La celda del yunque de diamante recreó las condiciones de la Tierra primitiva cuando el material que es análogo al núcleo, la línea discontinua interior, se separa del material análogo al océano de magma en el manto, la línea discontinua exterior. La barra de escala en el panel izquierdo es de 10 micrones. Crédito:Colin Jackson.
Las columnas de roca caliente que surgen hacia arriba desde el manto de la Tierra en los puntos calientes volcánicos contienen evidencia de que los años de formación de la Tierra pueden haber sido incluso más caóticos de lo que se pensaba anteriormente. según un nuevo trabajo de un equipo de científicos de Carnegie y Smithsonian publicado en Naturaleza .
Es bien sabido que la Tierra se formó a partir de la acumulación de materia que rodea al joven Sol. Eventualmente, el planeta creció a tal tamaño que el metal de hierro más denso se hundió hacia adentro, para formar los inicios del núcleo de la Tierra, dejando el manto rico en silicatos flotando arriba.
Pero el nuevo trabajo de un equipo dirigido por Yingwei Fei y Carnegie de Carnegie y Colin Jackson del Smithsonian argumenta que esta separación de manto y núcleo no fue un proceso tan ordenado.
"Nuestros hallazgos sugieren que, dado que el núcleo se extrajo del manto, el manto nunca se mezcló del todo, "Jackson explicó." Esto es sorprendente porque la formación del núcleo ocurrió inmediatamente después de los grandes impactos de otros objetos tempranos del Sistema Solar que la Tierra experimentó durante su crecimiento. similar al evento de impacto gigante que luego formó la Luna. Antes de ahora, Se pensó ampliamente que estos impactos tan enérgicos habrían agitado por completo el manto, mezclando todos sus componentes en un estado uniforme ".
La prueba irrefutable que llevó al equipo a su hipótesis proviene de firmas isotópicas únicas y antiguas de tungsteno y xenón encontradas en puntos calientes volcánicos. como Hawaii. Aunque se creía que estas plumas se originaron en las regiones más profundas del manto, se ha debatido el origen de estas firmas isotópicas únicas. El equipo cree que la respuesta está en el comportamiento químico del yodo, el elemento padre del xenón, a muy alta presión.
La Tierra experimentó múltiples impactos importantes; las condiciones de alta presión y temperatura provocaron focos de división del núcleo y el manto que persisten como químicamente distintos en la actualidad. Crédito:Neil Bennett
Los isótopos son versiones de elementos con el mismo número de protones, pero diferente número de neutrones. Isótopo radiactivo de elementos, como el yodo-129, son inestables. Para ganar estabilidad el yodo-129 se descompone en xenón-129. Por lo tanto, las firmas isotópicas del xenón en las muestras del manto de la pluma están directamente relacionadas con el comportamiento del yodo durante el período de separación entre el núcleo y el manto.
Usando celdas de yunque de diamante para recrear las condiciones extremas bajo las cuales el núcleo de la Tierra se separó de su manto, Jackson Fei, y sus colegas —Neil Bennett y Zhixue Du de Carnegie y Elizabeth Cottrell del Smithsonian— determinaron cómo se repartía el yodo entre el núcleo metálico y el manto de silicato. También demostraron que si el núcleo naciente se separaba de las regiones más profundas del manto mientras aún estaba creciendo, entonces estos bolsillos del manto poseerían la química necesaria para explicar las firmas isotópicas únicas de tungsteno y xenón, siempre que estos bolsillos permanecieran sin mezclar con el resto del manto hasta el día de hoy.
Según Bennett:"El comportamiento clave que identificamos fue que el yodo comienza a disolverse en el núcleo bajo presiones y temperaturas muy altas. En estas condiciones extremas, yodo y hafnio, que se desintegran radiactivamente a xenón y tungsteno, mostrar preferencias opuestas para el metal formador de núcleos. Este comportamiento conduciría a las mismas firmas isotópicas únicas ahora asociadas con los puntos de acceso ".
Los cálculos del equipo también predicen que las firmas isotópicas de tungsteno y xenón deberían estar asociadas con densos bolsillos del manto.
"Como chispas de chocolate en masa para galletas, estos densos bolsillos del manto serían muy difíciles de remover, y esto puede ser un aspecto crucial para la retención de sus antiguas firmas isotópicas de tungsteno y xenón hasta la actualidad, "Jackson explicó.
"Aún más emocionante es que existe una creciente evidencia geofísica de que en realidad hay regiones densas de manto, descansando justo encima del núcleo, llamadas zonas de velocidad ultrabaja y grandes provincias de velocidad de corte baja. Este trabajo une estas observaciones, "Agregó Fei." La metodología desarrollada aquí también abre nuevas oportunidades para estudiar directamente los procesos de la Tierra profunda ".
