación da Terra[15] (precesión e nutación) quedarían moi afectadas.[16] Non obstante, outros métodos de avaliación conducen a resultados moi diferentes, polo que a viscosidade do núcleo líquido permanece bastante mal determinada. Por iso, nunha primeira aproximación, considérase que o líquido do núcleo ten a mesma viscosidade dinámica que a auga. Igual que ocorre cos océanos da superficie terrestre, a dinámica do núcleo vai estar moi influenciada pola rotación da Terra.
O arrefriamento da Terra implica movementos de convección térmica no núcleo externo. A materia quente, máis lixeira, ascende no campo gravitatorio en relación á materia arrefriada da superficie, máis densa, que tenderá a descender cara ao núcleo. A forza de Coriolis orixina un enrolamento da materia en forma de remuíños[17]. A causa da predominancia da forza de Coriolis, os remuíños alíñanse segundo o eixe de rotación da Terra. Estes remuíños propáganse no núcleo terrestre en forma dunha onda chamada na atmosfera e océanos terrestres onda de Rossby.[18] Este aliñamento dos remuíños co eixe de rotación, tamén chamada xeostrofia, explica por que o campo magnético producido no núcleo está tamén como media aliñado co eixe de rotación.
Outra fonte de movemento no núcleo líquido é a convección composicional, a cal resulta da cristalización fraccionada do líquido do núcleo externo, que fai crecer o núcleo interno. A aliaxe de ferro-níquel que se deposita na superficie do núcleo interno é máis pura que o metal líquido no que precipita, o proceso de solidificación libera elementos lixeiros (as impurezas) na base do núcleo externo. O metal líquido a este nivel é máis lixeiro, é dinamicamente inestable e ascende a través do núcleo externo, mesturándose progresivamente co resto do líquido.
A velocidade das correntes de convección do núcleo externo dedúcense da variación temporal do campo magnético. As velocidades típicas son da orde de mm/s (3,6 m/h).
Dínamo
O núcleo externo presenta movementos convectivos rápidos que inducen un efecto dínamo,[19] que é a orixe do campo magnético terrestre.[20]
Notas
Véxase tamén
Wikiwand in your browser!
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.