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Uno de los lugares más misteriosos del sistema solar se encuentra bajo nuestros pies: el interior de nuestro planeta. Pero poco a poco, lo vamos conociendo mejor.

Con la profundidad, aumenta la presión y el calor. Los experimentos realizados por los investigadores de Carnegie imitan las presiones del manto inferior, de 500 mil a un millón de veces las existentes al nivel del mal. Bajo estas condiciones, los electrones del hierro del mineral se ven forzados a emparejarse en sus órbitas, lo que cambia la elasticidad de la magnesiowustita. Este cambio puede ser el responsable del extraño comportamiento de las ondas sísmicas en esas profundidades. Crédito: S. Jacobsen, M. Wysession, y G. Caras.

Recientemente, los sismólogos han observado que la velocidad y la dirección de las ondas sísmicas en el manto inferior de la Tierra, a profundidades de entre 650 y 2 900 kilómetros por debajo de la superficie, varían tremendamente.

“Creo que hemos descubierto la razón de que las ondas sísmicas sean allí tan inconsistentes”, afirmó Jung-Fu Lin. En la época del estudio, Lin se encontraba en el Laboratorio Geofísico del Instituto Carnegie y es el autor principal del artículo publicado en el número del 21 de julio de 2005 de la revista Nature. “Hasta esta investigación, los científicos habían simplificado los efectos del hierro en los materiales del manto. Es el metal de transición más abundante en el planeta y nuestros resultados no son los predichos por los científicos”, continuó. “Es posible que debamos reconsiderar nuestras ideas acerca de qué es lo que sucede en esa zona escondida. Es mucho más compleja que lo que imaginábamos”.

Las aplastantes presiones del manto inferior oprimen a los átomos y a los electrones juntándolos tanto que interactúan en forma diferente a como lo hacen en condiciones normales, forzando incluso a los electrones a formar parejas en sus órbitas. En teoría, el comportamiento de las ondas sísmicas en esas profundidades podría ser el resultado de la presión sobre el estado del espín del electrón del hierro en los materiales del manto inferior.

El equipo de Lin llevó a cabo experimentos de ultra-alta presión sobre el material que más abunda allí, la magnesiowustita (Mg,Fe)O, y descubrió que los cambiantes estados del espín de los electrones del hierro en ese mineral afectan drásticamente las propiedades elásticas de la magnesiowustita. La investigación podría explicar las complejas anomalías de las ondas sísmicas que se observan en la zona más inferior del manto.

El co-autor del estudio Viktor Struzhkin desarrolla la idea: “Este es el primer estudio en demostrar experimentalmente que la elasticidad de la magnesiowustita cambia significativamente bajo las presiones del manto inferior, que son de 500 000 a un millón de veces superiores a las existentes a nivel del mar (1 atmósfera). Se cree que la magnesiowustita, que contiene un 20% de óxido de hierro (FeO) y un 80% de óxido de magnesio (MgO), constituye aproximadamente un 20% del manto inferior en volumen. Descubrimos que cuando se los somete a presiones de entre 530 000 y 660 000 atmósferas, los espines de los electrones del hierro pasaron de un estado de alto espín (sin pareja) a un estado de bajo espín (emparejado). Mientras monitoréabamos el estado del espín en el hierro, medíamos también la tasa de cambio en el volumen (densidad) de la magnesiowustita a través de la transición electrónica. Esa información nos permitió determinar la forma en que variaban las velocidades sísmicas a través de la transición”.

“Sorprendentemente, el grueso de las ondas sísmicas viaja hasta un 15% más rápidamente una vez que los electrones del hierro están emparejados en el óxido de magnesio-hierro”, comentó el co-autor Steven Jacobsen. “El salto medido de la velocidad a través de la transición podría, por lo tanto, ser sísmicamente detectable en el manto profundo”. Los experimentos se llevaron a cabo dentro de una célula de presurización de yunque de diamante utilizando la intensa fuente de rayos-X en el sincrotón de tercera generación de la nación, en el Laboratorio Nacional de Argonne cerca de Chicago.

“No se pueden obtener muestras directas de la misteriosa región del manto interior, de modo que debemos basarnos en experimentos y teoría. Como lo que sucede en el interior de la Tierra afecta la dinámica de todo el planeta, resulta importante que descubramos qué es lo que está causando el comportamiento inusual de las ondas sísmicas en esa región”, afirmó Lin. “Hasta ahora, los científicos terrestres han conocido el interior de la Tierra considerando únicamente óxidos y silicatos puros. Nuestros resultados apuntan simplemente que el hierro, el metal de transición más abundante en todo el planeta, presenta propiedades muy complejas en esa profunda región. Esperamos que nuestros próximos experimentos puedan refinar nuestra comprensión acerca de lo que está sucediendo allí”, concluyó.

Traducido para Astroseti.org por
Heber Rizzo Baladán

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Web Site: Universe Today
Artículo: “New Revelations About the Planet Under Your Feet”
Fecha: Julio 21, 2005
Enlace con el artículo original en inglés

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