Las estructuras cristalinas de bridgmanita (izquierda) y post-perovskita (derecha). Crédito:Université de Lille, Sébastien Merkel
Simulando las condiciones 2, 700 kilómetros de profundidad bajo tierra, Los científicos han estudiado una transformación importante del mineral más abundante en la Tierra, bridgmanita. Los resultados de la línea de rayos de condiciones extremas en la fuente de luz de rayos X PETRA III de DESY revelan cómo la bridgmanita se convierte en una estructura conocida como post-perovskita, una transformación que afecta la dinámica del manto inferior de la Tierra, incluida la propagación de ondas sísmicas. El análisis puede proporcionar una explicación para una variedad de observaciones sísmicas peculiares, como informa el equipo encabezado por Sébastien Merkel de la Université de Lille en Francia en el Journal Comunicaciones de la naturaleza .
La bridgmanita es un mineral de hierro y magnesio ((Mg, Fe) SiO 3 ) con una estructura cristalina que no es estable en condiciones ambientales. Se forma a unos 660 kilómetros por debajo de la superficie de la Tierra, y los granos microcristalinos encontrados como inclusiones en meteoritos son las únicas muestras que se han recuperado en la superficie. "Para estudiar la bridgmanita en las condiciones del manto inferior, tuvimos que producir el mineral primero, "explica Merkel. Para hacerlo, los científicos comprimieron pequeñas cantidades de óxido de hierro-magnesio-silicio en una celda de yunque de diamante (DAC), un dispositivo que puede exprimir muestras a alta presión entre dos pequeños yunques de diamante.
La bridgmanita recién hecha se sometió a una presión aún mayor de 1.2 megabar (aproximadamente 1.1 millones de veces la presión en la superficie) correspondiente a la capa más baja del manto de la Tierra, justo por encima del núcleo. Aquí, Las ondas sísmicas se reflejan mientras viajan por el interior de la Tierra, y la forma en que se reflejan depende de las características del material que encuentren. "Las ondas sísmicas a veces se comportan de manera extraña en esa región, "dice Merkel." A veces ves reflejos fuertes, ya veces no ves nada en absoluto ".
La estructura interna de la Tierra. Las investigaciones simularon condiciones como en el manto inferior. Crédito:DESY, Franziska Lorenz y Jochen Stuhrmann
Los científicos han sospechado durante mucho tiempo que un cambio estructural dentro de la bridgmanita es una parte importante de la explicación. "Sabemos desde hace 15 años que la bridgmanita se transforma en una estructura cristalina diferente llamada post-perovskita en estas condiciones, pero lo que no sabíamos era qué tan rápido hace eso, "explica Merkel. La post-perovskita consta de los mismos elementos químicos que la bridgmanita, pero tiene una estructura cristalina diferente, dando lugar a diferentes características.
En la línea de luz de condiciones extremas de DESY (P02.2), los científicos ahora podrían investigar la dinámica de la transformación. Resultó que sucede en aproximadamente 10 a 10, 000 segundos, dependiendo de la presión y la temperatura. Esto incluye la escala de tiempo de la frecuencia de las ondas sísmicas. "Esto significa que las ondas sísmicas pueden desencadenar la transformación, y a su vez puede amplificar la señal sísmica, "enfatiza Merkel." Esta observación explica por qué a veces ves reflejos fuertes y otras no. Y también podría explicar otras anomalías ".
El límite manto-núcleo en aproximadamente 2, 900 kilómetros por debajo de la superficie no son tan nítidos como la superficie de un espejo. En cambio, en una región aproximadamente a 200 kilómetros por encima del núcleo, conocida como la capa D ", Se mueven grandes losas de diferente material con diferentes estructuras. "Puedes pensar en ello como un segundo conjunto de placas tectónicas ahí abajo, "explica Merkel. Además, en una capa límite de unos 100 kilómetros de espesor, bridgmanita y posperovskita pueden coexistir, complicando el análisis de señales sísmicas. Cuantos más detalles sepan los científicos sobre las características físicas del material en el límite, mejor será el análisis que puedan hacer. Esto ayuda no solo a investigar la región límite en sí, pero también muchas otras regiones dentro de la Tierra, mientras las ondas sísmicas sondean todas las capas en su camino. "Cuanto mejor conozcamos las características del material en el límite entre el núcleo y el manto, cuanto más nítida es nuestra vista del interior de la Tierra, "dice Merkel.
