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Diamantes y óxido en el límite entre el núcleo y el manto de la Tierra.
Los ciclos del carbono y del agua en el interior de la Tierra están vinculados a procesos planetarios clave, como la fusión del manto, la desgasificación, la diferenciación química y la advección. Sin embargo, no se conoce bien el papel del agua en el intercambio de carbono entre la cubierta y el núcleo.
En la Fuente Avanzada de Fotones del Laboratorio Nacional de Argonne, Byeongkwan Ko, recién doctorado por la Universidad Estatal de Arizona, y su equipo han llevado a cabo experimentos en los que comprimieron agua y una aleación de hierro y carbono a la presión y temperatura previstas para el límite entre el núcleo y el manto de la Tierra, fundiendo la aleación de hierro y carbono.
Los científicos descubrieron que el agua y el metal reaccionan y forman óxidos e hidróxidos de hierro, al igual que la oxidación en la superficie de la Tierra. También descubrieron que para las condiciones del límite entre el núcleo y el manto, a diferencia de la oxidación en la superficie de la Tierra, el Carbono sale de la aleación líquida de hierro y metal y forma un diamante.
Dado que el carbono es un elemento que ama el hierro, se prevé que el núcleo contenga una cantidad sustancial de carbono, mientras que se cree que el manto tiene una cantidad relativamente baja de carbono. Según los científicos, el manto contiene en realidad mucho más carbono del que se pensaba.
Dan Shim, profesor de la Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio de la ASU y coautor del artículo, declaró: "La temperatura en el límite entre el manto de silicatos y el núcleo metálico a 3.000 km de profundidad alcanza (unos 7.000 grados Fahrenheit), lo cual es lo suficientemente alto como para que la mayoría de los minerales pierdan el H2O capturado en sus estructuras a escala atómica. La temperatura es lo suficientemente alta como para que algunos minerales se fundan en esas condiciones".
La aleación de hierro y carbono reaccionó con agua en condiciones de alta presión y alta temperatura relacionadas con el manto profundo de la Tierra en una celda de junke de diamante. Crédito: Universidad Estatal de Arizona
Según Shim, "a las presiones esperadas para el límite entre el núcleo y el manto de la Tierra, la aleación de hidrógeno con el líquido metálico de hierro parece reducir la solubilidad de otros elementos ligeros en el núcleo. Por lo tanto, la solubilidad del Carbono, que probablemente existe en el núcleo de la Tierra, disminuye localmente donde el hidrógeno entra en el núcleo desde el manto (a través de la deshidratación)."
"La forma estable del 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 se escapa del núcleo externo líquido se convertiría en diamante al entrar en el manto".
Ko dijo: "El carbono es esencial para la vida y desempeña un papel importante en muchos procesos geológicos. El descubrimiento de un mecanismo de transferencia de carbono del núcleo al manto arrojará luz sobre la comprensión del ciclo del carbono en el interior profundo de la Tierra. Esto es aún más emocionante si se tiene en cuenta que la formación de diamantes en el límite entre el núcleo y el manto podría haber estado ocurriendo durante miles de millones de años desde el inicio de la subducción en el planeta."
"Este nuevo estudio muestra que la fuga de carbono del núcleo al manto por este proceso de formación de diamantes podría suministrar suficiente carbono para explicar las elevadas cantidades de carbono en el manto".
Los científicos también predijeron que podrían 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 a una velocidad inusual para las estructuras.
Shim dijo: "La razón por la que las ondas sísmicas deberían propagarse excepcionalmente rápido a través de las estructuras ricas en diamantes en el límite entre el núcleo y el manto es porque el diamante es extremadamente incompresible y menos denso que otros materiales en el límite entre el núcleo y el manto".
Fuentes, créditos y referencias:
Fuente: Universidad estatal de Arizona