¿Por qué el campo magnético de la Tierra es más fuerte que el de sus vecinos?

[Editado] He aprendido que el núcleo de la Tierra está caliente debido a la descomposición de los elementos radiactivos, lo que hace que la parte líquida del núcleo permanezca líquida. Esto se afirmó como una explicación de por qué la Tierra tiene un fuerte campo magnético.

Suponiendo que los planetas rocosos se formaron más o menos de la misma manera (colisiones de planetoides, etc.), ¿por qué la Tierra fue el "afortunado ganador" de abundantes elementos radiactivos, mientras que Marte y Venus se quedaron con mucho menos, lo que provocó que sus núcleos se solidificaran y sus campos magnéticos se debilitaran? debilitarse, su agua soplada al espacio, y su destino sellado para convertirse en un desierto árido y un infierno hirviente, respectivamente?

No creo que sepamos mucho sobre el contenido de nucleidos de Venus. Para Marte tenemos al menos el hecho de que tiene 10 veces menos masa, lo que seguramente jugará un papel muy importante en la generación de calor y el aislamiento...
Bueno, sabemos que Venus tiene un campo magnético débil que, al menos en el caso de Marte y la Tierra, está relacionado con la existencia o falta de un núcleo de hierro fundido. Si el núcleo de Venus es muy diferente al de la Tierra, entonces esto simplemente amplía el alcance de la pregunta original.
Mi punto es: no se puede decir que el núcleo de la Tierra es más radiactivo que sus vecinos, porque no lo sabemos. Especifique también qué quiere decir con "más radiactivo". Mayor contenido de elementos radiactivos, flujos de calor,...?
La estructura interna de Venus no está particularmente bien restringida (es difícil colocar sismómetros allí, las condiciones de la superficie son algo hostiles), pero hay alguna evidencia de que hay un núcleo exterior líquido. La falta de campo magnético puede estar relacionada con la rotación lenta y los detalles de cómo fluye el calor a través del planeta.
Lo más probable es que Marte tenga un núcleo parcialmente fundido (es decir, un núcleo interno sólido rodeado por un núcleo externo líquido). Un núcleo completamente sólido es inconsistente con las observaciones del campo gravitacional de Marte, mientras que un núcleo parcialmente fundido es consistente con esas observaciones.

Respuestas (2)

Aprendí que el núcleo de la Tierra está caliente debido a la descomposición de los elementos radiactivos.

Esto es geofísica no probada y no estándar. Hay varios argumentos en contra de esto. Una es que todos los isótopos radiactivos de larga duración son isótopos de uranio (dos isótopos, 235 U y 238 U), torio ( 232 Th) y potasio ( 40 K). El problema: el uranio, el torio y el potasio son elementos fuertemente litófilos ("amantes de las rocas"). Estos elementos se disuelven muy bien en roca fundida, pero no tanto en metal fundido. La presencia de isótopos radiactivos de vida prolongada aumenta en la corteza terrestre, se reduce levemente en el manto terrestre y, por todos los derechos, debería disminuir fuertemente en el núcleo de la Tierra.

Otro problema es que se han descartado cantidades significativas de uranio y torio en el núcleo de la Tierra gracias a los detectores de neutrinos. El potasio-40 no se ha descartado porque los neutrinos de la desintegración de 40 K tienen una energía demasiado baja para detectarlos, pero eso nos lleva de vuelta al problema n.º 1.

La única esperanza para esta conjetura es que el potasio de alguna manera se vuelve siderofílico a alta presión. Hay algunos resultados experimentales, la mayoría de los cuales son muy controvertidos, de que este podría ser el caso.

Otro problema más es que la conjetura de alta radiactividad en el núcleo de la Tierra fue motivada por la explicación del campo magnético de la Tierra. Varios artículos recientes dicen que no hay ninguna razón para esta motivación. El campo magnético de la Tierra es completamente explicable sin recurrir a la hipótesis químicamente sin respaldo de que 40 K de alguna manera se convierte en un siderófilo a alta presión.

Esto es consistente con el balance de calor interno de wiki Earth , pero luego el campo magnético de la Tierra dice: "El campo de la Tierra se origina en su núcleo. Esta es una región de aleaciones de hierro que se extiende a unos 3400 km (el radio de la Tierra es 6370 km). se divide en un núcleo interno sólido, con un radio de 1220 km, y un núcleo externo líquido.[48] ...
... El movimiento del líquido en el núcleo externo es impulsado por el flujo de calor desde el núcleo interno, que es de unos 6000 K (5730 °C; 10 340 °F), hasta el límite entre el núcleo y el manto, que es de unos 3800 K ( 3530 °C; 6380 °F).[49] El calor es generado por la energía potencial liberada por materiales más pesados ​​que se hunden hacia el núcleo (diferenciación planetaria, la catástrofe del hierro), así como por la descomposición de elementos radiactivos en el interior". caliente en el calor remanente en el medio del núcleo externo líquido durante miles de millones de años.
@KeithMcClary: tenga en cuenta la falta de una cita sobre "así como la descomposición de elementos radiactivos en el interior" en ese artículo de wikipedia. Dicho esto, esta es una de esas áreas en las que los científicos están de acuerdo en estar en desacuerdo. Los geoquímicos dicen que hay muy poco, si es que hay alguno, de los cuatro isótopos radiactivos de larga vida mencionados en mi respuesta en el núcleo de la Tierra debido a la naturaleza química de esos tres elementos. Los geofísicos argumentan que tiene que haber una buena cantidad de al menos uno de esos isótopos en el núcleo para proporcionar el flujo de calor que creen que es necesario para sustentar la geodinamo.
Entonces, ¿qué en los modelos geotérmicos modernos permite que la Tierra en su conjunto (no el núcleo) sea tan cálida como lo es en comparación con los modelos anteriores al siglo XX que calculaban una edad obviamente falsa de la Tierra en menos de un millón de años más o menos?
La falta de citas no parece del todo precisa, ya que cualquier búsqueda superficial en Google sobre algo como "por qué el núcleo de la tierra está caliente" arrojará docenas de páginas de científicos y organizaciones científicas que atribuyen la mayor parte del asunto al calor radiogénico. Y el manto, siendo mucho, mucho más voluminoso que el núcleo, se supone que alberga la mayoría de esos elementos radiactivos. Luego, su calor se transporta en parte al núcleo. El núcleo no necesita elementos radiactivos; el manto si, y los tiene como consecuencia de la litofilia que mencionas.
@CarlWitthoft: calor residual de la formación de la Tierra y calor generado por la formación del núcleo sólido, este último en dos formas. Una es que la formación de hierro/níquel sólido a partir de hierro/níquel fundido es una reacción exotérmica. La otra es que el núcleo interno sólido tiene menos impurezas (oxígeno, silicio, azufre,...) que el núcleo externo líquido. Además de ser una reacción exotérmica en sí misma, la formación del núcleo cambia la entropía.
@zibadawatimmy: incluso en el límite entre el núcleo y el manto, el manto es más frío que el núcleo. La transferencia de calor es del núcleo al manto, no al revés. Dicho esto, un manto más cálido significa menos transferencia de calor del núcleo al manto que un manto más frío. Sin embargo, un manto más cálido plantea un nuevo problema, que es que el campo magnético de la Tierra requiere una cierta cantidad (la cantidad exacta está sujeta a debate) de transferencia de calor a través del límite entre el núcleo y el manto.
Estoy un poco confundido por esta noción. Los observatorios de neutrinos han establecido que una parte dominante del balance de calor interno de la Tierra proviene de la desintegración radiactiva. ¿O simplemente estás diciendo "sí, eso es cierto, pero no en el núcleo"?
@AtmosphericPrisonEscape -- Al contrario. Con una posible excepción, los observatorios de neutrinos han establecido exactamente lo contrario: la parte dominante del balance de calor del núcleo de la Tierra no puede provenir de la desintegración radiactiva. La única excepción es el potasio-40; los neutrinos emitidos por la desintegración del potasio-40 están por debajo del umbral de detección de energía de los detectores de neutrinos actuales. Quizás esté combinando el presupuesto de energía interna de la Tierra, que incluye la corteza, el manto y el núcleo, con el presupuesto de energía del núcleo de la Tierra. (continuado)
El uranio, el torio y el potasio son elementos altamente litófilos, tan altamente litófilos que tienden a concentrarse en la corteza terrestre. Los geoquímicos argumentan que el núcleo de la Tierra tiene que estar muy empobrecido en esos elementos. La única excepción posible podría ser el potasio, pero incluso eso sigue siendo controvertido. Hay algunos experimentos que muestran que el potasio puede cambiar de litofílico a siderofílico a temperaturas y presiones suficientemente altas. Por otra parte, hay otros experimentos que dicen que esto no tiene sentido.
@DavidHammen Sí, esta era mi pregunta, ¡gracias!

Hay dos factores principales que controlan si los planetas tienen campo magnético. Debe haber un medio conductor fluido (hierro líquido para la Tierra, hidrógeno metálico líquido para Júpiter), y cuanto más rápido gira el núcleo, más fuerte es el campo.

Mercurio gira lentamente, no estoy seguro de cuánto de su gran núcleo metálico es líquido: campo débil Venus probablemente tiene una estructura similar a la de la tierra debido a la densidad y masa similares, por lo que tendrá un núcleo externo líquido como la tierra, pero gira muy lentamente: sin campo Tierra líquida el núcleo externo de hierro gira rápido Marte: gira aproximadamente en el mismo período que la Tierra, pero el núcleo es probablemente sólido. Masa más pequeña, el calor se ha escapado, por lo que el núcleo se ha congelado. La misión de Insight es resolver la estructura interna de Marte y si pueden hacer que el topo reduzca el flujo de calor actual.

Hay otros planetas con campos magnéticos. Júpiter y Saturno, el hidrógeno metálico líquido como conductor y ambos son rotadores rápidos.

Urano y Neptuno tienen campos magnéticos extraños, pero posiblemente hielo salado (metano de agua)/papilla o líquido y ambos giran más rápido que la Tierra.

Gracias por la explicación detallada. ¿Hay alguna razón conocida por la que Venus gire más lentamente que la Tierra? Además, los comentarios anteriores indicaron que el núcleo de Marte es parcialmente líquido, según las observaciones. Si ese es el caso, es lógico que su campo magnético debería ser más fuerte, ¿verdad? Y que hubiera sido más fuerte cuanto más retrocedieras en el tiempo. Entonces, ¿tal vez perdió sus océanos y su atmósfera más tarde de lo esperado?
Venus: ha habido un estudio reciente que muestra que los primeros océanos podrían haber ralentizado la rotación antes de que los océanos desaparecieran. No estoy seguro si ese método daría como resultado una rotación retrógrada (eje inclinado más de 90 grados). Una vieja idea era invocar una colisión.
¿Por qué el campo magnético de la Tierra es más fuerte que el de sus vecinos?
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