Un nuevo compuesto rico en manganeso podría ayudar a explicar por qué las ondas sísmicas se ralentizan en ciertas zonas del interior terrestre
Redactor: Javier Morales O.
Editor: Karem Díaz S.
Un compuesto recién identificado, rico en manganeso, podría aportar una nueva pieza para entender procesos químicos y sísmicos que ocurren a gran profundidad dentro de la Tierra. La investigación, publicada en Physical Review B, analiza cómo ciertas formas de óxidos de manganeso pueden mantenerse estables bajo presiones extremas similares a las del manto profundo y del límite entre el núcleo y el manto.
El trabajo parte de un problema abierto en las ciencias de la Tierra: se sabe que el manganeso participa en ciclos geoquímicos importantes, pero todavía no se comprenden del todo sus formas exactas, su abundancia ni los mecanismos que regulan su comportamiento en el interior profundo del planeta. Esa zona, inaccesible de forma directa, solo puede estudiarse mediante experimentos, modelos computacionales y señales indirectas como las ondas sísmicas.
Un elemento menor con impacto profundo
El manto terrestre está compuesto principalmente por oxígeno, magnesio, silicio y hierro. Sin embargo, elementos menos abundantes como el manganeso también pueden influir en procesos geoquímicos de largo plazo. En distintas formas de óxido, el manganeso puede reaccionar con otros minerales según cambian la presión y la temperatura.
Los óxidos de manganeso conocidos, como MnO, Mn3O4, Mn2O3 y MnO2, ya habían sido estudiados en relación con su estabilidad bajo condiciones de alta presión. La nueva investigación plantea que podrían existir fases adicionales capaces de intervenir en ciclos químicos profundos y en la distribución de oxígeno dentro del manto.
Estos procesos ayudan a explicar por qué el interior terrestre no es químicamente uniforme. La combinación de presión, temperatura, minerales subducidos y reacciones de oxidación-reducción puede generar regiones con propiedades distintas, capaces de modificar la forma en que viajan las ondas sísmicas por el planeta.
El hallazgo de Mn4O bajo presión extrema
Para buscar nuevas fases estables de óxidos de manganeso, el equipo utilizó un programa basado en inteligencia de enjambre junto con cálculos computacionales. Ese enfoque permitió identificar un compuesto rico en manganeso, Mn4O, estable desde la presión superficial hasta al menos 150 gigapascales, una presión comparable con condiciones del manto profundo.
Los investigadores también encontraron una nueva fase de alta presión de Mn3O4, estable por encima de 72 gigapascales, pero no bajo presión superficial. Ambas fases se mantuvieron estables en condiciones similares a las del límite entre el núcleo y el manto, una región situada a miles de kilómetros bajo la superficie terrestre.
Ese límite profundo ya ha sido asociado con reacciones químicas extremas. En Noticias de la Tierra se ha explicado cómo el límite entre el núcleo y el manto puede albergar procesos de oxidación, transferencia de elementos y formación de minerales bajo presiones y temperaturas muy superiores a las de la superficie.
Por qué se ralentizan algunas ondas sísmicas
Uno de los aportes más relevantes del estudio es su posible relación con las llamadas zonas de velocidad ultrabaja. Estas regiones, ubicadas cerca del límite entre el núcleo y el manto, se caracterizan porque las ondas sísmicas viajan más lentamente que en los materiales circundantes.
La investigación propone que Mn4O podría flotar por encima del hierro en esa región profunda debido a su densidad. Además, tanto Mn4O como la nueva fase de Mn3O4 presentan baja velocidad del sonido, una propiedad que podría contribuir a explicar por qué las ondas sísmicas se desaceleran en determinadas zonas.
La interpretación encaja con el papel central de las ondas sísmicas como herramienta para estudiar el interior terrestre. Como se ha descrito en relación con lo que revelan las ondas sísmicas, los científicos reconstruyen la estructura interna del planeta observando cómo esas ondas cambian de velocidad, dirección o intensidad al atravesar distintas capas.
Una explicación regional, no global
El estudio no plantea que el manganeso explique todas las anomalías sísmicas del manto profundo. Los autores advierten que el efecto sería probablemente regional, no global, debido a la baja abundancia de manganeso en el manto. Esto significa que el nuevo compuesto podría ayudar a interpretar ciertas señales localizadas, sin convertirse en una explicación única para toda la dinámica profunda de la Tierra.
La precisión de este punto es importante porque las anomalías sísmicas pueden tener múltiples causas: variaciones térmicas, diferencias químicas, presencia de materiales subducidos, fusión parcial o cambios en la estructura mineral. En años recientes, distintos trabajos han relacionado señales sísmicas con grandes estructuras internas, como las estructuras ocultas en el manto terrestre capaces de influir en procesos geodinámicos de escala planetaria.
La novedad del trabajo sobre Mn4O consiste en añadir una posible causa química específica para ciertas zonas de baja velocidad. No sustituye otras explicaciones, pero amplía el catálogo de materiales que podrían intervenir en el comportamiento sísmico del manto profundo.
El manganeso y la historia del oxígeno terrestre
La investigación también conecta el comportamiento profundo del manganeso con un episodio clave de la historia planetaria: el Gran Evento de Oxidación, ocurrido hace alrededor de 2.400 millones de años. Durante ese periodo, aumentó de forma marcada el oxígeno en la superficie terrestre y también se registró una acumulación notable de minerales de manganeso.
Los autores proponen que Mn4O podría formarse mediante reacciones redox asociadas a materiales oxidados subducidos. Luego, ese compuesto podría ser transportado hacia la superficie mediante plumas del manto, donde reaccionaría con oxígeno para formar minerales comunes de manganeso.
Esta hipótesis ofrece una vía para relacionar procesos profundos con registros minerales antiguos observados en la corteza. También refuerza la idea de que la evolución química de la Tierra depende de intercambios constantes entre superficie, placas tectónicas, manto y regiones próximas al núcleo.
Modelos que aún necesitan confirmación
Los resultados se basan en modelos computacionales, por lo que todavía requieren confirmación experimental. Los autores señalan que serán necesarios estudios teóricos y experimentales en sistemas más complejos que incluyan hierro, manganeso, oxígeno, silicio y magnesio para comprobar cómo se comportan estos compuestos en ambientes más realistas del manto profundo.
Ese límite metodológico no reduce la importancia del hallazgo, pero sí marca el alcance de la interpretación. La estabilidad calculada de Mn4O y de la fase de alta presión de Mn3O4 abre una hipótesis prometedora, aunque no definitiva, sobre la relación entre química profunda y señales sísmicas.
El avance se suma a una línea de investigación que utiliza la sismología y la mineralogía de alta presión para reconstruir estructuras invisibles del planeta. Trabajos recientes sobre anisotropía sísmica en el manto terrestre muestran cómo pequeñas diferencias en la velocidad de propagación de las ondas pueden revelar materiales, deformaciones y regiones internas que no pueden observarse directamente.
Una ventana química al interior terrestre
El nuevo compuesto Mn4O ofrece una vía para interpretar dos problemas conectados: el ciclo profundo del manganeso y ciertas anomalías sísmicas del límite entre el núcleo y el manto. Si su estabilidad se confirma experimentalmente, podría ayudar a explicar cómo reacciones químicas locales modifican propiedades físicas detectables desde la superficie.
La investigación también muestra que incluso elementos menos abundantes pueden desempeñar funciones relevantes en la evolución geodinámica de la Tierra. En el interior profundo, pequeñas diferencias químicas pueden traducirse en cambios de densidad, velocidad del sonido y respuesta sísmica.
El resultado no cierra el debate sobre las zonas de velocidad ultrabaja, pero aporta una hipótesis concreta: compuestos ricos en manganeso, estables bajo presiones extremas, podrían formar parte de la explicación de por qué algunas ondas sísmicas se ralentizan cerca del límite entre el núcleo y el manto.
Fuente(s) referenciales
Phys.org: Deep-Earth seismic anomalies may be explained by newly discovered manganese compound
