El interior de la Tierra: de la corteza al núcleo

La mañana del 8 de octubre de 1909, un sismólogo croata llamado Andrija Mohorovicic entró en el Observatorio Meteorológico de Zagreb y encontró los tambores de su sismógrafo cubiertos por el trazo de un terremoto. No había sido un sismo grande; había golpeado la región de Pokupsko, a unos cuarenta kilómetros al sureste de la ciudad. Pero los garabatos en su papel encerraban algo extraño. En estaciones situadas a cierta distancia del epicentro, el mismo tipo de onda sísmica parecía llegar dos veces, un pulso notablemente más rápido que el otro, como si una sola señal se hubiera partido en dos y corriera por caminos distintos.

Mohorovicic dedicó el resto de aquel año a averiguar por qué. La única explicación que encajaba era que algunas de las ondas se habían sumergido en una capa de roca más profunda y más densa, se habían acelerado y habían emergido por delante de sus primas más lentas, que habían viajado a través del material más superficial situado encima. Había detectado, sin levantar jamás una pala, una frontera dentro de la Tierra. Esa frontera todavía lleva su nombre, abreviado como la Moho por los geólogos que se cansan de pronunciarlo. Separa la corteza del manto, y su descubrimiento dio inicio a un cuarto de siglo en el que un puñado de científicos, sin leer nada más que los temblores de terremotos lejanos, reconstruyeron la arquitectura de un planeta que nunca podrían ver.

Este artículo trata de esa arquitectura, y del hecho sorprendente de que la conozcamos siquiera. El centro de la Tierra se encuentra a más de 6.000 kilómetros bajo tus pies, más caliente que la superficie de muchas estrellas y aplastado bajo presiones que desafían la intuición. No podemos ir allí, y no podemos perforar hasta allí. Entonces, ¿cómo llegamos a hablar con tanta seguridad de una corteza, un manto, un núcleo externo líquido y otro interno sólido?

Leer un planeta por sus temblores

Casi todo lo que sabemos sobre el interior profundo de la Tierra no proviene de la perforación, sino de la escucha. Cuando un gran terremoto se rompe, envía ondas sísmicas que se irradian hacia afuera en todas direcciones, incluyendo directamente hacia abajo, a través del cuerpo del planeta. Estas ondas vienen en dos sabores principales que se comportan de maneras muy distintas, y esa diferencia es la herramienta más poderosa que la geofísica ha tenido jamás.

Las más rápidas de las dos son las ondas P, u ondas primarias, que comprimen y estiran el material que atraviesan como una onda de sonido moviéndose por el aire. Y algo crucial: las ondas P viajan tanto por sólidos como por líquidos y gases. Las más lentas ondas S, u ondas secundarias, cizallan el material de lado, y una cizalla lateral es algo que un líquido sencillamente no puede sostener. Las ondas S se mueven solo a través de sólidos y se detienen en seco ante cualquier capa líquida.

Esto les da a los sismólogos una manera de hacerle una radiografía al planeta. Al colocar sismógrafos en estaciones de todo el mundo y registrar con exactitud cuándo llega cada tipo de onda, y desde qué dirección, pueden reconstruir las trayectorias que tomó la energía. Allí donde las ondas se aceleran, la roca debe haberse vuelto más densa. Allí donde las ondas S desaparecen por completo, debe haber líquido. Allí donde las ondas se curvan bruscamente, han cruzado una frontera entre dos materiales. El modelo del interior de la Tierra se ensambló a partir de estos tiempos de llegada, con paciencia, a lo largo de décadas, del mismo modo en que un radiólogo lee las sombras en una placa.

Las cuatro capas, dibujadas en una sola página

Dibujada de afuera hacia adentro, la Tierra tiene cuatro capas principales. Hay una corteza fina y quebradiza en la superficie; debajo de ella un manto grueso, en su mayor parte sólido, que fluye como una masilla extremadamente rígida a lo largo del tiempo geológico; más abajo un núcleo externo líquido de hierro y níquel; y en el mismísimo corazón un núcleo interno sólido, también de hierro y níquel, congelado por la presión a pesar de estar abrasadoramente caliente. Esta es la sección transversal estándar impresa en todos los libros de texto de geografía y geología, y cada una de sus fronteras se descubrió leyendo ondas sísmicas.

Las proporciones son aleccionadoras. La corteza, la única parte que hemos tocado, es con diferencia la piel más fina, y casi toda la masa del planeta reside en el manto y el núcleo que hay debajo de ella. Comprender la Tierra es, en un sentido real, comprender un lugar al que ninguno de nosotros llegará jamás.

Una corteza de dos tipos: océano y continente

La corteza no es una única envoltura uniforme. Se divide limpiamente en dos tipos distintos, y la diferencia entre ellos rige el rasgo más básico del rostro de nuestro planeta, que es dónde se asientan los mares y dónde se eleva la tierra.

La corteza oceánica es fina, normalmente de solo unos cinco a diez kilómetros de espesor, y es densa, oscura y de composición basáltica, la misma familia de roca que encontrarías en una colada de lava hawaiana. Además es geológicamente joven, porque el fondo oceánico se crea constantemente en las dorsales mesoceánicas y se recicla de nuevo hacia el manto. La corteza continental, en cambio, es gruesa, a menudo de treinta a cuarenta kilómetros y mucho más bajo las cordilleras, y es más ligera y de composición ampliamente granítica. También es antigua, con algunos fragmentos que se remontan a miles de millones de años. Como la corteza continental es menos densa, flota más alto sobre el manto, como una balsa gruesa que cabalga por encima de las placas oceánicas, más finas y más pesadas, y ese simple contraste de densidad es la razón por la que los continentes se alzan por encima del nivel del mar y las cuencas oceánicas quedan por debajo de él.

El manto y la capa blanda bajo las placas

Bajo la Moho se halla el manto, una envoltura de roca silicatada de unos 2.900 kilómetros de espesor. Es el gigante de la estructura de la Tierra, pues representa algo así como el 84 por ciento del volumen total del planeta. Casi todo lo que llamamos despreocupadamente "la Tierra" es, en cuanto a masa, manto.

Aquí debemos enfrentarnos al malentendido más tenaz de toda la geología, la creencia de que el manto es un mar de lava fundida. No lo es. El manto es, de manera abrumadora, roca sólida. Es extraordinariamente caliente, sin duda, y a lo largo de millones de años puede fluir y agitarse en lentas corrientes de convección, deformándose plásticamente del mismo modo en que un glaciar o un bloque de alquitrán frío se deforman si esperas lo suficiente. Pero en cualquier escala de tiempo humana se comporta como un sólido rígido. Solo en bolsas específicas y limitadas, sobre todo cerca de la superficie, donde cae la presión, la roca del manto llega a fundirse para producir el magma que alimenta los volcanes. La lava incandescente que vemos en la superficie es la excepción, no la regla, de lo que yace debajo.

Dentro del manto superior vive una distinción importante de ingeniería. La porción más superior del manto, fría y rígida, se comporta mecánicamente como una sola pieza con la corteza que tiene encima, formando una envoltura rígida. Por debajo de ella se asienta la astenosfera, una capa de roca del manto más cálida y más débil que está lo bastante cerca de su punto de fusión como para ser blanda y lentamente deformable. Es la superficie lubricada sobre la cual puede deslizarse la envoltura rígida que tiene encima, y esa distinción, tapa rígida sobre capa blanda, resulta ser la clave de la tectónica de placas.

La frontera de Gutenberg y un núcleo de hierro líquido

En 1914, el sismólogo germano-estadounidense Beno Gutenberg fijó con precisión la frontera interior más dramática de todas, a una profundidad de unos 2.900 kilómetros, donde termina el manto y comienza el núcleo. La evidencia era llamativa. Más allá de cierto ángulo respecto a cualquier gran terremoto, las ondas S sencillamente no aparecían, y las ondas P se curvaban bruscamente y llegaban tarde. La desaparición de las ondas S fue el dato decisivo, porque no pueden atravesar líquido. El manto descansaba sobre algo fundido.

Ese algo es el núcleo externo, una envoltura de hierro y níquel líquidos de unos 2.200 kilómetros de espesor, a temperaturas de alrededor de 4.000 a 5.500 grados Celsius. No es un océano de metal en calma, sino uno inquieto, agitado por el calor que escapa desde abajo en grandes remolinos convectivos. Esos remolinos de metal líquido eléctricamente conductor actúan como una dínamo autosostenida, y generan el campo magnético de la Tierra, el escudo invisible que desvía gran parte del viento solar y permite que la aguja de una brújula apunte al norte. El campo que guía a los barcos y protege la atmósfera es, al final, producto del hierro fundido chapoteando a miles de kilómetros bajo el fondo marino.

Inge Lehmann y el corazón sólido del interior

Durante dos décadas tras Gutenberg, se pensó que el núcleo era enteramente líquido. Luego, en 1936, la sismóloga danesa Inge Lehmann publicó un artículo con el título escueto y ahora célebre P' (pronunciado "P prima"). En él abordaba un enigma. Existe una región del globo, opuesta a un terremoto dado, llamada zona de sombra, donde el núcleo externo líquido curva las ondas P con tanta fuerza que no deberían llegar en absoluto. Y sin embargo, allí aparecían de todos modos débiles ondas P, donde la teoría decía que la superficie debía permanecer en silencio.

La explicación de Lehmann era elegante. Si, en lo profundo del núcleo externo líquido, se asentaba un núcleo interno sólido más pequeño y más denso, entonces algunas ondas P chocarían contra él, se reflejarían y se refractarían en su superficie, y serían redirigidas hacia la zona de sombra, adonde ninguna onda directa podía llegar. Las señales débiles eran ecos de una bola oculta de metal sólido en el centro del planeta. Su interpretación fue confirmada por el sismólogo Keith Bullen en 1940, y el modelo de cuatro capas quedó completo. El núcleo interno es sólido no porque esté frío, pues puede estar más caliente que la capa líquida que lo rodea, sino porque la presión en el centro de la Tierra es tan inmensa que obliga al hierro a congelarse a pesar del calor.

Cuán caliente, cuán profundo y por qué no podemos limitarnos a perforar hasta allí

El interior de la Tierra se vuelve mucho más caliente con la profundidad, pero no en una simple línea recta. Cerca de la superficie la temperatura asciende según el gradiente geotérmico, de unos 25 a 30 grados Celsius por cada kilómetro que desciendes. Si ese ritmo se mantuviera todo el camino hacia abajo, el centro sería imposiblemente caliente, decenas de miles de grados. No se mantiene. El gradiente se aplana drásticamente con la profundidad, de modo que el mismísimo centro de la Tierra se sitúa cerca de los 5.200 grados Celsius, comparable a la superficie del Sol, en lugar de las cifras absurdas que un gradiente constante predeciría. La presión, mientras tanto, sube sin tregua todo el camino hacia abajo, alcanzando millones de veces la presión atmosférica en el núcleo, que es precisamente lo que permite que el abrasador núcleo interno permanezca sólido.

Dada toda esta inferencia a distancia, podrías preguntarte por qué no perforamos sin más y echamos un vistazo. La respuesta honesta es que lo hemos intentado, y apenas hemos rascado la superficie. El agujero más profundo jamás perforado en el planeta es el Pozo Superprofundo de Kola, en la península rusa de Kola, que en 1989 había alcanzado 12.262 metros, algo más de doce kilómetros. Eso es un genuino triunfo de ingeniería, y sin embargo representa menos del 0,2 por ciento de la distancia hasta el centro, y la roca se volvió tan caliente y tan plástica que el proyecto se detuvo. La perforación, al final, no es como aprendemos sobre el interior de la Tierra, y nunca lo será. La sismología sí lo es.

La envoltura que se romperá en placas

Una última pieza ata la estructura en su conjunto y apunta hacia el próximo capítulo de la historia. Hemos hablado de que la corteza y la cima rígida del manto se comportan como una sola unidad mecánica. Esa envoltura combinada tiene un nombre. Es la litosfera, la capa exterior fría, quebradiza y rígida de la Tierra, formada por la corteza más el manto más superior, cabalgando sobre la blanda astenosfera de abajo.

La litosfera importa porque es la litosfera, no la corteza por sí sola, lo que está fracturado en las grandes placas tectónicas cuyas lentas colisiones y separaciones construyen montañas, abren océanos y desencadenan terremotos. El pequeño sismo croata de Mohorovicic de 1909, y todos los sismos desde entonces, son en última instancia una señal de esta envoltura inquieta en movimiento. Las mismas ondas que revelaron las capas del planeta son el planeta diciéndonos que su superficie está viva.

Puntos clave

La Tierra está construida con cuatro capas anidadas, de afuera hacia adentro: una corteza fina y quebradiza dividida en basalto oceánico denso y joven y en granito continental grueso y antiguo; un vasto manto sólido de roca silicatada que constituye alrededor del 84 por ciento del volumen del planeta y fluye plásticamente a lo largo del tiempo geológico sin ser lava fundida; un núcleo externo líquido de hierro y níquel cuyo metal en convección genera el campo magnético; y un núcleo interno sólido de hierro y níquel, congelado por una presión aplastante incluso a unos 5.200 grados Celsius. Sabemos todo esto no por la perforación, que nunca ha alcanzado ni siquiera el 0,2 por ciento del camino hacia abajo, sino por las ondas sísmicas, aprovechando el hecho de que las ondas P cruzan tanto sólidos como líquidos mientras que las ondas S se detienen en el líquido. La imagen de cuatro capas se ensambló casi por completo leyendo terremotos, desde la frontera corteza-manto de Mohorovicic en 1909, pasando por el núcleo externo líquido de Gutenberg en 1914, hasta el núcleo interno sólido de Lehmann en 1936. Y la envoltura exterior rígida de corteza más manto más superior, la litosfera, es la pieza que la próxima parte de la historia romperá en las placas tectónicas en movimiento.