La duración promedio de un día terrestre es de 24 horas, pero en la práctica nunca es exactamente igual. Los relojes de alta precisión detectan variaciones de apenas milisegundos que, con el paso de las décadas, se acumulan o se reducen.
Una investigación reciente, liderada por la Universidad de Alberta, propone que esos cambios tienen su origen en fuerzas gravitacionales y magnéticas que se generan en el interior del planeta. El estudio fue publicado en la prestigiosa revista Nature.
Según los físicos Huifeng Zhang y Mathieu Dumberry, las oscilaciones en la duración del día están vinculadas al comportamiento del núcleo interno, esa esfera sólida que ocupa el centro de la Tierra. El modelo desarrollado por los investigadores indica que dicha estructura ejerce un tirón gravitacional sobre el manto, la capa rocosa que incluye la corteza terrestre.
Esta idea da respuesta a una pregunta que los científicos se hacían desde hace décadas. Ya se sabía que el núcleo y el manto intercambian momento angular (una magnitud que depende de la masa, la velocidad y la distribución del movimiento de un cuerpo en rotación), pero faltaba determinar el mecanismo exacto que regula ese intercambio.
Los nuevos cálculos muestran que la gravedad del núcleo interno es determinante, aunque su influencia se encuentra con dos obstáculos: las fuerzas electromagnéticas y la fricción en la frontera que separa el núcleo del manto. El resultado es un sistema de compensaciones: cuando una capa interna cambia su velocidad, otra modifica su giro en sentido contrario.
Para una persona común, la diferencia es imperceptible. Un milisegundo equivale a una milésima de segundo. Sin embargo, para la geofísica, estas variaciones representan una ventana para estudiar regiones que se encuentran a miles de kilómetros bajo la superficie y que no pueden analizarse de forma directa.
Capas terrestres que nunca giran al mismo ritmo
La Tierra no rota como una esfera compacta donde todas sus partes se mueven a la misma velocidad. Su estructura interna está compuesta por capas con diferentes composiciones, temperaturas y propiedades físicas. El manto, de unos 3.000 kilómetros de espesor, rodea al núcleo y sostiene la corteza donde vivimos los seres humanos. Más abajo se encuentra el núcleo externo, una masa de metal fundido, y en el centro está el núcleo interno, que es material sólido.
El movimiento del núcleo externo líquido contribuye a generar el campo magnético de la Tierra. Hace aproximadamente tres décadas, los cambios en ese campo revelaron que la rotación profunda tampoco mantiene un ritmo constante. En ciertos períodos el núcleo gana velocidad; en otros, la pierde. Cada modificación obliga al resto del sistema a ajustarse.
El manto y la corteza determinan la duración exacta del día, pues son las capas ligadas a la superficie. Si el manto se desacelera aunque sea mínimamente, el planeta tarda un poco más en completar una vuelta y el día se alarga. Si acelera, la jornada se acorta.
La forma irregular del núcleo interno transmite un tirón al manto
El núcleo interno parece una esfera, pero no es perfectamente redondo. Esa irregularidad es clave para la investigación. Las partes de la Tierra con distribuciones de masa desiguales ejercen atracción gravitacional entre sí, por lo que el núcleo interno y el manto tienden a buscar una alineación determinada.
Los autores describen esta interacción como un par gravitacional, una fuerza capaz de modificar la velocidad de rotación del manto. Cuando el núcleo interno rota de forma diferencial respecto a las capas superiores, su geometría irregular interactúa con las diferencias de masa del manto, generando una torsión que altera —en una proporción muy pequeña— el ritmo de giro del planeta.
Sin embargo, la fuerza gravitacional no actúa sin oposición. En el límite entre el núcleo y el manto existe un entorno de gran presión y temperatura donde intervienen el metal líquido, las rocas profundas y el campo magnético. Allí aparecen dos frenos: la resistencia electromagnética y el acoplamiento topográfico (relacionado con las irregularidades de las superficies que separan las capas).
El par de torsión en la frontera núcleo-manto limita el efecto del tirón gravitacional. La fricción y el arrastre electromagnético se oponen a la tendencia del núcleo interno a modificar el movimiento del manto. Según el trabajo, las variaciones de la duración del día dependen de los cambios en ese equilibrio.
Esta relación responde al principio de conservación del momento angular. La Tierra puede redistribuir ese impulso entre sus partes, pero el total se mantiene. Cuando el núcleo se acelera, el manto compensa con una desaceleración mínima; cuando el núcleo reduce su velocidad, el manto puede girar un poco más rápido.
Fluctuaciones de varios milisegundos en ciclos de entre 10 y 70 años
Las fluctuaciones medidas alcanzan varios milisegundos en ciclos de entre 10 y 70 años. El estudio se concentró en los cambios registrados entre 1964 y 2019, un período que permite distinguir estas oscilaciones de otras alteraciones más breves o más lentas.
Existen, por ejemplo, cambios diarios asociados con las mareas: la atracción de la Luna y del Sol modifica de manera periódica la rotación terrestre. También influyen los vientos atmosféricos, los movimientos de masas de agua y otros fenómenos que varían según las estaciones o los años. A una escala de millones de años, la fricción de las mareas lunares provoca un alargamiento gradual de los días.
El fenómeno que examinan Zhang y Dumberry pertenece a otra categoría. Las variaciones decenales no dependen de la atmósfera ni de los océanos, sino de la transferencia de impulso entre el núcleo y el manto. El campo geomagnético y los registros sísmicos permiten reconstruir parte de ese proceso.
Las ondas sísmicas que atraviesan el interior terrestre cambian su comportamiento según los materiales y las estructuras que encuentran. Su análisis ofrece pistas sobre la rotación diferencial del núcleo interno. A la vez, las modificaciones del campo magnético permiten inferir los flujos que circulan cerca de la parte superior del núcleo externo.
Los autores combinaron ambas fuentes de información con las mediciones de duración del día. La coincidencia entre las predicciones sobre el impulso del núcleo y las oscilaciones observadas respalda la hipótesis de un origen profundo. El modelo atribuye el impulso principal al par gravitacional y asigna a las fuerzas electromagnéticas y topográficas un papel de resistencia.
El centro sólido del planeta puede deformarse en pocos años
La investigación no solo explica el comportamiento de los relojes. También ofrece una imagen distinta sobre el núcleo interno. Aunque se trata de una estructura sólida, sus materiales podrían deformarse bajo el efecto de las fuerzas internas en una escala temporal más corta de la que suele asociarse con los procesos geológicos.
Los resultados sugieren un núcleo interno con baja viscosidad. La viscosidad expresa la resistencia de un material a modificar su forma ante una presión o una fuerza. En este caso, una viscosidad baja implica que la esfera central podría adaptarse a las tensiones con relativa rapidez, pese a la presión extrema que soporta.
Zhang y Dumberry estiman que esa deformación viscosa podría ocurrir en unos pocos años. El primer análisis sitúa esa respuesta cerca de una década. En ambos casos, la conclusión apunta a un interior terrestre más dinámico de lo que su apariencia sólida permite suponer.
El trabajo también aporta datos sobre la base del manto. Los investigadores consideran compatible su modelo con la presencia de acumulaciones termoquímicas de flotabilidad casi neutra, una fase mineral denominada post-perovskita con baja viscosidad y una capa conductora rica en hierro de algunos kilómetros de espesor.
Estos componentes ayudarían a explicar la intensidad de la resistencia electromagnética en el límite núcleo-manto. Una capa enriquecida en hierro conduce mejor la electricidad y refuerza la interacción entre el metal líquido del núcleo externo y las rocas profundas. La post-perovskita, por su parte, altera las propiedades mecánicas de la base del manto.
El estudio también establece un límite para la estratificación en la parte superior del núcleo externo. Esa estratificación refiere a la posibilidad de que capas de fluido con distinta densidad permanezcan separadas y condicionen la circulación del metal fundido. Conocer ese comportamiento resulta relevante para entender el origen y la evolución del campo magnético terrestre.
La duración del día se convierte así en una medida indirecta de procesos que ocurren fuera del alcance de cualquier perforación. Cada milisegundo registra, de manera casi imperceptible, la transferencia de impulso entre el manto, el núcleo externo líquido y el núcleo interno sólido.
La investigación publicada en Nature propone que las oscilaciones de décadas responden a una tensión continua entre gravedad, magnetismo y fricción. A medida que mejoren las observaciones sísmicas y geomagnéticas, esos datos permitirán ajustar la descripción de un planeta cuyo ritmo de rotación también depende de lo que sucede en su centro.
Fuente: Infobae