El acoplamiento gravitatorio en el interior profundo de la Tierra altera la velocidad de rotación planetaria

Una compleja interacción gravitatoria entre el núcleo interno sólido de la Tierra y el manto suprayacente está alterando la velocidad de rotación del planeta, causando cambios sutiles en la duración exacta de un día solar, según la información brindada por Jorge Garay. El fenómeno se deriva de una dinámica física en lo más profundo del interior terrestre, donde las fuerzas gravitatorias ejercidas por regiones densas del manto de silicato ejercen tracción sobre el núcleo interno metálico sólido. Este acoplamiento gravitatorio actúa junto con los pares electromagnéticos generados por el núcleo externo líquido, lo que crea un intercambio continuo de momento angular entre el interior planetario y las capas superficiales. Como resultado, el tiempo necesario para que la Tierra complete una rotación entera sobre su eje fluctúa en pequeñas fracciones de milisegundo a lo largo de ciclos multidecadales, lo que afecta directamente a las mediciones de la rotación planetaria y a los sistemas de sincronización global de ultraprecisión.

## Datos clave - Las fuerzas gravitatorias entre el núcleo interno sólido y el manto inferior de la Tierra actúan junto con la dinámica del núcleo externo para alterar la velocidad de rotación planetaria. - Las fluctuaciones en la rotación interna de la Tierra hacen que la duración de un día solar varíe en incrementos de microsegundos a milisegundos en periodos multidecadales. - El núcleo interno sólido, compuesto principalmente por una aleación de hierro y níquel con un radio de aproximadamente 1,220 kilómetros, está suspendido dentro de un núcleo externo líquido de unos 2,200 kilómetros de espesor. - La cronometría global moderna equilibra el Tiempo Universal Coordinado (UTC), impulsado por relojes atómicos de alta precisión, con el tiempo astronómico (UT1), que refleja la velocidad de rotación física de la Tierra. - El monitoreo preciso de la duración del día se basa en mediciones geodésicas, incluida la interferometría de muy larga base (VLBI), la telemetría láser por satélite y las observaciones globales de ondas sísmicas.

## Qué ocurrió El mecanismo que impulsa los cambios en la duración del día implica un tira y afloja dinámico en lo más profundo de la estructura terrestre, según la información brindada por Jorge Garay. En el centro del planeta se encuentra el núcleo interno sólido, una masa esférica de hierro y níquel situada a unos 5,100 kilómetros bajo la superficie. Alrededor de este núcleo interno hay una capa de 2,200 kilómetros de espesor de hierro y níquel fundidos que forma el núcleo externo, limitado en su parte superior por el manto de roca de silicato que se extiende hasta una profundidad de aproximadamente 2,900 kilómetros. Dado que el núcleo interno no está unido en absoluto al manto sólido y flota en el fluido de baja viscosidad del núcleo externo, es capaz de rotar a una velocidad ligeramente diferente a la del resto del planeta, un proceso conocido como rotación diferencial.

Este movimiento diferencial permite que se produzca el acoplamiento gravitatorio. El manto inferior no es del todo uniforme en densidad; contiene heterogeneidades estructurales a gran escala, incluidas regiones de mayor densidad asociadas con antiguas placas tectónicas subducidas. Estas densas estructuras del manto ejercen una atracción gravitatoria sobre características no esféricas o con desequilibrio de densidad dentro del núcleo interno sólido. A medida que el núcleo interno rota con respecto al manto, estas fuerzas gravitatorias mutuas crean un par restaurador que ejerce tracción tanto sobre el núcleo interno como sobre el manto.

Cuando el núcleo interno se acelera o se frena con respecto al manto, la conservación del momento angular total obliga al manto y a la corteza a ajustar su velocidad de rotación en sentido opuesto. Dado que la infraestructura humana y el seguimiento astronómico están fijos a la corteza, cualquier alteración en la velocidad de rotación del manto cambia directamente la duración de un día. Esta interacción gravitatoria, que opera en conjunto con los movimientos de fluidos y los campos electromagnéticos dentro del núcleo externo líquido, crea oscilaciones decadales en la duración del día que aceleran o desaceleran periódicamente el giro planetario en fracciones de milisegundo.

## Por qué es importante Aunque las variaciones medidas en milisegundos puedan parecer insignificantes en la vida cotidiana, conllevan consecuencias importantes para la infraestructura tecnológica de alta precisión, la navegación astronómica y las normas de medición del tiempo. Las comunicaciones digitales modernas, los mercados financieros automatizados, las redes eléctricas y los Sistemas Globales de Navegación por Satélite (GNSS) —como el GPS de Estados Unidos, el Galileo de Europa y el GLONASS de Rusia— dependen de una precisión de sincronización de hasta nanosegundos. Los sistemas de posicionamiento por satélite calculan las distancias en función del tiempo que tardan las señales de radio que viajan a la velocidad de la luz en llegar a los receptores terrestres; un desplazamiento no detectado en la posición de rotación de la Tierra puede introducir errores posicionales en el seguimiento por satélite y en la determinación de órbitas.

Además, la medición del tiempo civil se basa en el Tiempo Universal Coordinado (UTC), un patrón de tiempo atómico mantenido por cientos de relojes atómicos ultraestables en todo el mundo. Para mantener el UTC alineado con la rotación astronómica real de la Tierra (conocida como UT1), las autoridades internacionales de cronometría insertan o eliminan periódicamente "segundos intercalares" cuando la desviación entre el tiempo atómico y el tiempo de rotación se acerca a los 0.9 segundos. Las fluctuaciones impulsadas por la dinámica de las profundidades de la Tierra dificultan las predicciones de rotación a largo plazo. Los cambios inesperados en la velocidad de giro planetario pueden forzar cambios repentinos en la programación de los segundos intercalares o complicar los esfuerzos internacionales en curso para reformar los protocolos de medición del tiempo. En 2022, la Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM) votó a favor de eliminar o ajustar el sistema de segundos intercalares para 2035, una transición que requiere modelos predictivos precisos de la rotación variable de la Tierra para implementarse de forma segura sin interrumpir las redes de software globales.

## Antecedentes Los científicos han reconocido durante siglos que la Tierra no rota a una velocidad del todo constante, pero los mecanismos internos que impulsan estas variaciones solo se han aclarado mediante la geofísica moderna. Los registros a largo plazo de eclipses solares que se remontan a más de dos milenios revelan que la duración de un día solar aumenta aproximadamente entre 1.7 y 2.3 milisegundos por siglo. Este frenado secular es causado principalmente por la fricción de las mareas: la atracción gravitatoria de la Luna y el Sol crea mareas oceánicas que actúan como un freno fluido sobre la rotación terrestre, transfiriendo momento angular de la Tierra a la órbita lunar.

Sin embargo, las variaciones a más corto plazo que ocurren a lo largo de años o décadas no pueden explicarse únicamente por la disipación de las mareas. En 1936, la sismóloga danesa Inge Lehmann descubrió el núcleo interno sólido de la Tierra al analizar las ondas sísmicas generadas por terremotos profundos. Décadas más tarde, en 1996, los sismólogos Xiaodong Song y Paul Richards presentaron pruebas observacionales de que el núcleo interno rota a una velocidad diferente a la del manto, al analizar señales de dobletes sísmicos que atravesaron el núcleo interno a lo largo de varias décadas.

Posteriormente, los geofísicos desarrollaron modelos teóricos para explicar cómo el núcleo interno, el núcleo externo y el manto intercambian momento. Se identificaron dos mecanismos principales: el acoplamiento electromagnético, donde los campos magnéticos generados por la geodinamo del núcleo externo ejercen fuerza sobre el núcleo interno y el manto; y el acoplamiento gravitatorio, propuesto por geofísicos como Bruce Buffett, en el que las fuerzas gravitatorias entre las anomalías densas del manto y las estructuras del núcleo interno acoplan sus posiciones en un sistema de par oscilante.

El advenimiento de los relojes atómicos en 1955, seguido por la creación del Tiempo Atómico Internacional (TAI) en 1967, proporcionó a los científicos un reloj de referencia inmutable e independiente del movimiento planetario. La comparación del tiempo atómico con las observaciones astronómicas confirmó que la Tierra experimenta fluctuaciones decadales de varios milisegundos, superpuestas a cambios estacionales impulsados por los vientos atmosféricos y la redistribución de la masa oceánica.

## Reacciones Geofísicos, geodestas y metrólogos han respondido a las investigaciones en curso sobre la rotación interna de la Tierra pidiendo redes de monitoreo global reforzadas. El Servicio Internacional de Rotación de la Tierra y Sistemas de Referencia (IERS), con sede en París y Fráncfort, hace un seguimiento regular de los cambios en los parámetros de orientación de la Tierra y evalúa cómo la dinámica del interior profundo influye en los cálculos de la duración del día.

Dentro de la comunidad científica, los investigadores destacan que comprender los pares gravitatorios del núcleo interno es esencial para separar las fuerzas planetarias internas de los fenómenos a nivel de superficie, como la pérdida de masa de hielo provocada por el clima y el aumento del nivel del mar, que también redistribuyen la masa por la superficie y alteran el momento de inercia de la Tierra. Los metrólogos afiliados a la Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM) siguen de cerca estos estudios geofísicos, ya que las variaciones rotacionales imprevistas afectan directamente la planificación de los futuros patrones de escalas de tiempo atómico. Mientras tanto, las organizaciones tecnológicas y los proveedores de infraestructura en la nube continúan abogando por modelos rotacionales predecibles para evitar las perturbaciones operativas asociadas con ajustes imprevistos de los segundos intercalares.

## Lo que aún no se sabe A pesar de los importantes avances en la tomografía sísmica y la geodesia por satélite, varios parámetros clave relativos a la dinámica del núcleo interno de la Tierra siguen siendo inciertos. La magnitud exacta y la distribución de las anomalías de masa dentro del manto inferior y del núcleo interno no se han cartografiado por completo, lo que deja la fuerza precisa del acoplamiento gravitatorio abierta al debate entre los geofísicos.

Además, los científicos continúan debatiendo la naturaleza exacta del movimiento del núcleo interno. Mientras que algunos modelos sugieren una superrotación diferencial continua, otros estudios indican que el núcleo interno experimenta oscilaciones multidecadales, cambiando su velocidad de rotación en relación con el manto de un lado a otro en ciclos de aproximadamente 60 a 70 años. El equilibrio preciso entre el arrastre electromagnético de la dinamo del núcleo externo y las fuerzas restauradoras gravitatorias del manto también sigue sin resolverse. Resolver estas incertidumbres requiere un monitoreo sísmico continuo a largo plazo y mediciones geodésicas perfeccionadas en las próximas décadas.

## Qué habrá que vigilar Hitos clave determinarán cómo influirá la dinámica interna de la Tierra en los sistemas globales en los próximos años: - Los boletines de decisión emitidos por el Servicio Internacional de Rotación de la Tierra y Sistemas de Referencia (IERS), publicados semestralmente, que anuncian si se añadirán o restarán segundos intercalares al Tiempo Universal Coordinado. - Las implementaciones previas a la fecha objetivo de 2035 fijada por la Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM) para discontinuar las inserciones tradicionales de segundos intercalares en favor de ajustes de sincronización más grandes y menos frecuentes. - Nuevos datos observacionales de las redes globales de interferometría de muy larga base (VLBI) y de las estaciones de telemetría láser por satélite que rastrean los cambios a nivel de microsegundos en la velocidad de rotación de la Tierra. - Estudios de dobletes sísmicos y análisis tomográficos de las profundidades de la Tierra publicados por equipos internacionales de investigación geofísica que monitorean posibles cambios de dirección o de velocidad en la rotación del núcleo interno.

Este informe se basa en la información original de Jorge Garay sobre la dinámica gravitatoria entre el núcleo interno y el manto de la Tierra y su impacto en la velocidad de rotación planetaria.