El núcleo interno sólido (Fig. 1) es la parte más remota y enigmática de nuestro planeta, y, junto a la corteza, es la subdivisión «oficial» más pequeña del interior de la Tierra. Fue descubierto en 1936 (1), y en 1972 se estableció que era sólido, aunque con una rigidez muy pequeña (2-4). En 1993 se había establecido que era cristalina (5)., El núcleo interno está aislado del resto de la Tierra por el núcleo externo del fluido de baja viscosidad, y puede girar, asentir, tambalearse, precesar, oscilar, e incluso voltearse, estando solo vagamente limitado por las conchas circundantes. Su existencia, tamaño y propiedades limitan la temperatura y mineralogía cerca del centro de la Tierra. Entre sus características anómalas se encuentran baja rigidez y viscosidad (en comparación con otros sólidos), atenuación a granel, anisotropía extrema y superrotación (o deformación; refs. 5–8)., Por las velocidades sísmicas y las abundancias cósmicas, sabemos que está compuesto principalmente de cristales de hierro-níquel, y los cristales deben exhibir un gran grado de orientación común. Se predice que el núcleo interno tiene una conductividad térmica y eléctrica muy alta, una forma no esférica y propiedades dependientes de la frecuencia; además, puede estar parcialmente fundido. Puede ser esencial para la existencia del campo magnético y para las inversiones de polaridad de este campo (D. Gubbin, D. Alfe, G. Masters, D. Price, y M. Gillan, obra inédita)., La congelación del núcleo interno y la expulsión de impurezas es probablemente responsable de alimentar el geodynamo. Sin embargo, el núcleo interno representa menos del 1% del volumen de la Tierra, y solo unas pocas ondas sísmicas llegan a él y regresan a la superficie. El núcleo interno es un pequeño objetivo para los sismólogos, y las ondas sísmicas se distorsionan al pasar a través de toda la Tierra antes de llegar a ella. Las condiciones cerca del centro de la Tierra son tan extremas que tanto los teóricos como los experimentadores tienen dificultades para duplicar su entorno., Sin embargo, ha habido una ráfaga reciente de actividad sobre el núcleo interno por parte de sismólogos, geoquímicos, dinamicistas, científicos de materiales y teóricos del geodynamo. Casi todo lo conocido o inferido sobre el núcleo interno de la sismología o de la inferencia indirecta es controvertido. En este número de PNAS, Ishii y Dziewoński (8) añaden más intriga y complicación a los fenómenos cercanos al centro de la Tierra, y sugieren una historia compleja para este pequeño objeto.,

los Planetas se diferencian ya que se han conseguido y aumento de la energía gravitacional. El momento de esta diferenciación es un objetivo de larga data de las Ciencias de la Tierra (9-13). La estratificación de la densidad explica la ubicación de la corteza, el manto y el núcleo., El núcleo interno es probablemente también el resultado de la estratificación química, aunque el efecto de la presión sobre el punto de fusión generaría un núcleo interno sólido incluso si fuera químicamente idéntico al núcleo externo. Los materiales de baja densidad se excluyen cuando la solidificación es lenta, por lo que el núcleo interno puede ser más puro y denso que el núcleo externo. A medida que el núcleo interno se cristaliza y el núcleo externo se enfría, el material retenido en solución y suspensión se pliega, o se asienta, en el límite del manto del núcleo y puede incorporarse al manto inferior., El manto se trata generalmente como una capa químicamente homogénea, pero esto es poco probable. Los silicatos más densos, posiblemente ricos en silicio y hierro, también gravitan hacia las partes inferiores del manto. Los materiales de la corteza y del manto poco profundo fueron sudados fuera de la Tierra a medida que se acumulaba, y algunos aparentemente nunca estuvieron en equilibrio con el material del núcleo., El efecto de la presión sobre las propiedades físicas implica que el manto y el núcleo probablemente se estratificaron irreversiblemente tras la acreción, que solo las capas externas del manto participan en procesos superficiales como el vulcanismo y la tectónica de placas, y que solo las capas más profundas interactúan actualmente con el núcleo.

la corteza, el manto superior, el manto inferior, el núcleo y el núcleo interno son las subdivisiones de libro de texto del interior de la Tierra. La tomografía sísmica se utiliza para mapear variaciones laterales a gran escala en estas subdivisiones principales., Se han utilizado técnicas sísmicas de mayor resolución para descubrir y mapear características de pequeña escala en la parte superior e inferior del núcleo (14-16). Los límites clásicos dentro de la Tierra (6) fueron descubiertos a principios del siglo pasado. En la década de 1960, los límites internos del manto se descubrieron a profundidades de 400 y 650 km y se atribuyeron a los cambios de fase sólido–sólido (17), en contraste con los otros que son límites químicos o de solidificación. Más recientemente, se encontró una probable discontinuidad química en lo profundo del manto (16), y se inferió otra cerca de 900 km (18)., Las discontinuidades sísmicas se encuentran convencionalmente por la reflexión y refracción de las ondas sísmicas, pero recientemente factores como la anisotropía, la atenuación, la dispersión, la densidad espectral y las decorrelaciones estadísticas se han utilizado para encontrar las características más sutiles. La nueva región profunda en el núcleo interno representa un cambio en el carácter del patrón de anisotropía (8) y puede representar un fenómeno fundamentalmente diferente.

la controversia de larga data con respecto a un prolongado (100 millones de años) vs., una rápida acreción terrestre (≈1 millón de años) parece estar resolviéndose a favor de las escalas de tiempo más cortas y un origen de alta temperatura. Los datos geofísicos requieren una rápida acumulación de la Tierra y la formación temprana del núcleo (9). Hasta hace poco, la acreción rápida ha estado en desacuerdo con la teoría de acreción y los datos isotópicos, pero ahora, estas disciplinas también están favoreciendo una escala de tiempo contratada. Una variedad de isótopos han confirmado intervalos de tiempo cortos entre la formación del sistema solar y los procesos de diferenciación planetaria (10-13)., Este hallazgo tiene relación con la edad del núcleo interno y su historia de enfriamiento.

Hay tres mecanismos muy diferentes para hacer un núcleo planetario. En la hipótesis de acreción homogénea, los silicatos y los metales se acumulan juntos, pero, a medida que la Tierra se calienta, los metales pesados se filtran hacia abajo, formando finalmente grandes acumulaciones densas que se hunden rápidamente hacia el centro, llevando consigo los elementos siderófilos., En la hipótesis de acreción heterogénea, los condensados refractarios (incluyendo hierro y níquel) de una nebulosa de enfriamiento comienzan a formar el núcleo de un planeta antes de que la mayor parte de los silicatos y volátiles estén disponibles. La chapa tardía aporta condensados y gases a baja temperatura, incluyendo agua, de los confines del sistema solar. Finalmente, los grandes impactos tardíos pueden inyectar rápida y eficientemente sus núcleos metálicos al centro del planeta impactado y desencadenar una separación adicional de hierro del manto. La Luna es un subproducto de uno de estos impactos tardíos., El material en el núcleo puede, por lo tanto, tener múltiples orígenes y una historia compleja. Otras cuestiones relacionadas con el núcleo interno involucran su edad, tasa de crecimiento, densidad, temperatura, Textura y fuentes de energía internas (refs. 8 and 19-21, and D. Gubbin, D. Alfe, G. Masters, D. Price, and M. Gillan, unpublished work).

el núcleo externo generalmente se considera completamente fundido debido a su baja viscosidad e incapacidad para transmitir ondas de cizallamiento. Sin embargo, podría contener más del 50% de cristales suspendidos y aún así comportarse como un fluido., El límite del núcleo interno podría representar el cruce de la geotérmica con la curva de fusión (la explicación convencional) o un límite de compactación donde la densidad de partículas de la lechada excede un umbral. Generalmente se asume que el núcleo externo es homogéneo, completamente fluido y convecta turbulentamente. El núcleo interno también puede contener una fracción de fusión sustancial, particularmente si hay un gran intervalo entre el solidus y el liquidus. También se ha propuesto que el núcleo interno es un fluido viscoso o un vidrio metálico (19)., Los nuevos resultados sobre la anisotropía hacen que esto sea poco probable. La baja viscosidad inferida del núcleo interno significa que puede deformarse y convectarse por la influencia de las tensiones de marea y de rotación y los movimientos del núcleo externo, así como por las tensiones generadas internamente. El núcleo interno es uno de los pocos lugares en el interior donde uno podría esperar ver cambios en una escala de tiempo humana. Puede exhibir rotación diferencial semirrígida con respecto al manto, pero también, y más probablemente, deformación no rígida o plástica. La anisotropía es un indicador de tal deformación o convección.,

Los cristales son anisotrópicos y tienden a estar orientados por sedimentación, congelación, recristalización, deformación y flujo. Por lo tanto, esperamos que las porciones sólidas de la tierra sean anisotrópicas para la propagación de ondas sísmicas y otras propiedades materiales. A pesar de estas expectativas, la sismología continuó y floreció con la suposición de isotropía hasta la década de 1960. en este punto, se elaboró la teoría de la anisotropía sísmica y las observaciones verificaron las expectativas (ver referencias en ref. 6)., Sin embargo, la mayoría de los sismólogos ignoraron la anisotropía hasta hace poco en el progreso de la sismología. La anisotropía no solo es una herramienta útil para determinar la composición, mineralogía y deformación de la sismología, sino que los modelos de la Tierra basados en la isotropía pueden ser completamente erróneos. La anisotropía no es simplemente una pequeña perturbación a una tierra esencialmente isotrópica. La variación de las velocidades de las ondas sísmicas en función de la dirección puede ser mayor que las causadas por la temperatura y la composición., En el caso del núcleo interno interno (8), las ondas sísmicas penetrantes viajan casi radialmente, por lo que muy poca información es extraible, excepto la variación del tiempo de viaje con acimut, por ejemplo, trayectorias ecuatoriales vs.polares, o con ondas que se propagan en diferentes direcciones en el plano ecuatorial. El tamaño de la zona de Fresnel también limita la resolución sísmica del núcleo más interno. Afortunadamente, los cristales de hierro de alta presión tienen una gran anisotropía (21, 22); de lo contrario, poco se podría decir acerca de la heterogeneidad o rotación/deformación del núcleo interno.,

la forma y el tejido del núcleo interno se ven afectados por las fuerzas gravitacionales del manto, las tensiones electromagnéticas y viscosas del núcleo externo, y las tensiones rotacionales y de marea. Estas tensiones causan un flujo de plástico irreversible, alineación de cristales y recristalización. La anisotropía sísmica es uno de los resultados.

el núcleo interno está sujeto a una variedad de tensiones externas que involucran variaciones en los parámetros orbitales y rotacionales, mareas, remolcadores gravitacionales del manto, arrastre viscoso del núcleo externo y fuerzas electromagnéticas., También puede generar tensiones internas por variaciones térmicas y químicas, anisotropía y enfriamiento, y responder a estos por flujo poroso, rotación diferencial, convección y deformación y creación de anisotropía material. La anisotropía también puede formarse por congelación del núcleo interno y sedimentación en su superficie. La heterogeneidad a pequeña escala, por ejemplo, puede derretir canales o tejido de exsolución y también puede generar anisotropía aparente.

la explicación convencional de la formación del núcleo interno sólido implica un enfriamiento y cristalización lentos., Debido a que la temperatura de fusión aumenta con la presión, el núcleo se solidificará desde el centro hacia el exterior. Pero este efecto también significa que a medida que la presión aumenta debido a la acreción, el núcleo puede congelarse por presión cuando la Tierra alcanza un tamaño crítico, a menos que haya una gran cantidad de sobrecalentamiento. Aunque sabemos que el campo magnético es antiguo y que un núcleo interno sólido y en crecimiento puede ser esencial para su existencia, es posible que eventos catastróficos como el impacto de la formación de la Luna puedan haber causado que el núcleo interno se reforme una o más veces., El sobrecalentamiento inicial y el crecimiento episódico posiblemente resolverán algunos de los problemas energéticos actuales (ref. 20, y D. Gubbin, D. Alfe, G. Masters, D. Price, y M. Gillan, obra inédita). Se necesita un núcleo interno creciente para alimentar la Dinamo actual, pero el enfriamiento rápido puede haber alimentado la antigua Dinamo (D. Gubbin, D. Alfe, G. Masters, D. Price, y M. Gillan, trabajo inédito). El núcleo interno puede, por lo tanto, ser mucho más joven que la Tierra. La heterogeneidad y la anisotropía del núcleo interno pueden ayudar a restringir su historia aparentemente compleja.,

el núcleo interno tiene relación con una amplia variedad de problemas geofísicos, geoquímicos (23), de campo magnético y planetarios. La anisotropía no solo es un parámetro importante en la dinámica del núcleo, sino que también permite caracterizar y monitorear el núcleo interno. La anisotropía se ha convertido en una herramienta indispensable para los sismólogos, en lugar de la molestia que una vez se consideró. Y la perspectiva de encontrar diferencias la próxima vez que miramos ofrece una emoción inusual en la mayoría de los esfuerzos de mapeo rutinarios.