Sin un campo magnético, la vida en la Tierra sería bastante incómoda: las partículas cósmicas atravesarían nuestra atmósfera en grandes cantidades y dañarían las células de todos los seres vivos. Los sistemas técnicos funcionarían mal con frecuencia y los componentes electrónicos podrían destruirse por completo en algunos casos.
A pesar de su gran importancia para la vida en nuestro planeta, todavía no se sabe completamente qué crea el campo magnético de la Tierra. Existen varias teorías sobre su origen, pero muchos expertos consideran que son insuficientes o defectuosas. Un descubrimiento realizado por científicosde Würzburg podría proporcionar un nuevo ángulo explicativo. Sus hallazgos fueron publicados en la edición actual de la revista Comunicaciones de la naturaleza . En consecuencia, la clave del efecto podría estar oculta en la estructura especial del elemento níquel.
Contradicción entre teoría y realidad
"Los modelos estándar para el campo magnético de la Tierra utilizan valores para la conductividad eléctrica y térmica de los metales dentro del núcleo de nuestro planeta que no pueden cuadrar con la realidad", dice Giorgio Sangiovanni; es profesor en el Instituto de Física Teórica y Astrofísica en elUniversidad de Würzburg. Junto con el estudiante de doctorado Andreas Hausoel y el postdoc Michael Karolak, está a cargo de la colaboración internacional que se publicó recientemente. Entre los participantes están Alessandro Toschi y Karsten Held de TU Wien, que son socios de cooperación a largo plazo de GiorgioSangiovanni y científicos de Hamburgo, Halle Saale y Ekaterimburgo en Rusia.
En el centro de la Tierra a una profundidad de aproximadamente 6,400 km, hay una temperatura de 6,300 grados Celsius y una presión de aproximadamente 3.5 millones de bares. Los elementos predominantes, hierro y níquel, forman una bola de metal sólido en estas condiciones que conformannúcleo interno de la Tierra. Este núcleo interno está rodeado por el núcleo externo, una capa de fluido compuesta principalmente de hierro y níquel. El flujo de metal líquido en el núcleo externo puede intensificar las corrientes eléctricas y crear el campo magnético de la Tierra, al menos de acuerdo con lo comúnteoría de geodinamo. "Pero la teoría es algo contradictoria", dice Giorgio Sangiovanni.
efectos de correlación inducidos por la estructura de la banda
"Esto se debe a que a temperatura ambiente, el hierro difiere significativamente de los metales comunes como el cobre o el oro debido a su fuerte interacción efectiva electrón-electrón. Está fuertemente correlacionado", declara. Pero los efectos de la correlación electrónica se atenúan considerablemente en eltemperaturas extremas que prevalecen en el núcleo de la Tierra, por lo que las teorías convencionales son aplicables. Estas teorías predicen una conductividad térmica demasiado alta para el hierro, lo que está en desacuerdo con la teoría del geodinámico.
Con el níquel, las cosas son diferentes. "Encontramos que el níquel exhibe una anomalía distinta a temperaturas muy altas", explica el físico. "El níquel también es un metal fuertemente correlacionado. A diferencia del hierro, esto no se debe solo a la interacción electrón-electrón, pero se debe principalmente a la estructura de banda especial de níquel. Hemos bautizado el efecto 'correlación inducida por estructura de banda' ". La estructura de banda de un sólido solo está determinada por la disposición geométrica de los átomos en la red y por el tipo de átomo..
hierro y níquel en el núcleo de la Tierra
"A temperatura ambiente, los átomos de hierro se organizarán de manera tal que los átomos correspondientes se encuentren en las esquinas de un cubo imaginario con un átomo central en el centro del cubo, formando una estructura de celosía llamada bcc", Andreas Hausoelagrega, pero a medida que aumenta la temperatura y la presión, esta estructura cambia: los átomos se mueven juntos más cerca y forman una red hexagonal, que los físicos denominan red hcp. Como resultado, el hierro pierde la mayoría de sus propiedades correlacionadas.
Pero no es así con el níquel: "En este metal, los átomos están tan densamente empaquetados como sea posible en la estructura del cubo ya en el estado normal. Mantienen este diseño incluso cuando la temperatura y la presión se vuelven muy grandes", explica Hausoel.El comportamiento físico del níquel en condiciones extremas solo puede explicarse por la interacción de esta estabilidad geométrica y las correlaciones electrónicas que se originan a partir de esta geometría.A pesar del hecho de que los científicos han descuidado el níquel hasta ahora, parece jugar un papel importante en el campo magnético de la Tierra.
Sugerencia decisiva de geofísica
Lo que ocurre dentro del núcleo de la Tierra no es el foco real de investigación en los Departamentos de Física Teórica del Estado Sólido de la Universidad de Würzburg. Más bien Sangiovanni, Hausoel y sus colegas se concentran en las propiedades de los electrones fuertemente correlacionados a bajas temperaturas.Estudian los efectos cuánticos y los llamados efectos de partículas múltiples que son interesantes para la próxima generación de dispositivos de procesamiento de datos y almacenamiento de energía. Los superconductores y las computadoras cuánticas son las palabras clave en este contexto.
Los datos de los experimentos no se utilizan en este tipo de investigación. "Tomamos las propiedades conocidas de los átomos como datos de entrada, incluimos los conocimientos de la mecánica cuántica e intentamos calcular el comportamiento de grandes grupos de átomos con esto", dice Hausoel.tales cálculos son altamente complejos, los científicos tienen que depender de un soporte externo como la supercomputadora SUPERMUC en el Centro de Supercomputación Leibniz LRZ en Garching.
¿Y qué tiene que ver el núcleo de la Tierra con esto? "Queríamos ver cuán estables son las nuevas propiedades magnéticas del níquel y descubrimos que pueden sobrevivir incluso a temperaturas muy altas", dice Hausoel. Discusiones con geofísicos y estudios adicionales sobre el níquel-hierroaleaciones han demostrado que estos descubrimientos podrían ser relevantes para lo que sucede dentro del núcleo de la Tierra.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Würzburg . Original escrito por Gunnar Bartsch. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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