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La investigación revela un ‘hallazgo fundamental’ sobre el núcleo externo de la Tierra


El núcleo de la Tierra es un lugar excepcionalmente difícil de estudiar. Sus profundidades descienden a lo largo de 2.900 kilómetros, aproximadamente la distancia de la ciudad de Nueva York a Denver, y sus condiciones extremas, de otro mundo, son extraordinariamente difíciles de simular en el laboratorio.


Universidad Estatal de Florida.

Para científicos como el Profesor Asistente Mainak Mookherjee de la Universidad Estatal de Florida y su investigador postdoctoral Suraj Bajgain, cuya labor de vida es penetrar en los misterios escondidos en las profundidades imposibles del núcleo, estos son obstáculos serios y obstinados. Pero en un nuevo estudio publicado en la revista Geophysical Research Letters , Mookherjee y su equipo utilizaron técnicas de supercomputación de gran potencia para eludir estos obstáculos y hacer un descubrimiento crítico sobre la composición química del núcleo.

Junto con sus colegas en Rice University y Louisiana State University, Mookherjee y Bajgain utilizaron simulaciones meticulosamente calibradas para determinar la cantidad máxima de nitrógeno que posiblemente pueda existir en el núcleo externo de la Tierra: aproximadamente 2 por ciento en peso en el límite núcleo-manto , y aproximadamente 2.6 Porcentaje en peso en el límite del núcleo interno.

«Este es un ejercicio revelador porque proporciona el límite superior de nitrógeno en el núcleo externo», dijo Mookherjee. «Estamos proporcionando la máxima restricción a la abundancia de un elemento que es un componente importante de la atmósfera de un planeta habitable. Ese es el descubrimiento fundamental».

El nitrógeno es clave para la materia orgánica , y la forma en que el nitrógeno se almacena en el interior rocoso y metálico del planeta es una pieza de información crucial pero difícil de alcanzar.

«Cuando se está formando un planeta, el tamaño del planeta y la cantidad de nitrógeno, o cualquier otro elemento de luz, es absorbido por el núcleo es muy importante», dijo Mookherjee. «Si estás pensando en la vida como vida orgánica, el carbono y el nitrógeno son componentes importantes. Pero si todo el nitrógeno entra en el núcleo, no queda nada para alimentar la vida orgánica».

Las preguntas sobre qué elementos revolotean en el caldero del núcleo de la Tierra han desconcertado a los científicos de la Tierra. Las disonancias importantes en los modelos sismológicos y geoquímicos prevalecientes han quedado sin explicación, y los análisis de meteoritos que modelan de cerca el material rocoso de la Tierra tienden a sugerir que deberíamos ver más nitrógeno en el interior de nuestro planeta. Estas inconsistencias provocan preguntas desconcertantes.

«La evidencia geoquímica a menudo apunta al hecho de que el interior de la Tierra podría estar agotado en términos de inventario de nitrógeno», dijo Mookherjee. «¿Nos falta? ¿Está oculto en el núcleo? Son incógnitas. Hay varios modelos, pero es imposible acceder al núcleo de la Tierra, y no tenemos evidencia directa del proceso de formación del planeta, incluida la redistribución de elementos. estamos tratando de hacer inferencias juntando evidencia «.

Mookherjee evitó los considerables desafíos de experimentar en condiciones extremas del núcleo simulando esas condiciones en supercomputadoras potentes. Usando instalaciones en LSU, así como las instalaciones de XSEDE de la National Science Foundation en Texas, los investigadores realizaron una serie de simulaciones de dinámica molecular, que proporcionan datos críticos sobre el comportamiento de líquidos y sólidos expuestos a altas temperaturas y enormes presiones.

Después de una batería de pruebas de referencia para garantizar que las simulaciones funcionaran correctamente, el equipo agregó nitrógeno al sistema. Su objetivo era identificar los efectos del nitrógeno en la densidad y la velocidad de la onda de sonido del hierro líquido en condiciones análogas al núcleo de la Tierra, lecturas que les permitirían determinar mejor el contenido de nitrógeno del núcleo.

En última instancia, las simulaciones revelaron con éxito un primer indicio basado en datos geofísicos sobre cuánto nitrógeno podría quedar atrapado en las profundidades del interior inhóspito de la Tierra.

«Nuestras estimaciones sobre el límite máximo de nitrógeno en el núcleo externo de la Tierra se basan en el supuesto de que el núcleo de la Tierra está compuesto por una mezcla binaria de hierro-nitrógeno, pero se necesita más investigación para incorporar el efecto de múltiples elementos aleados con hierro», dijo Mookherjee. dijo.

Más información: Suraj K. Bajgain et al, Contenido de nitrógeno en el núcleo externo de la Tierra, Geophysical Research Letters (2018). DOI: 10.1029 / 2018GL080555 

Referencia del diario: Cartas de investigación geofísica 

Proporcionado por: Florida State University

Información de: phys.org


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