Yunque de diamante. La carcasa exterior de metal y los dientes de diamante interiores del yunque de alta presión. Crédito:Hirose et al.
Los experimentos de alta temperatura y alta presión que involucran un yunque de diamante y productos químicos para simular el núcleo de la Tierra joven demuestran por primera vez que el hidrógeno puede unirse fuertemente con el hierro en condiciones extremas. Esto explica la presencia de cantidades significativas de hidrógeno en el núcleo de la Tierra que llegó como agua de los bombardeos hace miles de millones de años.
Dadas las profundidades extremas, temperaturas y presiones involucradas, no somos físicamente capaces de sondear muy lejos en la tierra directamente. Entonces, para poder asomarse al interior de la Tierra, los investigadores utilizan técnicas que involucran datos sísmicos para determinar cosas como la composición y densidad del material subterráneo. Algo que se ha destacado desde que se llevan a cabo este tipo de mediciones es que el núcleo está hecho principalmente de hierro, pero su densidad, en particular el de la parte líquida, es menor de lo esperado.
Esto llevó a los investigadores a creer que debe haber una gran cantidad de elementos ligeros junto al hierro. Por primera vez, Los investigadores han examinado el comportamiento del agua en experimentos de laboratorio con compuestos de silicato y hierro metálico que simulan con precisión las reacciones metal-silicato (núcleo-manto) durante la formación de la Tierra. Descubrieron que cuando el agua se encuentra con el hierro, la mayor parte del hidrógeno se disuelve en el metal, mientras que el oxígeno reacciona con el hierro y pasa a los materiales de silicato.
"A las temperaturas y presiones a las que estamos acostumbrados en la superficie, el hidrógeno no se une al hierro, pero nos preguntamos si sería posible en condiciones más extremas, "dijo Shoh Tagawa, un doctorado estudiante del Departamento de Ciencias de la Tierra y Planetarias de la Universidad de Tokio durante el estudio. "Temperaturas y presiones tan extremas no son fáciles de reproducir, y la mejor forma de conseguirlos en el laboratorio era utilizar un yunque de diamante. Esto puede impartir presiones de 30 a 60 gigapascales a temperaturas de 3, 100–4, 600 kelvin. Esta es una buena simulación de la formación del núcleo de la Tierra ".
Laboratorio de imágenes de isótopos en la Universidad de Hokkaido. La investigación fue una colaboración entre instituciones, incluida la Universidad de Hokkaido. Crédito:Hisayoshi Yurimoto
El equipo, bajo el profesor Kei Hirose, usó silicato de metal y agua análogos a los que se encuentran en el núcleo y el manto de la Tierra, respectivamente, y los comprimió en el yunque de diamante mientras se calentaba simultáneamente la muestra con un láser. Para ver qué estaba pasando en la muestra, utilizaron imágenes de alta resolución que incluían una técnica llamada espectroscopia de masas de iones secundarios. Esto les permitió confirmar su hipótesis de que los enlaces de hidrógeno con el hierro, lo que explica la aparente falta de agua del océano. Se dice que el hidrógeno es amante del hierro, o siderófilo.
Muestra del experimento de alta presión. Los análisis químicos de alta resolución con espectroscopía de masas de iones secundarios mostraron la abundancia de agua que queda en la masa fundida de silicato después de la compresión con hierro metálico líquido. Crédito:Tagawa et al.
"Este hallazgo nos permite explorar algo que nos afecta de una manera bastante profunda, "dijo Hirose." Que el hidrógeno sea siderófilo a alta presión nos dice que gran parte del agua que llegó a la Tierra en bombardeos masivos durante su formación podría estar hoy en el núcleo como hidrógeno. Estimamos que podría haber hasta 70 océanos de hidrógeno encerrado allí. Si esto hubiera permanecido en la superficie como agua, la Tierra puede que nunca haya conocido la tierra, y la vida tal como la conocemos nunca habría evolucionado ".
