Hidrógeno en el núcleo de la Tierra inferido mediante imágenes y difracción con neutrones

Un almacén oculto del elemento más ligero de la Tierra

El hidrógeno es conocido principalmente como el ingrediente principal del agua y del Sol, pero este estudio sugiere que cantidades enormes podrían también estar atrapadas en lo profundo del corazón metálico de nuestro planeta. Recreando las intensas presiones y temperaturas que existen muy por debajo de la superficie terrestre y observando cómo se comporta el hidrógeno dentro del hierro fundido, los autores ofrecen una nueva ventana hacia la composición del núcleo y hacia cómo se formó nuestro planeta.

Por qué el núcleo de la Tierra parece demasiado ligero

Las ondas sísmicas muestran que el núcleo de la Tierra es menos denso que una esfera de hierro y níquel puros. Para explicar esa “masa faltante”, los científicos han propuesto que elementos más ligeros como silicio, azufre, oxígeno, carbono e hidrógeno están mezclados en el núcleo. El hidrógeno es un candidato especialmente intrigante porque era abundante en el Sistema Solar primitivo y se disuelve fácilmente en el hierro cuando se somete a presiones muy altas. Sin embargo, medir cuánto hidrógeno entra realmente en el hierro líquido ha sido difícil, porque los hidruros de hierro que se forman bajo presión se descomponen al volver a condiciones normales.

Observando el hidrógeno en el hierro fundido

Los investigadores abordaron este reto usando haces de neutrones, partículas que atraviesan con facilidad los metales pero que son fuertemente afectadas por el hidrógeno. En una potente fuente de neutrones en Japón colocaron una diminuta muestra de hierro, junto con un material rico en hidrógeno, dentro de una prensa de múltiples yunques que la comprimió hasta aproximadamente 3–3,5 gigapascales y la calentó hasta 1400 kelvin, condiciones similares a las que había cerca de la base de un océano de magma temprano en la joven Tierra. La difracción de neutrones, que revela cómo están dispuestos los átomos, mostró cuándo el hierro pasó de un cristal sólido a un estado completamente fundido. La imagen por neutrones, que registra cuánto absorbe neutrones la muestra, reveló cuánto hidrógeno había entrado en el hierro en cada etapa.

Convirtiendo sombras de neutrones en números

Para traducir las imágenes de neutrones en contenido de hidrógeno, el equipo calibró primero cómo cambiaba la absorción de masa de neutrones al añadirse más hidrógeno al hierro sólido. Mostraron que la absorción aumentaba casi linealmente con la fracción de hidrógeno, lo que les permitió construir una curva de conversión simple. Para el hierro fundido, la densidad no es directamente conocida, de modo que combinaron sus medidas con avanzadas simulaciones por ordenador del hidruro de hierro líquido que relacionan presión, temperatura y composición con la densidad. Poniendo estas piezas en conjunto, inferieron que el hierro líquido a 3,4 gigapascales y 1400 kelvin puede contener alrededor de 0,17 por ciento en peso de hidrógeno.

De la cápsula de laboratorio al núcleo planetario

A continuación, los autores emplearon una forma modificada de una ley clásica, la ley de Sieverts, que vincula cuánto hidrógeno se disuelve en un metal con la presión parcial de hidrógeno y la temperatura circundantes. Anclados en su resultado experimental, calcularon cuánto hidrógeno podría incorporar el hierro fundido en la base de un océano de magma profundo bajo una atmósfera primitiva rica en hidrógeno. Bajo estas condiciones favorables, estiman que el hierro líquido formador del núcleo podría haber contenido aproximadamente entre 0,6 y 0,7 por ciento en peso de hidrógeno. Cuando el núcleo se separó más tarde en una cáscara externa líquida y una esfera interna sólida, el hidrógeno preferiría permanecer en el líquido, dejando el núcleo externo más enriquecido en hidrógeno que el núcleo interno.

Qué significa esto para el interior profundo de la Tierra

Usando modelos estándar del interior terrestre, el equipo traduce estos porcentajes en un presupuesto sorprendente: el núcleo podría almacenar entre 72 y 87 veces más hidrógeno que todos los océanos actuales juntos. En su escenario, solo el núcleo externo contendría el equivalente a 70–85 océanos de hidrógeno, mientras que el núcleo interno tendría una porción menor pero aún considerable. Tales cantidades pueden explicar más de la mitad del déficit de densidad observado en el núcleo externo si el hidrógeno fuera el único elemento ligero presente. En la realidad, casi con certeza otros elementos se añadirían al hidrógeno allí, pero este trabajo demuestra que ya no puede considerarse al hidrógeno como un actor menor en la configuración y evolución de la región más profunda de la Tierra.

Una nueva pieza en la historia del origen de la Tierra

Para un lector no especializado, el mensaje clave es que el núcleo de la Tierra podría ser un enorme y oculto reservorio de hidrógeno que rivaliza o incluso supera al agua en la superficie. Midiendo directamente el hidrógeno en hierro fundido bajo condiciones realistas en lugar de depender de indicios indirectos, este estudio refuerza la idea de que la atmósfera rica en hidrógeno y el manto fundido de la Tierra primitiva alimentaron vastas cantidades del elemento más ligero hacia el núcleo en formación. Ese silencioso depósito de hidrógeno continúa influyendo en el planeta hoy a través de su efecto sobre la densidad, la dinámica y el comportamiento magnético del núcleo.

Cita: Takahashi, N., Sakamaki, T., Hattori, T. et al. Hydrogen in the Earth core inferred from neutron imaging and diffraction. Sci Rep 16, 14162 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-49969-z

Palabras clave: Núcleo terrestre, hidrógeno en hierro, experimentos con neutrones, océano de magma, formación planetaria