El núcleo de la Tierra es un lugar excepcionalmente difícil de estudiar. Sus profundidades descienden un asombroso 2, 900 kilómetros, aproximadamente la distancia entre la ciudad de Nueva York y Denver, y su extremo, Las condiciones de otro mundo son extraordinariamente difíciles de simular en el laboratorio.

Para científicos como el profesor asistente de la Universidad Estatal de Florida Mainak Mookherjee y su becario postdoctoral Suraj Bajgain, cuya obra de vida es penetrar los misterios ocultos en las profundidades imposibles del núcleo, estos son obstáculos serios y obstinados. Pero en un nuevo estudio publicado en la revista Cartas de investigación geofísica , Mookherjee y su equipo utilizaron técnicas de supercomputación de alta potencia para sortear estos obstáculos y hacer un descubrimiento crítico sobre la composición química del núcleo.

Junto con colegas de Rice University y Louisiana State University, Mookherjee y Bajgain utilizaron simulaciones meticulosamente calibradas para determinar la cantidad máxima de nitrógeno que posiblemente puede existir en el núcleo externo de la Tierra:alrededor del 2 por ciento en peso en el límite entre el núcleo y el manto, y aproximadamente un 2,6 por ciento en peso en el límite interior del núcleo.

"Este es un ejercicio revelador porque proporciona el límite superior de nitrógeno en el núcleo externo, ", Dijo Mookherjee." Estamos proporcionando la máxima restricción sobre la abundancia de un elemento que es un componente importante de la atmósfera de un planeta habitable. Ese es el hallazgo fundamental ".

El nitrógeno es clave para la materia orgánica, y cómo se almacena el nitrógeno en el interior rocoso y metálico del planeta es una pieza de información crucial pero difícil de alcanzar.

"Cuando se está formando un planeta, el tamaño del planeta y la cantidad de nitrógeno, o cualquier otro elemento ligero, es absorbido por el núcleo es muy importante, ", Dijo Mookherjee." Si estás pensando en la vida como una vida orgánica, el carbono y el nitrógeno son componentes importantes. Pero si todo el nitrógeno entra en el núcleo, no queda nada para alimentar la vida orgánica ".

Las preguntas sobre qué elementos se agitan en el caldero del núcleo de la Tierra han desconcertado durante mucho tiempo a los científicos de la Tierra. Las disonancias importantes en los modelos sismológicos y geoquímicos predominantes han quedado sin explicación, y los análisis de meteoritos que modelan de cerca el material rocoso de la Tierra tienden a sugerir que deberíamos ver más nitrógeno en el interior de nuestro planeta. Estas inconsistencias provocan preguntas desconcertantes.

"La evidencia geoquímica a menudo apunta al hecho de que el interior de la Tierra podría estar agotado en términos de inventario de nitrógeno, "Mookherjee dijo." ¿Nos falta? ¿Está escondido en el núcleo? Estas son incógnitas. Hay varios modelos, pero es imposible acceder al núcleo de la Tierra, y no tenemos evidencia directa del proceso de formación del planeta, incluida la redistribución de elementos. Estamos tratando de hacer inferencias juntando las pruebas ".

Mookherjee eludió los considerables desafíos de experimentar en condiciones extremas del núcleo simulando esas condiciones en poderosas supercomputadoras. Utilizando las instalaciones de LSU, así como las instalaciones XSEDE de la National Science Foundation en Texas, los investigadores realizaron una serie de simulaciones de dinámica molecular, que proporcionan datos críticos sobre el comportamiento de líquidos y sólidos expuestos a altas temperaturas y enormes presiones.

Después de una batería de pruebas comparativas para garantizar que las simulaciones se ejecutaran correctamente, el equipo agregó nitrógeno al sistema. Su objetivo era identificar los efectos del nitrógeno en la densidad y la velocidad de la onda de sonido del hierro líquido en condiciones análogas al núcleo de la Tierra, lecturas que les permitirían determinar mejor el contenido de nitrógeno del núcleo.

Por último, las simulaciones revelaron con éxito un primer Una pista basada en datos geofísicos sobre la cantidad de nitrógeno que podría estar atrapado en las profundidades del inhóspito interior de la Tierra.

"Nuestras estimaciones sobre el límite máximo de nitrógeno en el núcleo exterior de la Tierra se basan en el supuesto de que el núcleo de la Tierra está compuesto por una mezcla binaria de hierro y nitrógeno, pero se necesita más investigación para incorporar el efecto de múltiples elementos aleados con hierro, "Dijo Mookherjee.