Núcleo externo

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 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 2900 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. 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.
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.
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). Segundo o PREM, o núcleo externo actual é unha capa intermediaria que comeza na superficie do núcleo interno, a 1220 km (±5 km) desde o centro da Terra e termina na base do manto, a 3480 km (±10 km) desde o centro da Terra.
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.
Igual que a superficie terrestre está achatada nos polos (achatamento f
1/298, 257), o que está causado pola rotación, 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. 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.
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. 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.
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). Á presión da superficie do núcleo terrestre, a temperatura de fusión do ferro é da orde de 5000 K. Segundo os estudos e a composición das aliaxes, esta temperatura varía moito, de 500 a 1000 K. Supoñendo un núcleo líquido termodinamicamente iséntropo, pódese estimar que a temperatura na superficie do núcleo líquido é uns 2000 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 (precesión e nutación) quedarían moi afectadas. 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. 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. 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, que é a orixe do campo magnético terrestre.