Estudiar el núcleo de la Tierra para comprender el clima

La última prueba del papel predominante que desempeñan los humanos en el cambio del clima de la Tierra no procede de observaciones de los océanos de la Tierra, la atmósfera o la superficie, sino de las profundidades de su núcleo fundido.

Estructura de la Tierra. Crédito: NASA/JPL-Universidad
de París Diderot - Instituto de Física Global de París

Los científicos saben desde hace mucho tiempo que la duración de un día terrestre -el tiempo que le toma a la Tierra hacer una rotación completa- fluctúa alrededor de una media de 24 horas. En el curso de un año, la duración del día varía en aproximadamente 1 milisegundo, haciéndose más largo en invierno y más corto en verano. Estos cambios estacionales en la duración del día terrestre están dirigidos por los intercambios de energía entre la Tierra sólida y los movimientos fluidos de la atmósfera terrestre (el soplo de los vientos y cambios en la presión atmosférica) y su océano. Los científicos pueden medir estos pequeños cambios en la rotación de la Tierra usando observaciones astronómicas y técnicas geodésicas muy precisas.

Pero la duración de un día terrestre también fluctúa a lo largo de escalas temporales mucho mayores, tales como interanual (de 2 a 10 años), cada década (aproximadamente 10 años), o aquellas que duran múltiples décadas o incluso más. Un modo de escala temporal más larga predominante, que varía entre los 65 y 80 años, se observó que cambiaba la duración del día aproximadamente en 4 milisegundos a principios del siglo XX.

Estas fluctuaciones más largas son demasiado grandes para ser explicadas por los movimientos de la atmósfera y océanos de la Tierra. En lugar de esto, se deben al flujo de hierro líquido dentro del núcleo externo de la Tierra, donde se origina su campo magnético. Este fluido interactúa con el manto de la Tierra para afectar a la rotación del planeta. Aunque los científicos no pueden observar directamente estos flujos, pueden deducir sus movimientos observando el campo magnético de la Tierra en la superficie. Estudios anteriores han demostrado que este flujo de hierro líquido en el núcleo externo de la Tierra oscila en ondas de movimiento que duran décadas con escalas temporales que se corresponden estrechamente con las variaciones de larga duración en la extensión del día de la Tierra.

Aún así, otros estudios han observado un vínculo entre las variaciones de larga duración en la extensión del día de la Tierra y las fluctuaciones de hasta 0,2 grados Celsius en la temperatura media global a largo plazo del aire superficial.

Por lo que, ¿podría ser que estas tres variables -la rotación de la Tierra, los movimientos en el núcleo de la Tierra (formalmente conocido como momento angular del núcleo) y la temperatura del aire superficial- estén relacionadas? Esto es lo que los investigadores Jean Dickey y Steven Marcus del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California, y su colega Olivier de Viron de la Universidad de París Diderot y el Instituto de Física Global de París en Francia, se propusieron descubrir en un estudio pionero.

Los científicos mapearon los datos existentes de un modelo de movimientos fluidos del interior del núcleo de la Tierra y datos de observaciones de la duración del día promedio de un año, contra dos series temporales de temperaturas superficiales medias globales anuales: uno del Instituto Goddard de Estudios Espaciales de la NASA en Nueva York que se extiende a 1880, y otro de la Oficina Meteorológica del Reino Unido que se extiende a 1860. Dado que la temperatura total del aire está compuesta de dos factores -los cambios de temperatura que ocurren de forma natural y aquellos provocados por actividades humanas- los investigadores usaron los resultados de modelos climáticos por ordenador de la atmósfera de la Tierra y los océanos para tener en cuenta los cambios de temperatura debidos a las actividades humanas. Estos cambios de temperatura producidos por los humanos fueron restados de los registros de temperatura observados para generar un registro de temperatura corregido.

Los investigadores encontraron que los datos de temperatura no corregidos se correlacionan fuertemente con datos de los movimientos del núcleo de la Tierra y la duración del día hasta aproximadamente 1930. Luego, empezaron a separarse sustancialmente: es decir, las temperaturas del aire de superficie global siguieron aumentando, pero sin los correspondientes cambios en la duración del día de la Tierra o los movimientos del núcleo terrestre. Esta divergencia se corresponde con una tendencia robusta y bien documentada de calentamiento global que se ha atribuido ampliamente al aumento de los niveles de gases invernadero producidos por los humanos.

Pero un examen del registro de temperaturas corregido arroja un resultado distinto: el registro de temperaturas corregido permaneció con una fuerte correlación tanto con la longitud del día de la Tierra como con los movimientos del núcleo terrestre a través de toda la serie de datos de temperatura. Los investigadores realizaron pruebas robustas para confirmar la relevancia estadística de sus resultados.

"Nuestra investigación demuestra que, durante los últimos 160 años, los cambios por década y en periodos más largos en las temperaturas atmosféricas corresponden a cambios en la duración del día si eliminamos el efecto muy significativo del calentamiento atmosférico atribuido a la acumulación de gases invernadero debida a la acción humanas", comenta Dickey. "Nuestro estudio implica que la influencia humana en el clima durante los últimos 80 años enmascaran el equilibrio natural que existe entre la rotación de la Tierra, el momento angular del núcleo y la temperatura en la superficie de la Tierra".

Pero, ¿qué mecanismos dirigen estas correlaciones? Dickey dice que los científicos aún no están seguros, pero ofrece algunas hipótesis.

Dado que los científicos saben que la temperatura del aire no puede afectar a los movimientos del núcleo de la Tierra, ni a la duración del día hasta lo observado, una posibilidad es que los movimientos del núcleo de la Tierra pueda perturbar el campo magnético terrestre haciendo de escudo para flujos de partículas cargadas (es decir, rayos cósmicos) que se ha teorizado que afectan a la formación de nubes. Esto podría afectar a cuánta energía del Sol es reflejada de vuelta al espacio y cuánta es absorbida por nuestro planeta. Otras posibilidades son que algunos otros procesos en el núcleo podrían estar teniendo un efecto más indirecto sobre el clima, o que un proceso externo (el Sol, por ejemplo) afecte simultáneamente al núcleo y el clima.

Aparte de las eventuales conexiones establecidas entre la Tierra sólida y el clima, Dickey dice que el impacto de la Tierra sólida en el clima aún se ve empequeñecido por los efectos mucho mayores de los gases de invernadero producidos por los humanos. "La Tierra sólida desempeña un papel, pero la solución final para abordar el cambio climático sigue estando en nuestras manos", concluye.

Los resultados del estudio fueron publicados recientemente en la revista Journal of Climate.

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