Nieve de silicio se forma en profundidades de la Tierra

Descubren que en la profundidad de la tierra se forman nieve de cristales de silicio

En las profundidades de la Tierra se forman cristales ricos en silicio a alta presión. Son más ligeros que la masa líquida que los rodea, lo que hace que “nieve” hacia arriba.

Esto ocurre en el llamado núcleo externo de la Tierra, situado a unos 3000 kilómetros de profundidad. Este núcleo tiene unos 2000 kilómetros de espesor y está formado principalmente por hierro y níquel líquidos. Está al rojo vivo, a unos 2900 grados Celsius. Por debajo hay otro núcleo interno sólido y por encima del núcleo externo está el manto terrestre.

Aunque el núcleo externo se encuentra a miles de kilómetros por debajo de la superficie terrestre, lo cierto es que influye en nuestro planeta, ya que es allí donde se crea el campo magnético de la Tierra.

Núcleo terrestre imitado

Los investigadores han llevado a cabo un experimento para comprobar cómo se forman cristales ricos en silicio en una masa líquida de hierro e hidrógeno, a altas presiones y temperaturas, exactamente igual que en el núcleo externo de la Tierra.

Los cristales contienen suficiente silicio para ser más ligeros que la masa líquida en la que se encuentran y, por tanto, elevarse. Los investigadores hablan, en consecuencia, de nieve rica en silicio, que no se hunde, sino que “cae” hacia arriba.

Un día en la nieve

“Descubrimos la cristalización durante nuestros experimentos a la hora de la corona en Chicago, cuando estaba nevando”, explica el investigador Sang-Heon Dan Shim, de la Universidad Estatal de Arizona. “Es interesante que esa cristalización pueda provocar que nieve rica en sílice caiga hacia arriba en el núcleo exterior”.

Para el experimento, los investigadores habían añadido una aleación de hierro y silicio a una mezcla de hidrógeno y gas argón. El argón es el gas noble más común y constituye aproximadamente el 1 % de la atmósfera terrestre. A continuación, la mezcla se comprimió a una presión tan alta como la del núcleo de la Tierra. Mientras la mezcla se mantenía a alta presión, se calentaba mediante rayos láser hasta alcanzar temperaturas similares a las del núcleo exterior. Gracias a la utilización de rayos X extremadamente brillantes, los investigadores pudieron controlar la cristalización.

Condiciones extremas

“Es muy difícil crear una temperatura tan alta como para que una aleación de hierro se funda en hidrógeno a muy alta presión”, explica Shim. “Esto se debe a que el hidrógeno puede expandirse en los dispositivos de alta presión, provocando su rotura y el fracaso de los experimentos”.

Así que para este experimento, los investigadores desarrollaron un nuevo método en el que el hidrógeno se mezcla con argón. “El argón no reacciona con la mezcla, pero suprime la difusión del hidrógeno en los dispositivos de alta presión, lo que permitió imitar las condiciones extremas del núcleo exterior en un laboratorio”.

Montículos de nieve que caen

Esta cristalización puede crear montículos de nieve rica en silicio en la zona de transición del núcleo de hierro líquido al manto rocoso, donde ya se han encontrado muchas más estructuras enigmáticas en estudios anteriores. “Si el silicio y el hidrógeno son los dos principales elementos ligeros del núcleo externo y se dan en la cantidad adecuada, puede formarse esa nieve ascendente rica en silicio”, añade Suyu Fu, investigador principal.

Posiblemente, esta nieve sea la explicación de la zona de rigidez del núcleo. Esta capa tiene unos cientos de metros de espesor y forma la parte exterior del núcleo externo, donde la masa líquida se convierte lentamente en material más sólido. Posiblemente, la parte inferior del límite entre el núcleo y el manto de la Tierra esté formada por la nieve rica en silicio.

Una velocidad ultrabaja

Si la corriente caliente ascendente arrastra consigo estos cristales de nieve ricos en sílice, es posible que en la parte inferior del manto terrestre se forme una estructura de grano fino con una velocidad sísmica muy baja. Esto podría explicar las zonas de velocidad ultrabaja que se observan en los estudios desde hace décadas. Se trata de regiones profundas donde la velocidad de la masa que fluye es hasta un 30 % menor que en otros lugares del límite entre el núcleo y el manto de la Tierra. “Nuestro estudio también predice que la nieve rica en sílice comienza en la parte exterior del núcleo y puede desarrollarse después a mayores profundidades a medida que la Tierra se enfría”, concluye Fu.

Volcanes con nieve

Los nuevos hallazgos permiten comprender mejor la composición química del interior profundo de la Tierra. Fu explica que algunas rocas volcánicas encontradas en Hawái, por ejemplo, tienen la misma estructura química que el núcleo de la Tierra. “Nuestro estudio demuestra que los cristales ricos en sílice del núcleo de la Tierra pueden formar estas zonas de velocidad ultrabaja y ser la fuente de las sustancias químicas que se encuentran en las rocas volcánicas”.

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