Científicos recrean las intensas condiciones presurizadas del núcleo exterior de la Tierra

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Científicos recrean las intensas condiciones presurizadas del núcleo exterior de la Tierra

Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory

El núcleo interno de la Tierra rota dentro de un núcleo externo, donde el hierro y el níquel son fluidos. Ahora, un equipo internacional de físicos ha recreado en un laboratorio las condiciones de este núcleo externo. Los detalles de la investigación fueron publicados en Physical Review Letters.

El trabajo, dirigido por el físico Sébastien Merkel de la Universidad de Lille en Francia, tiene implicaciones para comprender nuestro propio planeta. No solo eso, también puede ayudarnos a comprender mejor lo que sucede cuando chocan trozos de hierro en el espacio.

“No creamos las condiciones exactas del núcleo interno, pero logramos las condiciones del núcleo exterior del planeta, lo cual es realmente notable”,  dijo la física Arianna Gleason del Laboratorio Nacional de Aceleración SLAC del Departamento de Energía de EE.UU.

El hierro

En las condiciones normales de la Tierra, la estructura cristalina del hierro es una red cúbica. Los átomos están dispuestos en una cuadrícula, situados en la esquina de cada cubo y uno en el centro.

No obstante, cuando el hierro se comprime bajo presiones extremadamente altas, la red cambia de forma y se deforma en una estructura hexagonal. Esto permite empaquetar más átomos en el mismo volumen de espacio.

Conocer lo que sucede a presiones y temperaturas aún más altas, como las del núcleo de la Tierra, es algo bastante difícil. Afortunadamente, en los últimos años la tecnología láser ha avanzado tanto que, en entornos de laboratorio, pequeñas muestras pueden ser sometidas a condiciones extremas, como las de enanas blancas.

El trabajo

El equipo de SLAC desplegó dos láseres. El primero fue un láser óptico, disparado a una muestra microscópica de hierro, sometiéndola a un choque que generó una intensa presión y calor. La muestra se sometió a una presión de hasta 187 Gigapascales y temperaturas de hasta 4.070 Kelvin.

Como referencia, el núcleo exterior de la Tierra tiene presiones que oscilan entre 135 y 330 Gigapascales (1,3 a 3,3 millones de atmósferas). Además, sus temperaturas varían entre 4.000 y 5.000 Kelvin (3.727 a 4.727 grados Celsius).

La siguiente parte fue medir la estructura atómica del hierro durante este proceso. Para ello, el equipo utilizó el láser de electrones libres de rayos X de fuente de luz coherente Linac (LCLS) de SLAC, que sondeó la muestra mientras el láser óptico se disparaba. “Pudimos hacer una medición en una mil millonésima de segundo”, dijo Gleason.

Las imágenes resultantes, compiladas en una secuencia, revelaron que el hierro responde al estrés adicional inducido por estas condiciones por el hermanamiento. Esto es cuando una red cristalina se comprime tanto que algunos de los puntos de la red se vuelven compartidos por múltiples cristales de manera simétrica.

Eso significa que la disposición atómica del hierro, en el núcleo terrestre exterior, se empuja de modo que las formas hexagonales giran casi 90 grados. Según los investigadores, este mecanismo permite al metal resistir las extremas condiciones.

Ahora que sabemos cómo se comporta el hierro en tales condiciones, podemos incorporar la información a modelos y simulaciones. Todo tendrá importantes implicaciones para la forma en que entendemos las colisiones espaciales.

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