¿Por qué los elementos pesados no se hunden en el núcleo?

Question

Si la Tierra se formó a partir de polvo espacial, ¿cómo es que encontramos en la superficie elementos pesados como el oro, la plata, el uranio y un montón de otros más pesados que el hierro?
Me refiero a que el silicio (masa de Si 28,084) sea la corteza tiene mucho sentido ya que es más ligero que el hierro (masa de Fe 55,845).
¿Los elementos pesados no deberían haberse hundido por la gravedad hasta el "fondo" de la Tierra cuando ésta empezaba a convertirse en un planeta hace 4.540 millones de años?

Answer 1

La clave para responder a esta pregunta es la Clasificación de Goldschmidt de elementos. Trece de los elementos de vida larga son siderófilos; se unen preferentemente al hierro. Esos trece elementos están significativamente agotados en la corteza terrestre en comparación con su prevalencia en meteoritos, asteroides y el Sol.

Esta lista de trece sí incluye el renio al oro, pero se detiene en el oro. Dieciocho de los elementos de larga vida son calcófilos; se unen fácilmente a un calcógeno distinto del oxígeno (por ejemplo, el azufre). El cobre y la plata, junto con el mercurio y el polonio, entran en esta categoría. Estos elementos calcófilos tienen una menor tendencia a migrar hacia el centro de la Tierra debido a su mayor afinidad para combinarse con elementos más ligeros.

Esta lista de trece elementos siderófilos tampoco incluye los lantánidos ni los actínidos. Estos elementos, junto con una serie de elementos más ligeros, son litófilos. Los litófilos tienen una tendencia muy marcada a combinarse con el oxígeno, y con otros litófilos. Estos elementos litófilos tienen una tendencia aún más reducida a migrar hacia el centro de la Tierra que los calcófilos.

Answer 2

En realidad, todavía están actualmente se hunde hasta el núcleo. El calor interno de la Tierra procede de varias fuentes, y una de ellas es la liberación de energía gravitatoria de los elementos pesados que migran hacia el centro. Una afirmación similar es válida para otros planetas. Esta no es la mayor fuente de calor. Otras fuentes son el inventario térmico original y también la desintegración radiactiva. La estratificación intensificada de los elementos pesados hacia el núcleo y de los elementos más ligeros hacia la superficie constituye una fuente de calor no despreciable, pero mucho menor que esas otras fuentes.

Sin embargo, este movimiento se produce generalmente en las partes móviles del centro de la Tierra. El manto de nuestro planeta tiene corrientes de circulación, y creo que deberíamos llamar a esto un requisito para que se produzca el proceso de separación. Por supuesto, los elementos se mezclan significativamente. El proceso sólo se produce en periodos de tiempo muy largos.

Consideremos una red de átomos. Con casi cualquier selección de materiales que se haga, la fuerza de los enlaces químicos empequeñecerá enormemente la diferencia de flotabilidad entre los distintos átomos de las moléculas. Así que podríamos preguntarnos por qué los materiales siempre estratificar, pero esto es porque las cosas se agitan. Consideremos un montón de arena, donde algunos granos son más pesados. Un montón sin agitar no debería tener tendencia a estratificarse. Sin embargo, si se agita durante mucho tiempo, las partículas más pesadas se desplazarán hacia el fondo. El flujo térmico del calor interno de la Tierra es la fuerza que "agita" sus elementos.

Curiosamente, el núcleo y la corteza terrestre tienen sus propias razones para ser relativamente estables... aunque no del todo. El núcleo tiene poca fuerza motriz térmica, porque la mayor parte del término de producción de calor proviene de las capas de mayor radio. Esto promueve un estado muy estático en el centro. La corteza se enfría a temperaturas mucho más bajas que el interior, y generalmente la roca es estable y sólida aquí. Ahora bien, ambas cosas deberían ir acompañadas de un buen número de matizaciones. Obviamente, los volcanes agitan la corteza, y el hecho de que esté atando esto ejemplifica el hecho de que las cosas se mueven en la superficie de la Tierra ocasionalmente.

Pero, ¿exactamente cómo está estratificada la Tierra ahora? La densidad y la intensidad del campo gravitatorio se derivan directamente la una de la otra. No es difícil obtener datos sobre esto.

Aquí se puede ver la densidad trazada sobre los radios de la Tierra. Está muy inclinada, y el núcleo es muy denso, como el plomo, pero más pesado. Me parece impresionante, pero todavía podría conseguir más estratificado.

Así que permítanme presentar una pregunta alternativa: dado que la densidad del Uranio es de unos 19 g/cm3, ¿por qué no obtenemos una bolsa de Uranio puro en el centro? Bueno, simplemente no hay ningún mecanismo para hacerlo porque nada está sacudiendo la corteza, y la fuerza motriz se reduce a nada hacia el centro.