Un equipo de investigación internacional puede haber encontrado una explicación para las anomalías sísmicas, las notables desviaciones en el comportamiento de las ondas sísmicas, en el núcleo interno de la Tierra.
por Kathrin Kottke, Universidad de Münster
Un equipo liderado por científicos de la Universidad de Münster e integrado por miembros del Sincrotrón Electrónico Alemán (DESY), la Universidad de Lille y el Sistema Europeo de Radiación Sincrotrón (ESRF) ha simulado las condiciones de alta presión y temperatura del interior profundo de la Tierra. Estudiaron el comportamiento plástico-elástico de aleaciones de hierro, silicio y carbono utilizando la fuente de luz PETRA III del DESY en Hamburgo.
Los resultados de estos experimentos, al extrapolarlos a las condiciones del núcleo interno de la Tierra, revelan que la estratificación similar a una cebolla inducida a través de la mezcla de carbono y silicio agregada al hierro puro puede explicar las anomalías sísmicas detectadas en el núcleo de la Tierra.
Los investigadores han publicado sus hallazgos en la revista Nature Communications .
Composición del núcleo de la Tierra y anomalías sísmicas
El núcleo terrestre está compuesto predominantemente de hierro. Sin embargo, también contiene pequeñas concentraciones de elementos más ligeros que forman aleaciones de hierro, como el silicio, el carbono y el oxígeno. Mientras que el núcleo externo es líquido, el núcleo interno es sólido y se cree que está compuesto de estas aleaciones de hierro.
Los sismólogos han observado en el núcleo interno que las ondas sonoras compresivas, generadas por eventos como terremotos, viajan entre un 3 % y un 4 % más rápido en paralelo al eje de rotación terrestre que las que viajan en el plano ecuatorial. Estas anomalías en la velocidad de las ondas sísmicas, denominadas anisotropía, presentan magnitudes diferentes al comparar las partes externa e interna del núcleo interno.
«Existen varias hipótesis sobre el origen de estas anisotropías», afirma la profesora Carmen Sánchez-Valle, del Instituto de Mineralogía de la Universidad de Münster.
Una posible explicación ha sido la aparición de un fenómeno llamado orientación reticular preferida (LPO), en el que los cristales de las aleaciones cambian de orientación debido a patrones de convección térmica o crecimiento preferencial intrínseco.
Enfoque experimental para el estudio de las aleaciones de hierro
Desafortunadamente, existen muy pocos datos experimentales sobre cómo podría verse dicho LPO en el núcleo de hierro de la Tierra, y no existen datos sobre el LPO de mezclas de aleaciones de hierro, silicio y carbono. Por lo tanto, nos propusimos estudiar el efecto combinado del silicio y el carbono en el comportamiento de deformación del hierro, afirma Sánchez-Valle.
Para estudiar el comportamiento de deformación de las aleaciones de hierro, el equipo de Sanchez-Valle y su líder, Ilya Kupenko, sintetizaron aleaciones de hierro, silicio y carbono. En la línea de luz P02.2 de Ciencia de Condiciones Extremas en PETRA III, el equipo cargó las aleaciones en un dispositivo de generación de estados extremos llamado celda de yunque de diamante, que consta de dos diamantes opuestos con puntas aplanadas que comprimen la muestra a condiciones extraordinarias de presión y alta temperatura.
Para este experimento, la aleación se comprimió inicialmente, luego se calentó a más de 820° C y luego se comprimió aún más a alrededor de un millón de veces la presión atmosférica.
Hallazgos del análisis de rayos X e implicaciones
Los científicos observaron a partir del análisis de rayos X en PETRA III que durante la compresión de la aleación de hierro policristalino, la muestra desarrolló LPO.
«Pudimos decodificar el LPO mediante difracción de rayos X perpendicular al eje de compresión», explica el primer autor Efim Kolesnikov, que era estudiante de doctorado en la Universidad de Münster cuando tuvo lugar el experimento.
El método de rayos X utilizado en la muestra, conocido como difracción radial, ha sido ampliamente desarrollado en P02.2.
«Los patrones de difracción se analizaron después del experimento para derivar las propiedades plásticas (específicamente, el límite elástico y la viscosidad) de las aleaciones de hierro, silicio y carbono, que se modelaron aún más a través de la teoría para extrapolarlas a las condiciones del núcleo interno», dice Kolesnikov.
A partir de las propiedades de plasticidad, el equipo calculó la diferencia entre las velocidades del sonido compresivo en la aleación de hierro-silicio-carbono en las condiciones del núcleo interno y las comparó con la del hierro puro. El resultado: las diferencias en la anisotropía podrían estar relacionadas con un gradiente composicional, ya que el porcentaje de contenido de hierro aumenta con la profundidad del núcleo.
«Esto coincide con las diferentes anisotropías de velocidades observadas en los perfiles sísmicos», dice el líder del equipo Kupenko.
Más información: Efim Kolesnikov et al., Anisotropía dependiente de la profundidad en el núcleo interno de la Tierra vinculada a la estratificación química, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-67067-y
