Nuevos resultados revelan un comportamiento sorprendente de minerales en las profundidades de la Tierra


Mientras lee esto, más de 400 millas debajo de usted hay un mundo masivo de temperaturas y presiones extremas que se ha estado agitando y evolucionando durante más tiempo del que los humanos han estado en el planeta. 


por Lori Dajose, Instituto de Tecnología de California


Ahora, un nuevo modelo detallado de los investigadores de Caltech ilustra el sorprendente comportamiento de los minerales en las profundidades del interior del planeta durante millones de años y muestra que los procesos en realidad están ocurriendo de una manera completamente opuesta a lo que se había teorizado previamente.

La investigación fue realizada por un equipo internacional de científicos, incluida Jennifer M. Jackson, profesora de física mineral William E. Leonhard. Un artículo que describe el estudio aparece en la revista Nature el 11 de enero.

«A pesar del enorme tamaño del planeta, las partes más profundas a menudo se pasan por alto porque están literalmente fuera de nuestro alcance, no podemos tomar muestras», dice Jackson. «Además, estos procesos son tan lentos que nos parecen imperceptibles. Pero el flujo en el manto inferior se comunica con todo lo que toca; es un motor profundo que afecta la tectónica de placas y puede controlar la actividad volcánica».

El manto inferior del planeta es roca sólida , pero durante cientos de millones de años rezuma lentamente, como un caramelo espeso, transportando calor por todo el interior del planeta en un proceso llamado convección.

Quedan muchas preguntas sin respuesta sobre los mecanismos que permiten que ocurra esta convección. Las temperaturas y presiones extremas en el manto inferior (hasta 135 gigapascales y miles de grados Fahrenheit) dificultan la simulación en el laboratorio.

Como referencia, la presión en el manto inferior es casi mil veces la presión en el punto más profundo del océano. Por lo tanto, mientras que muchos experimentos de laboratorio sobre física mineral han proporcionado hipótesis sobre el comportamiento de las rocas del manto inferior, los procesos que ocurren en escalas de tiempo geológicas para impulsar el flujo lento de convección del manto inferior han sido inciertos.

El manto inferior se compone principalmente de un silicato de magnesio llamado bridgmanita, pero también incluye una cantidad pequeña pero significativa de un óxido de magnesio llamado periclasa mezclado con la bridgmanita, además de pequeñas cantidades de otros minerales. Los experimentos de laboratorio habían demostrado previamente que la periclasa es más débil que la bridgmanita y se deforma más fácilmente, pero estos experimentos no tuvieron en cuenta cómo se comportan los minerales en una escala de tiempo de millones de años. Al incorporar estas escalas de tiempo en un modelo computacional complejo , Jackson y sus colegas descubrieron que los granos de periclasa son en realidad más fuertes que la bridgmanita que los rodea.

«Podemos usar la analogía de boudinage en el registro de rock [imagen de la derecha], donde boudins, que en francés significa salchicha, se desarrolla en una capa de roca rígida, ‘más fuerte’, entre rocas menos competentes, ‘más débiles'», Jackson dice.

«Como otra analogía, piense en la mantequilla de maní con trozos», explica Jackson. «Habíamos pensado durante décadas que la periclasa era el ‘aceite’ en la mantequilla de maní y actuaba como lubricante entre los granos más duros de bridgmanita. Según este nuevo estudio, resulta que los granos de periclasa actúan como las ‘nueces’ en el maní con trozos mantequilla. Los granos de periclasa simplemente van con el flujo pero no afectan el comportamiento viscoso, excepto en circunstancias en las que los granos están fuertemente concentrados. Mostramos que bajo presión, la movilidad es mucho más lenta en periclasa en comparación con bridgmanita. Hay una inversión de comportamiento : la periclasa apenas se deforma, mientras que la fase principal, la bridgmanita, controla la deformación en el manto profundo de la Tierra».

Comprender estos procesos extremos que ocurren muy por debajo de nuestros pies es importante para crear simulaciones precisas en cuatro dimensiones de nuestro planeta, y también nos ayuda a comprender más sobre otros planetas. Ya se han confirmado miles de exoplanetas (planetas fuera de nuestro sistema solar ), y descubrir más sobre la física mineral en condiciones extremas brinda nuevos conocimientos sobre la evolución de planetas radicalmente diferentes a los nuestros.

Más información: Patrick Cordier et al, La periclasa se deforma más lentamente que la bridgmanita en condiciones de manto, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-022-05410-9



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