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Diamantes y óxido en el límite entre el núcleo y el manto de la Tierra


El acero se oxida por el agua y el aire en la superficie de la Tierra. Pero, ¿qué hay del interior profundo de la Tierra?


por Andrea Chatwood, Universidad Estatal de Arizona


El núcleo de la Tierra es el almacenamiento de carbono más grande de la Tierra: aproximadamente el 90 % está enterrado allí. Los científicos han demostrado que la corteza oceánica que se asienta sobre las placas tectónicas y cae hacia el interior, a través de la subducción, contiene minerales hidratados y, en ocasiones, puede descender hasta el límite entre el núcleo y el manto . La temperatura en el límite entre el núcleo y el manto es al menos el doble que la de la lava, y lo suficientemente alta como para que el agua pueda liberarse de los minerales hidratados. Por lo tanto, una reacción química similar a la oxidación del acero podría ocurrir en el límite entre el núcleo y el manto de la Tierra.

Byeongkwan Ko, un reciente Ph.D. de la Universidad Estatal de Arizona. se graduó y sus colaboradores publicaron sus hallazgos sobre el límite entre el núcleo y el manto en Geophysical Research Letters . Llevaron a cabo experimentos en la Fuente Avanzada de Fotones en el Laboratorio Nacional de Argonne, donde comprimieron una aleación de hierro y carbono y agua a la presión y temperatura esperadas en el límite entre el núcleo y el manto de la Tierra, derritiendo la aleación de hierro y carbono.

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Los investigadores encontraron que el agua y el metal reaccionan y producen óxidos e hidróxidos de hierro, tal como sucede con la oxidación en la superficie de la Tierra. Sin embargo, encontraron que para las condiciones del límite entre el núcleo y el manto, el carbono sale de la aleación líquida de hierro y metal y forma diamante.

«La temperatura en el límite entre el manto de silicato y el núcleo metálico a 3000 km de profundidad alcanza aproximadamente los 7000 F, que es lo suficientemente alta como para que la mayoría de los minerales pierdan el H 2 O capturado en sus estructuras a escala atómica», dijo Dan Shim, profesor de la ASU. Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio. «De hecho, la temperatura es lo suficientemente alta como para que algunos minerales se derritan en tales condiciones».

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Debido a que el carbono es un elemento amante del hierro, se espera que exista una cantidad significativa de carbono en el núcleo, mientras que se cree que el manto tiene relativamente poco carbono. Sin embargo, los científicos han descubierto que existe mucho más carbono en el manto de lo esperado.

«A las presiones esperadas para el límite entre el núcleo y el manto de la Tierra, la aleación de hidrógeno con el líquido de metal de hierro parece reducir la solubilidad de otros elementos ligeros en el núcleo», dijo Shim. «Por lo tanto, la solubilidad del carbono, que probablemente existe en el núcleo de la Tierra, disminuye localmente donde el hidrógeno ingresa al núcleo desde el manto (a través de la deshidratación). La forma estable de carbono en las condiciones de presión y temperatura del límite entre el núcleo y el manto de la Tierra es el diamante. Así que el carbono que escapa del núcleo exterior líquido se convertiría en diamante cuando entrara en el manto».

“El carbono es un elemento esencial para la vida y juega un papel importante en muchos procesos geológicos ”, dijo Ko. «El nuevo descubrimiento de un mecanismo de transferencia de carbono desde el núcleo al manto arrojará luz sobre la comprensión del ciclo del carbono en el interior profundo de la Tierra. Esto es aún más emocionante dado que la formación de diamantes en el límite entre el núcleo y el manto podría haber sido sucediendo durante miles de millones de años desde el inicio de la subducción en el planeta».

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El nuevo estudio de Ko muestra que la fuga de carbono desde el núcleo hacia el manto por este proceso de formación de diamantes puede proporcionar suficiente carbono para explicar las elevadas cantidades de carbono en el manto. Ko y sus colaboradores también predijeron que pueden existir estructuras ricas en diamantes en el límite entre el núcleo y el manto y que los estudios sísmicos podrían detectar las estructuras porque las ondas sísmicas deberían viajar inusualmente rápido para las estructuras.

«La razón por la que las ondas sísmicas deberían propagarse excepcionalmente rápido a través de estructuras ricas en diamantes en el límite entre el núcleo y el manto se debe a que el diamante es extremadamente incompresible y menos denso que otros materiales en el límite entre el núcleo y el manto «, dijo Shim.

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Ko y su equipo continuarán investigando cómo la reacción también puede cambiar la concentración de otros elementos ligeros en el núcleo, como el silicio, el azufre y el oxígeno, y cómo estos cambios pueden afectar la mineralogía del manto profundo.


Más información: Byeongkwan Ko et al, Formación de diamantes inducida por agua en el límite entre el manto y el núcleo de la Tierra, 

Cartas de investigación geofísica (2022). DOI: 10.1029/2022GL098271



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