El núcleo interno de la Tierra es la capa geológica más interna del planeta. Es principalmente una esfera sólida con un radio de aproximadamente , que es aproximadamente el 20% del radio de la Tierra o el 70% del radio de la Luna.

No hay muestras del núcleo de la Tierra disponibles para la medición directa, como lo hay para el manto terrestre. La información sobre el núcleo de la Tierra proviene principalmente del análisis de las ondas sísmicas y del campo magnético de la Tierra. Se cree que el núcleo interno está compuesto de una aleación de hierro-níquel con algunos otros elementos. La temperatura en la superficie del núcleo interno se estima en aproximadamente 5700K (5430°C o 9806°F), que es aproximadamente la temperatura en la superficie del Sol.

Descubrimiento miniaturadeimagen|Estructura de la Tierra La sismóloga danesa Inge Lehmann descubrió en 1936 que la Tierra tenía un núcleo interno sólido distinto de su núcleo externo fundido,(2008): "Inge Lehmann: Discoverer of the Earth's Inner Core ". quien dedujo su presencia al estudiar los sismogramas de los terremotos en Nueva Zelanda. Observó que las ondas sísmicas se reflejan en el límite del núcleo interno y pueden ser detectadas por sismógrafos sensibles en la superficie de la Tierra. Ella infirió un radio de 1400km para el núcleo interno, no muy lejos del valor actualmente aceptado de 1221km.Inge Lehmann (1936): "P'". Bruce A. Bolt and Erik Hjortenberg (1994): "Memorial essay: Inge Lehmann (1888–1993)". En 1938, B. Gutenberg y C. Richter analizaron un conjunto de datos más extenso y estimaron el grosor del núcleo externo en 1950km con un empinado pero continuo de transición de 300km de grosor al núcleo interno; implicando un radio entre 1230 y 1530km para el núcleo interno.

Unos años más tarde, en 1940, se planteó la hipótesis de que este núcleo interno estaba hecho de hierro sólido. En 1952, F. Birch publicó un análisis detallado de los datos disponibles y concluyó que el núcleo interno probablemente era hierro cristalino.

El límite entre los núcleos interno y externo a veces se denomina "discontinuidad de Lehmann", aunque el nombre generalmente se refiere a otra discontinuidad. El nombre "Bullen" o "discontinuidad de Lehmann-Bullen", después de que se haya propuesto K. Bullen, pero su uso parece ser raro. La rigidez del núcleo interno se confirmó en 1971.

Dziewoński y Gilbert establecieron que las mediciones de los modos normales de vibración de la Tierra causados por grandes terremotos eran consistentes con un núcleo externo líquido. En 2005, se detectaron ondas de corte que atraviesan el núcleo interno; estas afirmaciones fueron inicialmente controvertidas, pero ahora están ganando aceptación.

Fuentes de datos

Ondas sísmicas Casi todas las mediciones directas que los científicos tienen sobre las propiedades físicas del núcleo interno son las ondas sísmicas que lo atraviesan. Las ondas más informativas son generadas por terremotos profundos, 30km o más bajo la superficie de la Tierra (donde el manto es relativamente más homogéneo) y registrado por los sismógrafos a medida que alcanzan la superficie, en todo el mundo.

Las ondas sísmicas incluyen ondas "P" (primarias o de presión), ondas de compresión que pueden viajar a través de materiales sólidos o líquidos, y ondas de corte "S" (secundarias o cortantes) que solo pueden propagarse a través de sólidos elásticos rígidos. Las dos ondas tienen velocidades diferentes y se amortiguan a velocidades diferentes a medida que viajan a través del mismo material.

De particular interés son las llamadas ondas "PKiKP - ondas de presión (P) que comienzan cerca de la superficie, cruzan el límite del núcleo del manto, viajan a través del núcleo (K), se reflejan en el límite del núcleo interno (i), cruza de nuevo el núcleo líquido (K), vuelve a cruzar al manto y se detectan como ondas de presión (P) en la superficie. También son interesantes las ondas "PKIKP", que viajan a través del núcleo interno (I) en lugar de reflejarse en su superficie (i). Esas señales son más fáciles de interpretar cuando el camino desde la fuente al detector está cerca de una línea recta, es decir, cuando el receptor está justo por encima de la fuente para las ondas PKiKP reflejadas, y antipodal para las ondas PKIKP transmitidas.

Si bien las ondas S no pueden alcanzar o abandonar el núcleo interno como tal, las ondas P se pueden convertir en ondas S y viceversa, ya que alcanzan el límite entre el núcleo interno y externo en un ángulo oblicuo. Las ondas "PKJKP" son similares a las ondas PKIKP, pero se convierten en ondas S cuando ingresan al núcleo interno, viajan a través de él como ondas S (J), y se convierten nuevamente en ondas P cuando salen del núcleo interno. Gracias a este fenómeno, se sabe que el núcleo interno puede propagar ondas S y, por lo tanto, debe ser sólido.

Otras fuentes Otras fuentes de información sobre el núcleo interno incluyen

El campo magnético de la Tierra. Si bien parece generarse principalmente por corrientes fluidas y eléctricas en el núcleo externo, esas corrientes se ven fuertemente afectadas por la presencia del núcleo interno sólido y por el calor que fluye fuera de él. (Aunque está hecho de hierro, el núcleo aparentemente no es ferromagnético, debido a su temperatura extremadamente alta). La masa de la Tierra, su campo gravitacional y su inercia angular. Todos estos se ven afectados por la densidad y las dimensiones de las capas internas. Las frecuencias y modos de oscilación natural de toda la Tierra, cuando los grandes terremotos hacen que el planeta "suene" como una campana. Estas oscilaciones también dependen en gran medida de la densidad, el tamaño y la forma de las capas internas.

Propiedades físicas

Velocidad de la onda sísmica La velocidad de las ondas S en el núcleo varía suavemente de aproximadamente 3.7km/s en el centro a aproximadamente 3.5km/s en la superficie. Eso es considerablemente menor que la velocidad de las ondas S en la corteza inferior (aproximadamente 4.5km/s) y menos de la mitad de la velocidad en el manto profundo, justo por encima del núcleo externo (aproximadamente 7.3km/s).

La velocidad de las ondas P en el núcleo también varía suavemente a través del núcleo interno, desde aproximadamente 11.4km/s en el centro a aproximadamente 11.1km/s en la superficie. Luego, la velocidad cae abruptamente en el límite del núcleo interno-externo a aproximadamente 10.4km/s.

Tamaño y forma Sobre la base de los datos sísmicos, se estima que el núcleo interno es de aproximadamente 1221km en radio (2442km de diámetro), que es aproximadamente el 19% del radio de la Tierra y el 70% del radio de la Luna.

Su volumen es de aproximadamente 7.6mil millones de km3 () que es aproximadamente 1/140 (0,7%) del volumen de toda la Tierra.

Su forma se cree que es muy cerca de un elipsoide achatado de revolución, como la superficie de la Tierra, solo que más esférica: El aplanamiento f se estima entre 1/400 y 1/416 significa que el radio a lo largo del eje de la Tierra se estima en aproximadamente 3km más corto que el radio en el ecuador. En comparación, el aplanamiento de la Tierra como un todo está muy cerca de 1/300 y el radio polar es 21km más corto que el ecuatorial.

Presión y gravedad La presión en el núcleo interno de la Tierra es ligeramente mayor que en el límite entre los núcleos externo e interno: oscila entre aproximadamente330 a 360GPa (3300000 a 3600000 atm).

La aceleración de la gravedad en la superficie del núcleo interno se puede calcular en 4.3m/s2; que es menos de la mitad del valor en la superficie de la Tierra (9.8 m/s2).

Densidad y masa Se cree que la densidad del núcleo interno varía suavemente de aproximadamente 13.0kg/L (= g/cm³ = t/m³) en el centro a aproximadamente 12.8kg/L en la superficie. Como sucede con otras propiedades del material, la densidad cae repentinamente en esa superficie: se cree que el líquido justo por encima del núcleo interno es significativamente menos denso, aproximadamente 12,1kg/L. A modo de comparación, la densidad media en los 100km superiores de la Tierra es aproximadamente 3.4kg/L.

Esa densidad implica una masa de aproximadamente 1023kg para el núcleo interno, que es1/60 (1.7%) de la masa de toda la Tierra.

Temperatura La temperatura del núcleo interno se puede estimar a partir de la temperatura de fusión del hierro impuro a la presión a la que se encuentra el hierro en el límite del núcleo interno (aproximadamente 330GPa). A partir de estas consideraciones, se estimó su temperatura entre y . Sin embargo, se obtuvo experimentalmente una temperatura sustancialmente más alta para el punto de fusión del hierro, 6230±500K.

El hierro puede ser sólido a temperaturas tan altas solo porque su temperatura de fusión aumenta dramáticamente a presiones de esa magnitud (vea la relación Clausius-Clapeyron).

Campo magnético Se determinó que el campo magnético promedio en el núcleo externo líquido es de aproximadamente 2.5militeslas (25gauss), que es aproximadamente 40veces la fuerza máxima en la superficie. Partió del hecho conocido de que la Luna y el Sol causan mareas en el núcleo externo líquido, tal como lo hacen en los océanos en la superficie. Observó que el movimiento del líquido a través del campo magnético local crea corrientes eléctricas, que disipan la energía como calor según la ley de Ohm. Esta disipación, a su vez, amortigua los movimientos de las mareas y explica las anomalías detectadas previamente en la nutación de la Tierra. A partir de la magnitud del último efecto, pudo calcular el campo magnético. El campo dentro del núcleo interno presumiblemente tiene una fuerza similar. Si bien es indirecta, esta medición no depende significativamente de ninguna suposición sobre la evolución de la Tierra o la composición del núcleo.

Viscosidad Aunque las ondas sísmicas se propagan a través del núcleo como si fuera sólido, las mediciones no pueden distinguir entre un material perfectamente sólido de uno extremadamente viscoso. Por lo tanto, algunos científicos han considerado si puede haber una convección lenta en el núcleo interno (como se cree que existe en el manto). Esa podría ser una explicación para la anisotropía detectada en estudios sísmicos. Se estimó la viscosidad del núcleo interno en 1018Pa·s; que es un sextillón de veces la viscosidad del agua, y más de mil millones de veces la de la brea.

Composición Todavía no hay evidencia directa sobre la composición del núcleo interno. Sin embargo, según la prevalencia relativa de varios elementos químicos en el sistema solar, la teoría de la formación planetaria y las restricciones impuestas o implicadas por la química del resto del volumen de la Tierra, se cree que el núcleo interno consiste principalmente en una aleación hierro-níquel.

A las presiones conocidas y las temperaturas estimadas del núcleo, se predice que el hierro puro podría ser sólido, pero su densidad excedería la densidad conocida del núcleo en aproximadamente un 3%. Ese resultado implica la presencia de elementos más ligeros en el núcleo, como silicio, oxígeno o azufre, además de la probable presencia de níquel. Estimaciones más recientes permiten hasta 10% de níquel y 2–3% de elementos más ligeros no identificados.

Según algunos cálculos, el núcleo externo líquido contiene 8-13% de oxígeno, pero a medida que el hierro se cristaliza para formar el núcleo interno, el oxígeno queda mayormente en el líquido.

Los experimentos de laboratorio y el análisis de las velocidades de las ondas sísmicas parecen indicar que el núcleo interno consiste específicamente en alótropos de hierro, una forma cristalina del metal con la estructura hexagonal compacta (hcp). Esa estructura aún puede admitir la inclusión de pequeñas cantidades de níquel y otros elementos.