Solo se necesita una simple brújula para demostrar que la Tierra tiene un campo magnético, pero es bastante difícil explicar cómo se creó exactamente. Sin duda, el núcleo caliente de nuestro planeta, que consiste principalmente en hierro, juega un papel importante.En combinación con la rotación de la Tierra, crea un poderoso "efecto dinamo", que crea un campo magnético.
Pero solo con hierro, este efecto no se puede explicar. Un equipo de investigadores, dirigido por el Prof. Alessandro Toschi y el Prof. Karsten Held TU Wien y el Prof. Giorgio Sangiovanni Universidad de Würzburg ha publicado cálculos en la revista " Comunicaciones de la naturaleza , "que muestran que la teoría de la geodinamo tiene que ser revisada. Como resultado, es crucial para el efecto de la dinamo que el núcleo de la Tierra contenga hasta un 20% de níquel, un metal que, bajo condiciones extremas, se comporta de manera bastante diferentede hierro.
Calor y presión extremos
El núcleo de la Tierra es casi tan grande como la luna y tan caliente como la superficie del sol. Hay una presión de cientos de gigapascales, que es comparable a la presión que ejercerían varias locomotoras ferroviarias si pudieran equilibrarse en unamilímetro cuadrado. "En estas condiciones extremas, los materiales se comportan de una manera que puede ser bastante diferente de lo que estamos acostumbrados", dice Karsten Held. "Es casi imposible recrear estas condiciones en un laboratorio, pero con sofisticadas simulaciones por computadora,podemos calcular el comportamiento de los metales en el núcleo de la Tierra a nivel mecánico cuántico "
El calor del núcleo de la Tierra tiene que encontrar una manera de escapar. El material caliente se eleva hacia las capas externas del globo, creando corrientes de convección. Al mismo tiempo, la rotación de la Tierra conduce a fuertes fuerzas de Coriolis. En combinación, estos efectos producen uncomplicado flujo en espiral de material caliente ". Cuando se crean corrientes eléctricas en un sistema de flujos de este tipo, pueden causar un campo magnético que a su vez aumenta la corriente eléctrica y así sucesivamente, y finalmente el campo magnético se vuelve tan fuerte que podemos mediren la superficie de la Tierra ", dice Alessandro Toschi.
calor conductor
Hasta ahora, sin embargo, nadie podría explicar realmente cómo surgen estas corrientes de convección en primer lugar: el hierro es un muy buen conductor de calor y a alta presión su conductividad térmica aumenta aún más ". Si el núcleo de la Tierra consistiera solo en hierro, ellos electrones libres en el hierro podrían manejar el transporte de calor por sí mismos, sin la necesidad de corrientes de convección ", dice Karsten Held." Entonces, la tierra no tendría ningún campo magnético ".
Sin embargo, el núcleo de nuestro planeta también contiene casi un 20% de níquel. Durante mucho tiempo, este hecho no se consideró particularmente importante. Pero resulta que el níquel juega un papel crucial: "Bajo presión, el níquel se comporta de manera diferente al hierro", dice Alessandro Toschi." A alta presión, los electrones en el níquel tienden a dispersarse mucho más que los electrones en el hierro. Como consecuencia, la conductividad térmica del níquel y, por lo tanto, la conductividad térmica del núcleo de la Tierra es mucho más baja que ella.estaría en un núcleo que consiste solo en hierro ". Debido a la proporción significativa de níquel, el calor del núcleo terrestre de alta temperatura no puede fluir hacia la superficie del planeta mediante el movimiento de los electrones solos. Como resultado, las corrientes de conveccióntiene que emerger, lo que eventualmente construye el campo magnético de la Tierra.
Para obtener estos resultados, se tuvieron que analizar diferentes estructuras metálicas en simulaciones por computadora a gran escala, y se tuvo que calcular el comportamiento de sus electrones. Andreas Hausoel Universidad de Würzburg realizó algunos cálculos de muchas partículas.de ellos en el Vienna Scientific Cluster VSC. "Junto con nuestros colegas de Würzburg, no solo analizamos el hierro y el níquel, sino también las aleaciones de estos dos materiales. También tuvimos que tener en cuenta las imperfecciones e irregularidades, lo que hizo que las simulaciones por computadora fueran aún más desafiantes ", dice Karsten Held.
Estos métodos de simulación avanzados no solo son importantes para obtener una mejor comprensión del campo magnético de la Tierra, sino que también brindan nuevos conocimientos sobre los procesos de dispersión electrónica en diferentes materiales. Alessandro Toschi está convencido: "Pronto, estas mejoras de los algoritmos de material computacional tambiénconducir a aplicaciones de vanguardia en química, biología, industria y tecnología ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Viena . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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