La Tierra puede haber revelado sus secretos más íntimos a un par de geoquímicos de California, que han utilizado simulaciones informáticas extensas para reconstruir la historia más antigua del núcleo de nuestro planeta.
Este esquema de la corteza terrestre y el manto muestra los resultados de su estudio, que encontró que las presiones extremas habrían concentrado los isótopos más pesados del hierro cerca del fondo del manto a medida que cristalizaba en un océano de magma.
Al usar una supercomputadora para exprimir y calentar virtualmente minerales que contienen hierro en condiciones que habrían existido cuando la Tierra cristalizó de un océano de magma a su forma sólida hace 4.500 millones de años, los dos científicos, de la Universidad de California en Davis - han producido la primera imagen de cómo se distribuyeron inicialmente los diferentes isótopos de hierro en la Tierra sólida.
El descubrimiento podría iniciar una ola de investigaciones sobre la evolución del manto de la Tierra, una capa de material de aproximadamente 1,800 millas de profundidad que se extiende desde justo debajo de la delgada corteza del planeta hasta su núcleo metálico.
"Ahora que tenemos una idea de cómo estos isótopos de hierro se distribuyeron originalmente en la Tierra", dijo el autor principal del estudio James Rustad, "deberíamos poder usar los isótopos para rastrear el funcionamiento interno del motor de la Tierra".
La revista publicó en línea un artículo que describe el estudio de Rustad y el coautor Qing-zhu Yin.Nature Geoscience el domingo 14 de junio, antes de la publicación impresa en julio.
Encajonado entre la corteza terrestre y el núcleo, el vasto manto representa aproximadamente el 85 por ciento del volumen del planeta. En una escala de tiempo humana, esta inmensa porción de nuestro orbe parece ser sólida. Pero durante millones de años, el calor del núcleo fundido y la propia desintegración radiactiva del manto hace que se agite lentamente, como una sopa espesa a fuego lento. Esta circulación es la fuerza impulsora detrás del movimiento de la superficie de las placas tectónicas, que construye montañas y provoca terremotos.
Una fuente de información que proporciona información sobre la física de esta masa viscosa son las cuatro formas estables, o isótopos, de hierro que se pueden encontrar en las rocas que se han elevado a la superficie de la Tierra en las crestas del océano medio donde se está extendiendo el fondo marino y en los puntos críticos. como los volcanes de Hawai que se asoman a través de la corteza terrestre. Los geólogos sospechan que parte de este material se origina en el límite entre el manto y el núcleo a unas 1,800 millas debajo de la superficie.
"Los geólogos usan isótopos para rastrear los procesos fisicoquímicos en la naturaleza de la misma manera que los biólogos usan el ADN para rastrear la evolución de la vida", dijo Yin.
Debido a que la composición de los isótopos de hierro en las rocas variará dependiendo de las condiciones de presión y temperatura bajo las cuales se creó una roca, Yin dijo que, en principio, los geólogos podrían usar isótopos de hierro en rocas recolectadas en puntos calientes de todo el mundo para rastrear la historia geológica del manto. . Pero para hacerlo, primero tendrían que saber cómo se distribuyeron originalmente los isótopos en el primordial océano de magma de la Tierra cuando se enfrió y endureció.
Yin y Rustad investigaron cómo los efectos competitivos de la presión extrema y la temperatura profunda en el interior de la Tierra habrían afectado los minerales en el manto inferior, la zona que se extiende desde aproximadamente 400 millas debajo de la corteza del planeta hasta el límite del manto central. Las temperaturas de hasta 4.500 grados Kelvin en la región reducen las diferencias isotópicas entre minerales a un nivel minúsculo, mientras que las presiones de aplastamiento tienden a alterar la forma básica del átomo de hierro, un fenómeno conocido como transición electrónica de espín.
El par calculó la composición de isótopos de hierro de dos minerales bajo un rango de temperaturas, presiones y diferentes estados de giro electrónico que ahora se sabe que ocurren en el manto inferior. Los dos minerales, ferroperovskite y ferropericlasa, contienen prácticamente todo el hierro que se encuentra en esta porción profunda de la Tierra.
Los cálculos fueron tan complejos que cada serie que Rustad y Yin ejecutaron a través de la computadora requirió un mes para completarse.
Yin y Rustad determinaron que presiones extremas habrían concentrado los isótopos más pesados del hierro cerca del fondo del manto de cristalización.
Los investigadores planean documentar la variación de los isótopos de hierro en productos químicos puros sometidos a temperaturas y presiones en el laboratorio que son equivalentes a los encontrados en el límite entre el núcleo y el manto. Finalmente, dijo Yin, esperan ver sus predicciones teóricas verificadas en muestras geológicas generadas a partir del manto inferior.
Fuente: Eurekalert
