Investigadores de Estados Unidos descubrieron que el óxido de magnesio cambia de estructura de distintas maneras según la dirección de la compresión. Los experimentos alcanzaron 572 gigapascales y temperaturas de 13.200 kelvin, aportando nuevos datos sobre los materiales del interior planetario.
Redacción: Redacción Noticias de la Tierra
Editor: Eduardo Schmitz
Un equipo científico de Estados Unidos ha descubierto que el óxido de magnesio, uno de los materiales fundamentales del interior terrestre, responde de manera inesperada cuando es sometido a presiones y temperaturas extremas. Los investigadores comprobaron que la dirección en la que se comprime un cristal determina cómo se reorganizan sus átomos, incluso bajo condiciones mucho más intensas que las existentes en el centro de la Tierra.
La investigación fue desarrollada por científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) y la Universidad Johns Hopkins, con experimentos realizados en el Laboratorio de Energética Láser de la Universidad de Rochester. Sus resultados fueron publicados en octubre de 2026 en la revista científica Physical Review X.
El estudio, dirigido por el físico Raymond F. Smith, culmina aproximadamente doce años de investigaciones destinadas a resolver una discrepancia persistente entre las predicciones teóricas y las mediciones experimentales del comportamiento del óxido de magnesio.
Los científicos descubrieron que la orientación cristalográfica influye decisivamente en las transformaciones del mineral. Sin embargo, también determinaron que, independientemente de las diferentes trayectorias de transformación, el material alcanzaba la fusión bajo condiciones aproximadas de 572 gigapascales y 13.200 kelvin.
Estos resultados permiten mejorar la interpretación de los procesos físicos que ocurren en las profundidades terrestres y proporcionan información sobre el comportamiento de los materiales que podrían encontrarse en planetas rocosos de mayor tamaño.
El óxido de magnesio es fundamental para comprender el manto profundo
El interior de la Tierra está formado por capas sometidas a condiciones físicas muy diferentes de las existentes en la superficie. Bajo la corteza se extiende el manto, una región compuesta principalmente por materiales rocosos que experimentan presiones y temperaturas crecientes con la profundidad.
En las zonas más profundas del manto, próximas al límite con el núcleo terrestre, el óxido de magnesio constituye uno de los componentes minerales importantes.
Este compuesto, cuya fórmula química es MgO, puede adoptar distintas estructuras cristalinas dependiendo de las condiciones a las que se encuentre sometido.
Comprender esas transformaciones es esencial para investigar propiedades como la densidad, la estabilidad mineral, la transmisión del calor y el comportamiento mecánico de los materiales profundos.
El conocimiento del manto procede de una combinación de observaciones sísmicas, estudios geoquímicos, modelos físicos y experimentos de laboratorio.
Investigaciones anteriores han identificado estructuras anómalas en el manto inferior bajo el océano Pacífico, donde las ondas sísmicas presentan comportamientos que pueden estar relacionados con diferencias de temperatura o composición mineral.
Los experimentos con óxido de magnesio permiten estudiar desde otra perspectiva las propiedades de los materiales que intervienen en esos procesos.
Los científicos utilizaron potentes láseres para comprimir cristales
Para reproducir condiciones semejantes a las existentes en el interior de grandes planetas, el equipo recurrió a experimentos de compresión dinámica mediante ondas de choque.
Las pruebas se realizaron en la instalación láser Omega EP, perteneciente al Laboratorio de Energética Láser de la Universidad de Rochester.
Los investigadores dirigieron pulsos de láser de alta energía hacia muestras cristalinas de óxido de magnesio. La interacción generó ondas de choque capaces de comprimir rápidamente el material y elevar su temperatura.
El procedimiento permitió alcanzar condiciones que no pueden mantenerse fácilmente mediante técnicas convencionales de laboratorio.
El óxido de magnesio posee una estructura cristalina cúbica. En el estudio se analizaron tres orientaciones diferentes de compresión: perpendicularmente a una cara del cubo, siguiendo una diagonal de una cara y a lo largo de la diagonal que atraviesa el interior del cristal.
Esta comparación fue decisiva porque una suposición habitual en los modelos físicos establecía que, bajo presiones suficientemente elevadas, la orientación inicial del cristal tendría poca influencia sobre su respuesta.
Los experimentos demostraron que esa simplificación no siempre es válida.
La dirección de la presión modificó la transformación del mineral
Los resultados mostraron diferencias importantes entre las tres orientaciones estudiadas.
Cuando la onda de choque avanzó siguiendo la diagonal interna del cristal, el óxido de magnesio presentó una secuencia de transformaciones relativamente compatible con el comportamiento esperado.
El material pasó entre estructuras cristalinas ordenadas y finalmente alcanzó la fusión conforme aumentaron la presión y la temperatura.
Sin embargo, las otras direcciones produjeron respuestas más complejas.
Los investigadores encontraron evidencias de que, en el frente de la onda de choque, podía formarse una región extremadamente delgada y transitoria de material desordenado o líquido.
Detrás de esa región aparecía un proceso de crecimiento cristalino irregular, diferente de la transformación ordenada observada en la orientación diagonal.
Esta secuencia indica que la estructura inicial del cristal puede condicionar la forma en que sus átomos encuentran nuevas configuraciones bajo una compresión extraordinariamente rápida.
El fenómeno también ayuda a explicar por qué determinados experimentos anteriores habían producido resultados aparentemente incompatibles con las predicciones teóricas.
Los rayos X permitieron observar los cambios atómicos
Una de las principales dificultades del estudio consistía en observar transformaciones que ocurren durante intervalos extremadamente breves.
Para superar ese problema, los investigadores combinaron mediciones ópticas de la velocidad de las ondas de choque y de la temperatura con técnicas de difracción de rayos X.
La difracción permite estudiar cómo están organizados los átomos dentro de un material cristalino.
Cuando la estructura cambia, también se modifica el patrón producido por la interacción de los rayos X con los átomos.
El equipo utilizó esas señales para distinguir las diferentes trayectorias de transformación del óxido de magnesio.
La comparación entre los datos ópticos y los patrones de difracción resultó especialmente importante porque ambas técnicas observan aspectos diferentes del material comprimido.
Las mediciones ópticas proporcionaron información sobre la región extremadamente delgada situada en el frente de choque, mientras que los rayos X permitieron examinar una zona más amplia detrás de ese frente.
Al integrar ambas observaciones, los científicos pudieron explicar las discrepancias que habían dificultado la interpretación de experimentos anteriores.
Este tipo de investigación complementa los estudios sobre minerales y aleaciones metálicas encontrados en materiales procedentes de grandes profundidades, que ofrecen información geoquímica sobre las condiciones existentes en el interior terrestre.
El mineral alcanzó la fusión a 13.200 kelvin
Uno de los resultados más destacados fue la determinación de las condiciones de fusión del óxido de magnesio.
A pesar de las diferencias observadas durante las transformaciones estructurales, los experimentos indicaron que el material se fundía aproximadamente a 572 gigapascales y 13.200 kelvin.
Un gigapascal equivale a mil millones de pascales, unidad utilizada para expresar presión.
Las condiciones alcanzadas superan ampliamente las existentes en la superficie terrestre y corresponden a regímenes físicos relevantes para estudiar el interior de grandes cuerpos planetarios.
Según los investigadores, la temperatura de fusión registrada constituye la más elevada determinada experimentalmente hasta ahora para un material conocido.
La magnitud del resultado no significa que el manto terrestre alcance necesariamente esas condiciones.
Los experimentos fueron diseñados para explorar un intervalo mucho más amplio de presiones y temperaturas, incluyendo valores relacionados con planetas más grandes que la Tierra.
La utilidad del dato consiste en establecer una referencia experimental para comprobar modelos físicos que describen la estabilidad de los minerales bajo condiciones extremas.
Las diferencias entre los cristales ayudan a interpretar el interior terrestre
El descubrimiento demuestra que las propiedades de un material no siempre pueden describirse únicamente mediante su composición química, presión y temperatura.
En determinadas condiciones de compresión dinámica, también importa la orientación inicial de su estructura cristalina.
Esta dependencia puede resultar relevante cuando se comparan experimentos realizados con diferentes muestras o configuraciones.
Los autores señalan que las diferencias observadas no implican necesariamente que todos los minerales del manto respondan de la misma manera.
El estudio se concentró específicamente en el óxido de magnesio y en condiciones de compresión rápida mediante ondas de choque.
Por tanto, trasladar los resultados a los procesos geológicos que ocurren durante millones de años requiere considerar las diferencias entre un experimento dinámico y las condiciones de equilibrio o evolución lenta del interior planetario.
La investigación proporciona datos físicos que pueden incorporarse a modelos más completos, pero no constituye una observación directa de transformaciones minerales dentro del manto terrestre.
Otros trabajos han examinado las reacciones químicas entre materiales del núcleo y del manto terrestre, demostrando que las condiciones extremas de presión y temperatura pueden favorecer procesos muy diferentes de los observados en la superficie.
El nuevo estudio aporta información complementaria sobre cómo cambia la estructura física de uno de los minerales relevantes en esas regiones.
Las supertierras podrían contener óxido de magnesio en estados diferentes
Los resultados también tienen implicaciones para la investigación de planetas rocosos más grandes que la Tierra.
Estos cuerpos, conocidos habitualmente como supertierras, pueden presentar presiones internas considerablemente superiores a las existentes en nuestro planeta.
En determinadas condiciones, el óxido de magnesio podría transformarse en estructuras cristalinas de alta presión o alcanzar estados líquidos.
Los modelos teóricos también contemplan la posibilidad de que, bajo presiones y temperaturas suficientemente elevadas, algunos materiales adquieran propiedades eléctricas diferentes de las que presentan en condiciones ordinarias.
La conductividad eléctrica del interior planetario resulta importante para investigar posibles mecanismos de generación de campos magnéticos.
Sin embargo, los experimentos no demuestran que el óxido de magnesio produzca directamente un campo magnético en un planeta determinado.
Su contribución consiste en mejorar el conocimiento de las condiciones bajo las cuales el material puede permanecer sólido, cambiar de estructura o fundirse.
Los investigadores también consideran que sus resultados pueden contribuir a estudiar los interiores de planetas gigantes como Júpiter y Saturno.
Las extrapolaciones hacia presiones todavía mayores sugieren que el óxido de magnesio cristalino podría persistir en determinadas regiones de sus núcleos, mientras que en planetas gigantes más calientes podría encontrarse en estado líquido.
Estas posibilidades siguen siendo interpretaciones basadas en modelos y no mediciones directas del material dentro de esos planetas.
El hallazgo también aporta información sobre la formación de la Tierra
Las condiciones de fusión determinadas experimentalmente pueden ayudar a investigar etapas muy antiguas de la evolución terrestre.
Durante la formación del planeta, las grandes colisiones y la acumulación de energía pudieron producir extensas regiones de material fundido.
Los modelos sobre los océanos de magma primitivos necesitan conocer qué minerales permanecen líquidos y cuáles comienzan a cristalizar conforme cambian la presión y la temperatura.
El óxido de magnesio es uno de los materiales que podrían haber desempeñado un papel importante durante esos procesos.
Raymond Smith y sus colaboradores consideran que los nuevos resultados permiten examinar si este compuesto pudo cristalizar tempranamente durante el enfriamiento de los océanos de magma.
También podrían ayudar a evaluar la cantidad de material vaporizado durante grandes impactos ocurridos en las primeras etapas de la historia terrestre.
Estas aplicaciones requieren combinar las mediciones experimentales con modelos de evolución planetaria, composición química y transferencia de energía.
El estudio no reconstruye directamente un episodio específico de la formación de la Tierra, pero proporciona parámetros físicos necesarios para investigar esos escenarios.
Doce años de investigación permitieron resolver una discrepancia experimental
El trabajo representa la tercera investigación de una serie desarrollada durante aproximadamente doce años por especialistas del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore y sus colaboradores.
El objetivo inicial era comprender por qué las mediciones realizadas sobre el óxido de magnesio no coincidían plenamente con los modelos utilizados para describir su comportamiento bajo presiones extremas.
La solución surgió al reconsiderar la importancia de la orientación cristalina, un factor que se suponía secundario en esas condiciones.
La combinación de nuevos experimentos, mediciones ópticas y difracción de rayos X permitió identificar transformaciones que antes no podían interpretarse adecuadamente.
Entre los participantes se encuentran Raymond F. Smith, Saransh Soderlind, Marius Millot, Jon Eggert y Federica Coppari, del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, además de June Wicks y Zixuan Ye, vinculadas a la Universidad Johns Hopkins.
Los investigadores consideran que los resultados proporcionan una referencia experimental para mejorar los modelos sobre el comportamiento de los materiales sometidos a condiciones extremas.
La principal aportación consiste en demostrar que la dirección de la compresión puede modificar profundamente la trayectoria de transformación de un cristal, incluso cuando las condiciones finales de fusión son semejantes.
Este conocimiento amplía las herramientas disponibles para estudiar el interior terrestre y para interpretar la estructura y evolución de otros planetas mediante modelos físicos respaldados por experimentos.
Fuentes referenciales:
Physical Review X — Orientation-Dependent Structural Phase Transitions and Melting in Shock-Compressed MgO, Raymond F. Smith y colaboradores, 2026
Lawrence Livermore National Laboratory — A mineral from the inside of planets reveals a surprising lesson: How you push matters, 23 de octubre de 2026
