Una nueva investigación de la Universidad de Texas en Austin revela que la composición de hierro única de la Tierra no está relacionada con la formación del núcleo del planeta, cuestionando una teoría prevaleciente sobre los eventos que dieron forma a nuestro planeta durante sus primeros años.

La investigación, publicado en Comunicaciones de la naturaleza el 20 de febrero, abre la puerta a otras teorías en competencia sobre por qué la Tierra, en relación con otros planetas, tiene niveles más altos de isótopos de hierro pesados. Entre ellos:los isótopos ligeros de hierro pueden haber sido vaporizados al espacio por un gran impacto con otro planeta que formó la luna; la lenta agitación del manto a medida que fabrica y recicla la corteza terrestre puede incorporar preferentemente hierro pesado a la roca; o, la composición de la materia prima que formó el planeta en sus primeros días puede haber sido enriquecida con hierro pesado.

Un isótopo es una variedad de átomo que tiene un peso diferente al de otros átomos del mismo elemento porque tiene un número diferente de neutrones.

"La formación del núcleo de la Tierra fue probablemente el evento más grande que afectó la historia de la Tierra. Los materiales que componen toda la Tierra se derritieron y diferenciaron, "dijo Jung-Fu Lin, profesor de la Escuela de Geociencias de UT Jackson y uno de los autores del estudio. "Pero en este estudio, decimos que debe haber otros orígenes para la anomalía del isótopo de hierro de la Tierra ".

Jin Liu, ahora investigador postdoctoral en la Universidad de Stanford, dirigió la investigación mientras obtenía su Ph.D. en la Escuela Jackson. Los colaboradores incluyen científicos de la Universidad de Chicago, Universidades de la Sorbona en Francia, Laboratorio Nacional Argonne, el Centro de Investigación de Tecnología Avanzada y Ciencia de Alta Presión en China, y la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.

Muestras de rocas de otros cuerpos y objetos planetarios, que van desde la luna, a Marte, a los antiguos meteoritos llamados condritas, todos comparten aproximadamente la misma proporción de isótopos de hierro pesados ​​y ligeros. En comparación con estas muestras del espacio, las rocas de la Tierra tienen aproximadamente un 0,01 por ciento más de isótopos de hierro pesados ​​que los isótopos ligeros.

Puede que no parezca mucho pero Lin dijo que es lo suficientemente significativo como para hacer que la composición de hierro de la Tierra sea única entre los mundos conocidos.

"Esta anomalía del 0,01 por ciento es muy significativa en comparación con, decir, condritas "Lin dijo." Esta diferencia significativa, por lo tanto, representa una fuente u origen diferente de nuestro planeta ".

Lin dijo que una de las teorías más populares para explicar la firma del hierro de la Tierra es que el tamaño relativamente grande del planeta (en comparación con otros cuerpos rocosos del sistema solar) creaba condiciones de alta presión y alta temperatura durante la formación del núcleo que producían diferentes proporciones de Los isótopos de hierro pesados ​​y ligeros se acumulan en el núcleo y el manto. Esto resultó en una mayor proporción de isótopos de hierro pesado que se unen con los elementos que componen el manto rocoso, mientras que los isótopos de hierro más ligeros se unieron y con otros metales traza para formar el núcleo de la Tierra.

Pero cuando el equipo de investigación utilizó un yunque de diamante para someter pequeñas muestras de aleaciones metálicas y rocas de silicato a presiones de formación de núcleos, no solo encontraron que los isótopos de hierro se quedaron quietos, pero que los lazos entre el hierro y otros elementos se hicieron más fuertes. En lugar de romper y volver a unir con elementos comunes del manto o del núcleo, la configuración de unión inicial se hizo más resistente.

"Nuestros estudios de alta presión encuentran que el fraccionamiento isotópico de hierro entre el manto de silicato y el núcleo de metal es mínimo, "dijo Liu, el autor principal.

Coautor Nicolas Dauphas, profesor de la Universidad de Chicago, enfatizó que analizar las medidas a escala atómica era una hazaña en sí misma.

"Hay que utilizar técnicas matemáticas sofisticadas para dar sentido a las medidas, ", dijo." Se necesitó un equipo de ensueño para lograr esto ".

Helen Williams, profesor de geología en la Universidad de Cambridge, dijo que es difícil conocer las condiciones físicas de la formación del núcleo de la Tierra, pero que las altas presiones en el experimento hacen que la simulación sea más realista.

"Este es un estudio realmente elegante que utiliza un enfoque muy novedoso que confirma resultados experimentales más antiguos y los extiende a presiones mucho más altas apropiadas para las condiciones probables de equilibrio entre el núcleo y el manto en la Tierra". "Dijo Williams.

Lin dijo que se necesitarán más investigaciones para descubrir la razón de la firma de hierro única de la Tierra, y que los experimentos que se aproximen a las condiciones tempranas en la Tierra jugarán un papel clave porque las rocas del núcleo son imposibles de obtener.