Mientras las losas de la corteza terrestre descienden hacia el manto, encuentran una zona alrededor de 1, 100 kilómetros más abajo, donde la roca del manto se vuelve abruptamente más rígida, fluye con menos facilidad. Similar, las columnas de roca fundida que se elevan se encuentran con la misma capa y tienen dificultades para atravesar desde abajo. Crédito:Dan Shim
Por décadas, Los investigadores han estudiado el interior de la Tierra utilizando ondas sísmicas de terremotos. Ahora, un estudio reciente, dirigido por Dan Shim, profesor asociado de la Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio de la Universidad Estatal de Arizona, ha recreado en el laboratorio las condiciones que se encuentran en las profundidades de la Tierra, y usé esto para descubrir una propiedad importante del mineral dominante en el manto de la Tierra, una región que se encuentra muy por debajo de nuestros pies.
Shim y su equipo de investigación combinaron técnicas de rayos X en la instalación de radiación de sincrotrón en los Laboratorios Nacionales del Departamento de Energía de EE. UU. Y microscopía electrónica de resolución atómica en ASU para determinar qué causa patrones de flujo inusuales en rocas que se encuentran a 600 millas y más de profundidad dentro de la Tierra. Sus resultados han sido publicados en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .
Flujo lento, muy profundo
El planeta Tierra está formado por capas. Estos incluyen la corteza en la superficie, el manto y el núcleo. El calor del núcleo impulsa un lento movimiento de agitación de las rocas de silicato sólido del manto, como dulce de azúcar hirviendo a fuego lento en un quemador de estufa. Este movimiento de la cinta transportadora hace que las placas tectónicas de la corteza en la superficie se empujen entre sí, un proceso que ha continuado durante al menos la mitad de los 4.500 millones de años de historia de la Tierra.
El equipo de Shim se centró en una parte desconcertante de este ciclo:¿Por qué el patrón de agitación se ralentiza abruptamente a profundidades de aproximadamente 600 a 900 millas por debajo de la superficie?
"Estudios geofísicos recientes han sugerido que el patrón cambia porque las rocas del manto fluyen con menos facilidad a esa profundidad, "Dijo Shim." ¿Pero por qué? ¿La composición de la roca cambia allí? ¿O las rocas de repente se vuelven más viscosas a esa profundidad y presión? Nadie sabe."
Para investigar la pregunta en el laboratorio, El equipo de Shim estudió la bridgmanita, un mineral que contiene hierro que trabajos anteriores han demostrado es el componente dominante en el manto.
Para someter la muestra de bridgmanita a altas presiones, se sostiene entre dos yunques hechos de diamantes de calidad gema. Crédito:Dan Shim
"Descubrimos que se producen cambios en la bridgmanita a las presiones esperadas para 1, 000 a 1, 500 km de profundidad, ", Dijo Shim." Estos cambios pueden causar un aumento en la viscosidad de la bridgmanita, su resistencia al flujo ".
El equipo sintetizó muestras de bridgmanita en el laboratorio y las sometió a las condiciones de alta presión que se encuentran a diferentes profundidades del manto.
Llave mineral para el manto
Los experimentos mostraron al equipo que, por encima de una profundidad de 1, 000 kilómetros y por debajo de una profundidad de 1, 700 km, La bridgmanita contiene cantidades casi iguales de formas oxidadas y reducidas de hierro. Pero a las presiones que se encuentran entre esas dos profundidades, La bridgmanita sufre cambios químicos que terminan disminuyendo significativamente la concentración de hierro que contiene.
El proceso comienza con la expulsión del hierro oxidado de la bridgmanita. El hierro oxidado luego consume las pequeñas cantidades de hierro metálico que se esparcen por el manto como semillas de amapola en un pastel. Esta reacción elimina el hierro metálico y da como resultado una producción de hierro más reducido en la capa crítica.
¿A dónde va el hierro reducido? La respuesta, dijo el equipo de Shim, es que entra en otro mineral presente en el manto, ferropericlasa, que es químicamente propenso a absorber hierro reducido.
"Por lo tanto, la bridgmanita en la capa profunda termina con menos hierro, "explicó Shim, señalando que esta es la clave de por qué esta capa se comporta de la forma en que lo hace.
"A medida que pierde hierro, la bridgmanita se vuelve más viscosa, ", Dijo Shim." Esto puede explicar las observaciones sísmicas del flujo lento del manto a esa profundidad ".
