Importante descubrimiento en uno de los lugares más misteriosos del planeta
El oxígeno puede existir en el núcleo interno sólido
de la Tierra, según un estudio que aporta restricciones clave para la
comprensión del proceso de formación y evolución del centro planetario.
El oxígeno es la sustancia clave para la vida y uno
de los elementos más abundantes en la Tierra. Sin embargo, en la investigación
previa se desconocía si el oxígeno está presente (y en qué forma puede existir)
en el núcleo interno, que está compuesto de hierro casi puro y donde prevalecen
condiciones extremas de alta presión y temperatura.
Los científicos codirigidos por el doctor Jin Liu de
HPSTAR (el Centro de Investigación Avanzada de Ciencia y Tecnología de Alta
Presión) y el doctor Yang Sun de la Universidad de Columbia revelan que las
aleaciones de Fe-O (óxido de hierro) ricas en Fe son estables a presiones
extremas de casi 300 GPa y altas temperaturas de más de 3.000 K. Los
resultados, publicados en la revista The Innovation, demuestran que el oxígeno
puede estar presente en el núcleo interno sólido del planeta.
El núcleo
interno sólido de la Tierra, como uno de los lugares más misteriosos del
planeta, se encuentra en el entorno de temperatura y presión más extremas de la
Tierra, con una presión de más de 3 millones de atmósferas y una temperatura
cercana a la superficie del sol, aproximadamente 6000K.
Debido a que el núcleo interno está mucho más allá
del alcance de los humanos, solo podemos inferir su densidad y composición
química a partir de las señales sísmicas generadas por los terremotos. En la
actualidad, se cree que existen elementos ligeros en el núcleo interno, pero el
tipo y el contenido aún se debaten. La evidencia cosmoquímica y geoquímica
sugiere que debería contener azufre, silicio, carbono e hidrógeno. Los
experimentos y cálculos también confirmaron que estos elementos se mezclan con
hierro puro para formar varias aleaciones de Fe en condiciones de alta
temperatura y alta presión en las profundidades de la Tierra.
Sin embargo, el oxígeno generalmente se excluye del
núcleo interno. Esto se debe principalmente a que nunca se han encontrado
aleaciones de Fe-O con composiciones ricas en hierro en la superficie o en el
manto. El contenido de oxígeno en todos los óxidos de hierro conocidos es mayor
o igual al 50 por ciento atómico. Aunque la gente ha estado tratando de
sintetizar compuestos de óxido de hierro con composiciones ricas en hierro,
tales sustancias nunca se han encontrado todavía.
¿Es el núcleo interno de la Tierra tan «anóxico»?
Para responder a esta pregunta, en este estudio se llevaron a cabo una serie de
experimentos y cálculos teóricos.
Para estar cerca de la temperatura y la presión del
núcleo de la Tierra, se colocaron hierro puro y óxido de hierro en las puntas
de dos yunques de diamante y se calentaron con un rayo láser de alta energía.
Después de muchos intentos, se descubrió que se produce una reacción química
entre el hierro y el óxido de hierro por encima de 220-260 GPa y 3000 K. Los
resultados de XRD revelan que el producto de reacción es diferente de la
estructura común de alta temperatura y alta presión del hierro puro y óxido de
hierro.
La búsqueda teórica de la estructura cristalina
utilizando un algoritmo genético demostró que la aleación Fe-O rica en hierro
podría existir de manera estable a aproximadamente 200 GPa. Bajo tales
condiciones, las nuevas aleaciones de Fe-O ricas en Fe forman una estructura
compacta hexagonal, donde las capas de oxígeno están dispuestas entre las capas
de Fe para estabilizar la estructura. Tal mecanismo produce muchos arreglos
compactos que forman una gran familia de compuestos de Fe-O ricos en Fe con una
gran entropía configuracional.
Con base en esta información teórica, se encontró
una configuración atómica de Fe28O14 que coincidía con el patrón XRD medido
experimentalmente. Cálculos posteriores mostraron que las fases de Fe-O ricas
en Fe son metálicas, en contraste con los óxidos de hierro comunes a bajas
presiones. La estructura electrónica depende de la concentración de O y de la
disposición de las capas de Fe y O. Las propiedades mecánicas y térmicas de la
aleación deben estudiarse más a fondo en el futuro.
..
Comentarios
Publicar un comentario