Un viaje al centro de la Tierra gracias a la cristalografía

Dibujo140227 inside deep earth - nature com

Los viajeros de Julio Verne en su novela “Viaje al Centro de la Tierra” (1864) se encontraron con cristales que eran como globos de luz. Ciento cincuenta años después, la cristalografía ayuda al estudio de las profundidades de la Tierra. En 2004 se descubrió que el mineral más común del manto, la perovskita (Mg, Fe)SiO3, se transforma a una versión compacta conocida como post-perovskita en el límite entre el núcleo y el manto. Esta región, llamada D”, tiene unos 200 kilómetros de espesor, se cree que es un un remanente de la formación de la Tierra y se cree que tiene un papel clave, pero poco comprendido, en la estructura térmica del planeta. Nos lo cuenta Thomas Duffy, “Earth science: Crystallography’s journey to the deep Earth,” Nature 506: 427-429, 27 Feb 2014.

Dibujo140227 compressed between tips of diamonds in an anvil cell - crystal transform into perovskite by laser heating - nature com

Las transiciones de fase por las que pasan los materiales del manto y del núcleo de la Tierra conforme nos acercamos a su centro todavía ocultan muchos secretos por desvelar. La presión en el manto a 660 km (kilómetros) de profundidad es de 24 gigapascales (GPa), alcanzando los 135 GPa en el límite entre el núcleo y el manto. La barrera del megabar (100 GPa es una presión de un millón de bares) es difícil de superar en laboratorio y además requiere alcanzar temperaturas de más de 2.000 Kelvin. En laboratorio las altas presiones se logran usando celdas de yunque de diamante, que permiten comprimir muestras de minerales de menos de 50 micrómetros, rayos láser para calentar estas muestras y rayos X para investigar su estructura cristalográfica.

El gran reto para la cristalografía de las profundidades de la Tierra es el núcleo interno (una esfera sólida de 1216 km de radio) en la se alcanzan presiones entre 330 a 363 GPa y temperaturas superiores a 5.000 Kelvin. Los estudios sísmicos han revelado que el núcleo interno es complejo y fascinante. Parece que exhibe cierta estratificación y los hemisferios oriental y occidental tienen comportamientos diferentes (las ondas sísmicas viajan más rápido a lo largo del eje de rotación que en el plano ecuatorial). Todavía no entendemos ninguna de estas propiedades.

Un desafío formidable que debemos recorrer si queremos algún día poder realizar un viaje científico al centro de la Tierra.

Por cierto, recomiendo la lectura de César Tomé, “Breve historia de la cristalografía,” Experientia Docet, 22 Feb 2014.



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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 28 febrero, 2014
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