Investigadores con sede en EE. UU. han completado un nuevo experimento de alta presión empleando diferentes estilos de calentamiento para revelar un mineral adicional que reside en el manto inferior de la Tierra.
En un artículo publicado en la revista Nature, los científicos explican que durante más de siete décadas, la mineralogía de la parte inferior manto ha sido estudiado a través de experimentos de laboratorio, simulaciones computacionales y el estudio de inclusiones en diamantes profundos . Estos estudios han llevado a la conclusión de que el manto inferior está formado por tres minerales principales: bridgmanita, ferropericlasa y davemaoita.
Entre estos tres minerales principales, dos minerales, bridgmanita y davemaoita, tienen estructuras cristalinas de tipo perovskita. Esta estructura también es ampliamente conocida en física, química e ingeniería de materiales, ya que algunos materiales con estructura tipo perovskita han mostrado superconductividad.
A poca profundidad, los minerales con estructuras cristalinas similares a menudo se fusionan y se convierten en minerales únicos, generalmente en un ambiente de alta temperatura.
Sin embargo, a pesar de la similitud estructural, los estudios existentes han demostrado que la davemaoita, rica en calcio, y la bridgmanita, rica en magnesio, permanecen separadas en todo el manto inferior.
«¿Por qué la davemaoita y la bridgmanita no se fusionan en una sola a pesar de que tienen estructuras a escala atómica muy similares?» Sang-Heon Dan Shim, coautor de Nature papel, dijo en un comunicado de prensa. “Se han hecho muchos intentos para encontrar condiciones en las que estos dos minerales se fusionen, pero la respuesta de los experimentos ha sido consistentemente dos minerales separados. Aquí sentimos que necesitábamos algunas ideas nuevas y frescas en los experimentos.”
El nuevo experimento fue una oportunidad para que el grupo de investigación probara varias técnicas de calentamiento para comparar métodos.
En lugar de aumentar la temperatura lentamente en los experimentos convencionales de alta presión, aumentaron la temperatura muy rápidamente hasta la temperatura alta relacionada con el manto inferior, alcanzando 3000–3500 F dentro de un segundo. La razón de esto fue que una vez que se forman dos minerales con estructura de perovskita, les resulta muy difícil fusionarse incluso si entran en condiciones de temperatura en las que un solo mineral de perovskita debería ser estable.
Al calentar las muestras rápidamente a las temperaturas objetivo, Shim y su coautor Byeongkwan Ko pudieron evitar la formación de dos minerales con estructura de perovskita a bajas temperaturas. Una vez que alcanzaron la temperatura del manto inferior, monitorearon qué minerales se formaron durante – min utilizando haces de rayos X. Descubrieron que solo se forma un solo mineral de perovskita, inesperado de los experimentos anteriores. También notaron que a temperaturas suficientemente altas superiores a 3000 F, la davemaoita y la bridgmanita se convierten en un solo mineral en la estructura de tipo perovskita.
«Se ha creído que una gran diferencia de tamaño entre el calcio y el magnesio, los principales cationes de la davemaoita y la bridgmanita, respectivamente, debería impedir que estos dos minerales se fusionen», dijo Ko. “Pero nuestro estudio muestra que pueden superar esa diferencia en ambientes cálidos”.
Los experimentos sugieren que el manto inferior más profundo con una temperatura suficientemente alta debería tener una mineralogía diferente a la del manto inferior más superficial. Debido a que el manto era mucho más cálido en la Tierra primitiva, los nuevos resultados del grupo indican que la mayor parte del manto inferior tenía entonces un solo mineral con estructura de perovskita, lo que significa que la mineralogía difería del manto inferior actual.
Esta nueva observación tiene una variedad de impactos en la comprensión de la tierra profunda. Muchas observaciones sísmicas han demostrado que las propiedades del manto inferior más profundo son diferentes de las del manto inferior más superficial. Se informa que los cambios son graduales. La fusión de bridgmanita y davemaoita se muestra gradual en los experimentos del grupo de investigación.
Además, las propiedades de una roca con tres minerales principales; bridgmanita, ferropericlasa y davemaoita, no coinciden bien con las propiedades del manto inferior más profundo. Ko y sus colaboradores predicen que estos problemas no resueltos pueden explicarse por una fusión de bridgmanita y davemaoita en un nuevo mineral con estructura de perovskita.
