'Sabemos menos del interior de la Tierra que de otros objetos astronómicos'

En el laboratorio de Reinhard Boehler, en el Instituto Max Planck de Química, en Mainz (Alemania), se intenta reproducir las condiciones que se dan en el centro de la Tierra: una presión de más de tres millones de atmósferas y una temperatura... que aún no se sabe con precisión. De eso se trata, precisamente, de descubrir cómo está de caliente el corazón de hierro del planeta. Los investigadores se basan en una pista: en la parte externa del núcleo terrestre el hierro es líquido, pero en el centro mismo la presión hace que el metal se vuelva sólido; sometiendo el hierro a altísimas presiones en el laboratorio es posible estimar a qué temperatura se produce la solidificación.

Nadie ha llegado aún a reproducir la presión del centro terrestre, pero Boehler, alemán de 53 años, es el que más cerca ha estado, y al hacerlo, ha obtenido la medida más exacta hasta ahora de la temperatura del corazón del planeta. Boehler participó en el congreso internacional sobre altas presiones celebrado la semana pasada en Santander.

'El hidrógeno es un material muy simple, pero a altas presiones se vuelve muy complejo'

Pregunta. Parece lógico esperar que se sepa ya casi todo sobre el interior de nuestro propio planeta.

Respuesta. Sabemos menos del interior de la Tierra que de otros objetos astronómicos. Sabemos aproximadamente de qué está hecho, y gracias a la información de las ondas sísmicas conocemos su densidad. Pero ignoramos cómo está de caliente. Hay grandes discrepancias en esta medida.

P. ¿Cómo se mide la temperatura del centro de la Tierra?

R. El centro de la Tierra es una gran bola de hierro, así que el truco para medir la temperatura es estudiar las propiedades del hierro. En el núcleo hay una parte de hierro líquido y otra sólida, porque el metal, aunque está mucho más caliente, solidifica por la presión. Gracias a esto, estudiando las condiciones a las que el hierro fundido solidifica podemos derivar la temperatura del núcleo sólido.

P. ¿Por qué hay tantas discrepancias en la medida?

R. El método de derivar la temperatura estudiando las propiedades del hierro fundido es antiguo, pero es un material muy complejo, con muchas fases cristalográficas distintas y una estructura electrónica también muy complicada: el hierro del núcleo sólido terrestre es un material completamente diferente del que vemos en la vida cotidiana. Por esto las estimaciones de la temperatura oscilaban en varios miles de grados, hasta hace unos años.

P. ¿Y ahora?

R. Desde hace cuatro décadas se usan diamantes para generar presiones muy altas , porque es el material más duro que existe. Pero sólo hace 13 años que podemos generar a la vez altas presiones y altas temperaturas, algo logrado gracias al desarollo de los láseres. Ésa se ha convertido en nuestra especialidad: alcanzar presiones de millones de atmósferas y temperaturas de miles de grados.

P. ¿Cuál es la última medida?

R. Nuestro principal logro ha sido reducir la incertidumbre en la medidas. Hoy podemos decir que la temperatura en el centro de la Tierra ronda los 4.600 grados, con un margen de error de unos cientos de grados. Es mucho menos de lo que indicaban las estimaciones anteriores; la gente pensaba que estaba muy por encima de los 6.000 grados.

P. ¿En qué consiste su técnica?

R. Primero usamos los diamantes para generar las presiones. Los diamantes son transparentes y podemos ver la muestra. Entonces la calentamos con un láser infrarrojo muy estable y potente, y analizamos la luz que emite el material calentado. El espectro de esta luz da una medida muy precisa de la temperatura del material.

P. Pero ¿cómo sabe que ha llegado a la presión correcta en el centro de la Tierra?

R. No llegamos a las presiones del centro de la Tierra todavía. Pero sí podemos medir la temperatura de fusión del hierro a medida que la presión aumenta, y después, extrapolamos a las condiciones del núcleo sólido terrestre. Es una extrapolación relativamente pequeña. Hemos medido ya lo que ocurre a dos millones de atmósferas, y la presión real en el centro es de unos 3.200 millones. Antes se extrapolaba mucho más.

P. ¿Qué viene ahora, cómo lograr una medida aún más precisa?

R. El objetivo principal ahora no es tanto medir las propiedades del hierro fundido como estudiar también otros materiales, para crear una base de datos que permita construir buenos modelos teóricos. Ahora hemos vuelto a estudiar materiales muy simples, como el helio, porque hemos encontrado que las predicciones teóricas son muy imprecisas.

P. ¿Ayudará esto a explicar el magnetismo terrestre y el fenómeno de la inversión de los polos magnéticos ?

R. Será importante para mejorar los modelos. La temperatura es un parámetro clave en estos modelos. El calor que sale de dentro del núcleo es una de las principales fuerzas que interviene en la convección, así que hay que conocerlo bien.

P. Se habla de una carrera para lograr que el hidrógeno metalice, es decir, que se vuelva conductor de la electricidad, a temperatura ambiente.

R. Sí, se ha predicho que el hidrógeno a altas presiones se vuelve conductor. Es muy importante porque es posible que sea superconductor, y si se lograra a temperatura ambiente tendríamos un superconductor a temperatura ambiente.

P. Eso sería una revolución.

R. Imagínese. Todo el mundo quiere ser el primero. Aunque es un experimento muy difícil y no hay mucha gente trabajando en ello. Quien lo consiga será un claro candidato al Premio Nobel. Nosotros acabamos de empezar a trabajar en este campo y estamos haciendo un gran esfuerzo para adaptar el laboratorio. El hidrógeno es un material muy simple, pero a altas presiones se vuelve muy complejo y es muy difícil predecir su comportamiento. Por ahora la incertidumbre en las estimaciones de la presión de metalización para el hidrógeno es muy alta, varía de 1 a 20 millones de atmósferas.

P. ¿Cuándo se logrará?

R. Podría ser mañana. La tecnología está ahí.

P. ¿Por qué se vuelve el hidrógeno conductor a altas presiones?

R. Cambia la estructura electrónica por la presión. Hay otros ejemplos, como el gas noble zenón; si lo comprimes a temperatura ambiente, a aproximadamente un millón de atmósferas, se vuelve un metal. Y lo mismo pasa con la sal; a altas presiones parece sal de mesa, pero es un metal. Y hay otros muchos casos en los que los materiales metalizan sólo mediante la presión. El hidrógeno no es una excepción, la única pregunta es a qué presión ocurrirá.