Hay una sutil distinción entre fuente y causa aquí. “Fuente” implica un flujo de energía al núcleo de la Tierra, mientras que “causa” solo necesita explicar la energía cinética y térmica en estado estable del núcleo. Las consideraciones de conservación de la energía deberían entrar en la primera (cualquier fuente de energía obtenida por el núcleo debería perderse por la fuente) pero no necesariamente la última.
La desintegración radiactiva es claramente una fuente de este tipo, aunque para mí no está claro cuánto afecta al núcleo. Otra fuente es el calor producido al agitar el núcleo externo invisible (aunque de viscosidad altamente incierta) a medida que el núcleo interno gira un poco más rápido que el manto, lamiéndolo una vez cada mil años más o menos. El arrastre de marea de la Luna y el Sol parecería ser una fuente menos probable porque el momento de inercia del núcleo es pequeño en comparación con el de todo el planeta, pero eso no es del todo correcto porque el arrastre de marea puede actuar en los océanos y la litosfera para reduzca la velocidad del manto dejando que el núcleo gire un poco más rápido en el medio gracias a la lubricación suministrada por el núcleo externo, que era lo que describía la oración anterior.
Pero la característica más obvia del núcleo de la Tierra, tanto interna como externa, es su gran calor y presión en comparación con las capas más frías y de baja presión en el manto, la litosfera, el océano y la atmósfera. Según la experiencia que haya tenido con el calor desarrollado por la compresión adiabática, como cuando bombea un neumático de bicicleta, es fácil imaginar que la presión es responsable. Sin embargo, cuando la presión permanece constante, el calor se redistribuye según la segunda ley de la termodinámica, es decir, de caliente a frío, por lo que el calentamiento adiabático inducido por la presión es solo algo temporal. Entonces, una presión más alta no puede explicar la temperatura más alta del núcleo.
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Lo que puede explicarlo es el potencial gravitacional de la Tierra. Incluso una red cristalina aparentemente bloqueada vibra, y cualquier vibración dirigida radialmente, es decir, a lo largo de una línea a través del centro de la Tierra, pierde energía en la fase ascendente y la recupera en la fase descendente. A temperaturas de superficie de 300 K, la mecánica cuántica puede bloquear algunos modos de vibración, al igual que bloquea el electrón del átomo de hidrógeno en uno de sus estados de menor energía , pero las energías de vibración en el núcleo mucho más caliente superan completamente cualquier bloqueo mecánico cuántico. dejando cada núcleo atómico con 3 grados completos de libertad traslacional dentro de sus capas de electrones, a pesar de la presión mucho más alta (y como beneficio adicional, por lo tanto, hace que el calor específico sea más fácil de calcular en el núcleo que en la superficie). Por lo tanto, la superficie superior de Fermi de cada átomo será más fría que la inferior, casi hasta el centro de la Tierra, lo que se traduce en el gradiente de temperatura en el interior de la Tierra con el que todos los estudiantes de secundaria deberían estar familiarizados.
Casi, porque a medida que te acercas al centro, el potencial gravitacional decae gradualmente a cero. Esto se debe a que cada átomo de la Tierra se encuentra en la superficie de una esfera concéntrica con la Tierra misma cuyo interior es el único responsable del potencial gravitacional de la Tierra en ese punto y se puede suponer que para este propósito se concentra en el centro. Esto a su vez se debe a que la acción total de la gravedad en ese átomo atribuible a los átomos de la Tierra fuera de esa esfera se reduce a cero, un resultado sorprendente que también tiene una prueba sorprendentemente simple si sabes dónde mirar. Esto debería conducir a una disminución en el gradiente de temperatura a medida que se acerca al centro del núcleo, aunque no conozco ninguna confirmación empírica de esta predicción teóricamente derivada.
