Detectives geoquímicos emplean símiles en laboratorio para mirar atrás en el tiempo

Ilustración  de cómo las técnicas de laboratorio pueden indicar a científicos como la investigadora Anat Shahar y su equipo el modo en que elementos como el hierro se comportan bajo las presiones extremas que reinan en el núcleo de la Tierra. Crédito: imagen del fondo cortesía de Vadim Sadovski, imágenes adicionales cortesía de Anat Shahar.

Un nuevo trabajo realizado por un equipo de investigadores dirigido por Anat Shahar de Carnegie, expone descubrimientos inesperados acerca de la química del hierro bajo condiciones de alta presión, como las que se encuentran en el núcleo de la Tierra, donde el hierro predomina y crea nuestro campo magnético, que constituye un escudo protector para la vida en la Tierra. Sus resultados, publicados en Science, podrían arrojar luz sobre los días primitivos de la Tierra cuando se formó el núcleo a través de un proceso llamado diferenciación, cuando los materiales más densos, como el hierro, se hundieron hacia el centro, creando la estructura en capas que el planeta tiene hoy en día.

La Tierra se formó a partir de materia acumulada alrededor del Sol joven. Con el tiempo, el hierro de este material planetario temprano se desplazó hacia el interior, separándose de los silicatos que tenía a su alrededor. Este proceso creó el núcleo de hierro del planeta y el manto superior de silicatos. Los datos sísmicos muestran que, además del hierro, hay elementos más ligeros presentes en el núcleo, pero se ha discutido mucho qué elementos son y en qué concentraciones se encuentran.



Los científicos decidieron investigar esta cuestión estudiando cómo presiones similares a las del núcleo de la Tierra afectarían a la composición de isótopos de hierro en varias aleaciones de hierro y elementos ligeros. Los isótopos son versiones de un elemento químico en las que el número de neutrones difiere del de protones. Debido a esto, los isótopos tienen masas diferentes, que pueden a veces causar pequeñas variaciones en su distribución entre los silicatos o el metal de hierro. Algunos isótopos son preferidos por ciertas reacciones, lo que resulta en un desequilibrio en la proporción de cada isótopo incorporado en los productos finales de estas reacciones, un proceso que puede dejar trazas de estos isótopos en rocas. Este proceso se conoce como fraccionamiento de isótopos y es crucial para esta investigación.

Los investigadores han descubierto que debido a este fraccionamiento bajo alta presión, las reacciones entre el hierro y dos de los elementos ligeros que a menudo se considera que sea probable que se hallen en el núcleo (carbono e hidrógeno) habrían dejado atrás una señal isotópica en el manto de silicatos cuando reaccionaron con el hierro y se hundieron hacia el núcleo. Pero esta marca isotópica no se ha encontrado en rocas del manto. Shahar explica: "aunque la Tierra es nuestro hogar, todavía hay mucho acerca de su interior que no comprendemos. Pero las pruebas de que las presiones extremas afectan a la forma en que se particionan los isótopos, en modos en los que podríamos observar rastros en muestras de rocas, es un gran paso adelante para conocer más sobre la evolución geoquímica de nuestro planeta".http://observatori.uv.es/