El núcleo interno de la Tierra (NIT) es uno de los lugares más misteriosos e inaccesibles del planeta, situado a más de 5000 km por debajo de nuestros pies. Formado hace más de mil millones de años, el núcleo interno es un cuerpo sólido casi esférico con un radio de 1.220 km, ubicado exactamente en el centro de nuestro planeta y originado a partir de la cristalización del hierro procedente del núcleo externo líquido. El centro de la Tierra es el lugar más caliente de nuestro planeta, con una temperatura de entre 6.000 y 7.000 K, incluso superior a la temperatura de la superficie del Sol. Además, la presión es extremadamente alta, alcanzando aproximadamente 3,5 millones de atmósferas. Comprender cómo evoluciona (crece de tamaño, rota y se deforma) con el tiempo es de vital importancia para predecir la geodinámica de nuestro planeta. El núcleo interno de la Tierra desempeña también un papel importante en el mantenimiento del campo magnético del planeta, ya que su crecimiento (cerca de 0,5 mm/año) es el principal impulsor de la convección en el núcleo externo líquido. Además, muchos aspectos de la superficie terrestre se ven afectados por el complejo flujo de calor desde el núcleo interno hasta la superficie. Actualmente, se estima que el núcleo terrestre genera una energía correspondiente a 6-14 TW, algo equivalente a la energía producida por unas 3500 plantas nucleares. Cerca del 20 % de ese calor se disipa en la superficie terrestre, contribuyendo a los procesos de la tectónica de placas. Una de las funciones principales del núcleo interno es generar el campo magnético terrestre, elemento esencial para el desarrollo y la preservación de la vida en la Tierra.
Desde el descubrimiento del NIT por Inge Lehmann en 1936 (Lehmann, 1936), diversas evidencias cosmoquímicas, geoquímicas, sísmicas, geomagnéticas y de alta presión nos han confirmado que el hierro (en adelante, Fe) es su principal componente. El apoyo a esta idea proviene de la coincidencia entre las propiedades sísmicas del núcleo y las medidas experimentales de Fe puro, además de la detección de un 5–15 % de níquel, según datos cosmoquímicos y estudios de meteoritos. Se sabe que el núcleo interno está compuesto mayormente por Fe cristalino, aunque su estructura atómica exacta sigue siendo incierta. Los cálculos más recientes indican que bajo las condiciones extremas del núcleo interno, el Fe adopta principalmente las fases cúbica centrada en el cuerpo (Fe-bcc) y hexagonal compacta (Fe-hcp), siendo la Fe-bcc la que mejor explica sus propiedades físicas como la baja viscosidad y la alta atenuación sísmica (Mattesini et al., 2010 & 2013).
No es nada fácil estudiar el centro de la Tierra. De hecho, podríamos pensar en perforar el planeta para llegar al centro y coger unas muestras, pero el agujero más profundo que se ha alcanzado hasta la actualidad ha sido de 12,26 km. Sin embargo, estudiar el núcleo terrestre es de fundamental importancia para conocer el estado de salud actual del planeta en el que vivimos y, por tanto, de su evolución futura.
¿Sería posible llegar al centro de la Tierra con una sonda y examinar su estado de salud?
Según David Stevenson, del Instituto de Tecnología de California, sería posible enviar una sonda no tripulada al centro de la Tierra, hecha de una aleación metálica resistente a las altas temperaturas y capaz de comunicarse por radio (Stevenson, 2003). La idea consiste en utilizar unos pocos megatones de explosivos para detonar una cantidad de hierro fundido equivalente a la producción mundial diaria de este metal, con el fin de abrir una grieta de apenas unos centímetros. A través de esta fisura, el hierro fundido fluiría a una velocidad de unos 5 m/s, arrastrando consigo la sonda en su camino hacia el núcleo. Siguiendo principios similares a la propagación del magma, el Fe líquido permitiría que la sonda alcanzara el núcleo interno en un par de semanas, transmitiendo datos sobre las propiedades físicas del interior terrestre.
No hay motivo para alarmarse, ¡no vamos a detonar el planeta! Los científicos utilizan métodos menos invasivos, como la sismología, para estudiar el centro de la Tierra. Los terremotos generan ondas sísmicas que atraviesan el núcleo interno, y al llegar a la superficie, los sismógrafos registran toda esta información (Figura 1). Gracias a esta técnica sabemos que las ondas sísmicas que atraviesan el núcleo de forma polar son más rápidas que las que siguen el plano ecuatorial, lo que se conoce como anisotropía sísmica. También se observa una dicotomía sísmica, con el este del núcleo siendo más heterogéneo que el oeste. Ambos fenómenos podrían explicarse por la alineación preferencial de los cristales de los polimorfos del Fe en el NIT.
Los principales mecanismos de alineación pueden ser de tres tipos: (i) Deformación por compresión y tensión debido al crecimiento no uniforme del núcleo (ii) Solidificación dendrítica debido a un crecimiento rápido de los cristales con estructuras ramificadas (iii) Esfuerzos de Maxwell causados por deformaciones plásticas del campo magnético terrestre. Además de estos mecanismos, algunos científicos creen que las peculiares propiedades del núcleo interno de anistropia y dicotomia se deben a un impacto de la Tierra en su estado primordial con un planeta del tamaño similar a Marte llamado Theia. Este impacto gigante podría haber marcado profundamente el proceso de crecimiento del núcleo y explicaría también la formación de nuestro satélite natural, la Luna.
Aunque se han logrado importantes avances en el conocimiento del núcleo interno, en la última década han surgido nuevas perspectivas que lo retratan de forma muy distinta. Aquella imagen de una esfera sólida y casi inmutable en escalas de tiempo humanas está dando paso a una visión mucho más dinámica y activa de este enigmático corazón terrestre.
El corazón líquido de un mundo sólido
Un avance clave en nuestra comprensión del núcleo interno de la Tierra surgió en 2019, con un estudio publicado enNature Communications (Belonoshko et al., 2019), que reveló que este podría tener una viscosidad notablemente baja, mucho menor de lo que se pensaba hasta entonces. Utilizando simulaciones de dinámica molecular basadas en primeros principios (ab initio), los investigadores identificaron que el Fe en forma de fase cúbica centrada en el cuerpo (Fe-bcc) es estable bajo las extremas condiciones de presión y temperatura del NIT. Esta fase permite una difusión atómica significativa (Figura 2), similar a la de un líquido, lo que reduce drásticamente la viscosidad del material. Esta difusión da lugar a una viscosidad sorprendentemente baja, de solo 0,4 a 100 Pa·s, muy inferior a las estimaciones anteriores (10¹⁶ – 10²² Pa·s) para sólidos en esas condiciones.
Estos hallazgos cuestionan la tradicional suposición de que la fase estable era la hexagonal (Fe-hcp) y ayudan a explicar fenómenos geofísicos como la atenuación sísmica y la posible convección en el núcleo interno sólido. Además, este estudio demuestra que el NIT podría tener una viscosidad mucho más baja de lo que se había estimado hasta ahora. Este importante resultado no solo redefine nuestra comprensión del núcleo interno, sino que también abre la puerta a nuevas hipótesis sobre su dinámica y evolución.
La difusión aleatoria de los átomos a través de posiciones cristalinas genera una distribución esférica, similar a la de un líquido. Figura reproducida de Belonoshko et al., 2019 bajo la licencia Creative Commons Attribution 4.0 (CC BY 4.0).
Nuevas evidencias de convección en el núcleo interno terrestre
La baja viscosidad del NIT plantea la posibilidad de que este se encuentre en un estado de convección térmica. Esta cuestión ha sido objeto de gran interés y debate en la comunidad científica. A pesar del considerable progreso en sismología, física de minerales, geodinámica, paleomagnetismo y geofísica matemática, la estructura y evolución del NIT siguen siendo enigmáticas. Aunque comúnmente se piensa en el núcleo interno como una simple esfera sólida de Fe, las más recientes observaciones sísmicas (Tkalčić et al., 2024) sugieren un flujo convectivo del material, lo que ha generado un considerable interés y discusión. En este estudio multidisciplinario, dirigido por la Universidad Nacional Australiana de Canberra, se han utilizado técnicas de imagen sísmica de vanguardia para investigar la capa más externa del NIT en cuanto a su velocidad de propagación de las ondas y atenuación sísmica. El patrón que emerge en los tomogramas resultantes se interpreta con datos recientes sobre la viscosidad del Fe como la manifestación superficial del flujo impulsado térmicamente (Figura 3), con una correlación positiva entre la velocidad, la atenuación y la temperatura.
Estos resultados han permitido obtener una imagen más clara del NIT, que aparentemente consiste en una parte central más estancada, donde la convección casi se ha apagado, y una parte más externa en la que los flujos térmicos siguen impulsando el movimiento del material, con una velocidad que puede variar entre 0,3 y 300 m/año. El próximo desafío de este tipo de investigación es aumentar la sensibilidad de la tomografía en las zonas más profundas del núcleo, para observar cómo la convección activa en su capa externa podría afectar la dinámica del núcleo externo y, en consecuencia, el mecanismo de generación del campo magnético terrestre y sus anomalías.
La última pieza de la matrioska: el núcleo interno más interno
El núcleo interno no deja de sorprendernos. Cuanta más información reunimos, más nítida se vuelve la imagen de su estructura y composición, como un mosaico borroso que poco a poco va cobrando definición a medida que encajamos cada nueva pieza. En un estudio reciente (Pham & Tkalčić, 2023) se ha confirmado la existencia de una quinta capa del planeta, la más profunda y desconocida, el núcleo interno más interno (NIMI), que sigue en orden de profundidad a las más conocidas capas: corteza, manto, núcleo externo y núcleo interno. Se trata de una esfera sólida de hierro consolidado, con un radio de unos 650 km, donde las ondas sísmicas se propagan de manera no uniforme. El estudio describe que el comportamiento del NIMI ante la propagación de las ondas sísmicas es ligeramente diferente al que se produce en lo que conocemos como núcleo interno. Las ondas sísmicas que atraviesan la parte más interna del NIT viajan más rápido si se propagan paralelas al eje de rotación de la Tierra y más lento si entran con un ángulo de 50 grados. Sin embargo, en la parte más exterior del NIT la propagación sigue siendo más rápida en la dirección paralela al eje de rotación, pero el sentido lento es justo a 90 grados, es decir, en el plano ecuatorial.
Explorar las profundidades de la Tierra es un gran desafío que este trabajo ha superado usando una técnica innovadora basada en la reverberación de ondas sísmicas, fenómeno causado por las múltiples reflexiones de las ondas internas en la superficie de la Tierra. Filtrando ondas de decenas de terremotos que atravesaron varias veces el núcleo interno, los investigadores lograron enfocarse en el centro del planeta (Figura 4). La radiografía resultante revela que el núcleo interno no es uniforme, sino que alberga en su parte más interior una pequeña esfera metálica más consolidada, posiblemente más antigua y con una textura distinta respecto a su parte exterior.
(B) Esquema de las trayectorias de los rayos correspondientes a las segundas y cuartas múltiples de la fase PKIKP, denominadas PKIKP2 y PKIKP4, que reverberan a lo largo del diámetro terrestre dos y cuatro veces, respectivamente. El círculo rojo de trazo discontinuo marca el límite del NIT.
(C) Esquema similar al panel (B), pero correspondiente a la fase PKIKP y a su tercera múltiple, PKIKP3, que reverbera a lo largo del diámetro terrestre tres veces. Figura reproducida de Pham & Tkalčić, 2023 bajo la licencia Creative Commons Attribution 4.0 (CC BY 4.0).
La evolución del núcleo interno: forma y velocidad de rotación en transformación
Un estudio publicado muy recientemente en Nature Geoscience (Vidale et al., 2025) aporta evidencias científicas sobre un posible cambio de forma del NIT durante las últimas dos décadas. Estos cambios parecen estar localizados cerca de la superficie del núcleo interno y podrían mejorar nuestra comprensión de sus propiedades y estructura. Es importante destacar que investigaciones previas ya habían propuesto que el núcleo interno había experimentado cambios en su velocidad de rotación o en su forma a lo largo del tiempo, pero no ambos simultáneamente. Hasta ahora, se sabía que, alrededor del año 2010, el NIT pasó de rotar más rápido a hacerlo más lento que el resto de la Tierra, siguiendo una fluctuación multidecadal.
La técnica utilizada en este trabajo es bien conocida en sismología y consiste en analizar las ondas sísmicas generadas por pares de terremotos. Aunque los eventos seleccionados ocurren con años de diferencia, comparten el mismo hipocentro y mecanismo focal, y sus ondas sísmicas son registradas por las mismas estaciones en la superficie terrestre. Con esta técnica, cualquier cambio en la forma de la onda o en los tiempos de recorrido permite a los sismólogos identificar posibles variaciones en la velocidad de rotación y en la forma del NIT. John Vidale y su equipo de la Universidad del Sur de California analizaron las ondas sísmicas registradas en los arrays de Eielson (EE. UU.) y Yellowknife (Canadá) por terremotos originados en las islas Sandwich del Sur, antes y después de 2010. El estudio conluye que las variaciones temporales en la forma del núcleo interno, posiblemente provocadas por anomalías en el manto o por el flujo del núcleo externo, podrían explicar las diferencias observadas en los tiempos de recorrido y en la forma de onda.
A pesar de que la deformación del NIT aún no ha sido cuantificada exactamente, este estudio sugiere cambios simultáneos en su velocidad de rotación y forma. Un análisis más detallado de estas anomalías podría reescribir la historia de su rotación diferencial en relación con el resto de la Tierra.
Referencias
- Belonoshko, A.B., Fu, J., Bryk, T., Simak, S.I., & Mattesini, M. Low viscosity of the Earth’s inner core. Nature Commun., 10, 2483 – 2490 (2019). doi: 10.1038/s41467-019-10346-2
- Lehmann, I., P, Publications du Bureau Central International de la Séismologique, Toulouse, France, A14, 87 (1936).
- Mattesini, M., Belonoshko, A.B., Buforn, E., Ramírez, M., Simakc, S.I., Udías, A., Mao, H-k., & Ahuja, R., Hemispherical anisotropic patterns of the Earth’s inner core, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 107, 9507–9512 (2010). doi: 10.1073/pnas.1004856107
- Mattesini, M., Belonoshko, A. B., Tkalčić, H., Buforn, E., Udías, A. & Ahuja, R., Candy Wrapper for the Earth’s Inner Core, Sci. Rep., 3, 2096, (2013). doi: 10.1038/srep02096
- Pham, T.-S. & Tkalčić, H. Up-to-fivefold reverberating waves through the Earth’s center and distinctly anisotropic innermost inner core, Nature Commun., 14, 754 (2023).
- Stevenson, D., Planetary science: Mission to Earth’s core – a modest proposal. Nature, 423, 6937, 239–240 (2003).
- Tkalčić, H., Belonoshko, A.B., Muir, J.B., Mattesini, M., Moresi, L., & Waszek, L. Imaging the top of the Earth’s inner core: a present-day flow model. Sci. Rep., 14, 8999 (2024). doi: 10.1038/s41598-024-
- Vidale, J.E., Wang, W., Wang, R., Koper, K., Annual-scale variability in both the rotation rate and near surface of Earth’s inner core. Nature Geoscience, 18, 267–272 (2025).
Maurizio Mattesini
Catedrático de Física de la Tierra en la Universidad Complutense de Madrid
Cortesía de Muy Interesante
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