Muy por debajo de la superficie de la Tierra, a unas 1.800 millas de profundidad, se encuentra una región magmática turbulenta intercalada entre el manto sólido a base de silicato y el núcleo rico en hierro fundido: el límite núcleo-manto. Es un remanente de tiempos antiguos, los días primordiales aproximadamenteHace 4.500 millones de años, cuando todo el planeta estaba fundido, un mar interminable de magma. Aunque las presiones y temperaturas extremas de la región hacen que sea difícil de estudiar, contiene pistas sobre la misteriosa historia del origen del mundo tal como la conocemos.
"Todavía estamos tratando de reconstruir cómo la Tierra realmente comenzó a formarse, cómo se transformó de un planeta fundido a uno con criaturas vivientes caminando sobre su manto y corteza de silicato", dice Arianna Gleason, científica del Departamentodel Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC de Energy. "Conocer las formas extrañas en que los materiales se comportan bajo diferentes presiones puede darnos algunas pistas"
Ahora, los científicos han desarrollado una forma de estudiar silicatos líquidos en las condiciones extremas que se encuentran en el límite entre el núcleo y el manto. Esto podría conducir a una mejor comprensión de los primeros días fundidos de la Tierra, que incluso podría extenderse a otros planetas rocosos. La investigaciónfue dirigido por los científicos Guillaume Morard y Alessandra Ravasio. El equipo, que incluía a Gleason y otros investigadores de SLAC y la Universidad de Stanford, publicó sus hallazgos esta semana en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
"Hay características de los líquidos y los vidrios, en particular los fundidos de silicato, que no entendemos", dice Morard, científico de la Universidad de Grenoble y la Universidad de la Sorbona en Francia. "El problema es que los materiales fundidos son intrínsecamente másdifícil de estudiar. A través de nuestros experimentos pudimos sondear materiales geofísicos a las temperaturas y presiones extremadamente altas de la Tierra profunda para abordar su estructura líquida y aprender cómo se comportan. En el futuro podremos utilizar este tipo de experimentos para recrearlos primeros momentos de la Tierra y entender los procesos que la conformaron "
más caliente que el sol
En el láser de rayos X de electrones libres de fuente de luz coherente Linac LCLS de SLAC, los investigadores enviaron primero una onda de choque a través de una muestra de silicato con un láser óptico cuidadosamente ajustado. Esto les permitió alcanzar presiones que imitan a las del manto terrestre,10 veces más alto que el logrado previamente con silicatos líquidos, y temperaturas tan altas como 6,000 Kelvin, ligeramente más calientes que la superficie del sol.
A continuación, los investigadores golpearon la muestra con pulsos láser de rayos X ultrarrápidos de LCLS en el momento preciso en que la onda de choque alcanzó la presión y temperatura deseadas. Algunos de los rayos X se dispersaron en un detector y formaron un patrón de difracción. Al igual quecada persona tiene su propio conjunto de huellas digitales, la estructura atómica de los materiales es a menudo única. Los patrones de difracción revelan esa huella digital del material, lo que permite a los investigadores seguir cómo se reordenaron los átomos de la muestra en respuesta al aumento de la presión y la temperatura durante la onda de choque.sus resultados a los de experimentos anteriores y simulaciones moleculares para revelar una línea de tiempo evolutiva común de vidrios y silicatos líquidos a alta presión.
"Es emocionante poder reunir todas estas técnicas diferentes y obtener resultados similares", dice el científico y coautor de SLAC Hae Ja Lee. "Esto nos permite encontrar un marco combinado que tenga sentido y dar un paso adelante. Esmuy completo en comparación con otros estudios "
conectando lo atomístico con lo planetario
En el futuro, la actualización LCLS-II, así como las actualizaciones del instrumento Materia en condiciones extremas MEC donde se realizó esta investigación, permitirá a los científicos recrear las condiciones extremas que se encuentran en el núcleo interno y externo para aprender sobrecómo se comporta el hierro y el papel que desempeña en la generación y configuración del campo magnético de la Tierra.
Para realizar un seguimiento de este estudio, los investigadores planean realizar experimentos con energías de rayos X más altas para realizar mediciones más precisas de la disposición atómica de los silicatos líquidos. También esperan alcanzar temperaturas y presiones más altas para obtener una idea de cómo estos procesosse desarrollan en planetas más grandes que la Tierra, las llamadas súper-Tierras o exoplanetas, y cómo el tamaño y la ubicación de un planeta influyen en su composición.
"Esta investigación nos permite conectar lo atomístico con lo planetario", dice Gleason. "A partir de este mes, se han descubierto más de 4,000 exoplanetas, de los cuales 55 están ubicados en la zona habitable de sus estrellas donde es posibleexiste agua líquida. Algunos de ellos han evolucionado hasta el punto en el que creemos que hay un núcleo metálico que podría generar campos magnéticos, que protegen a los planetas de los vientos estelares y la radiación cósmica. Hay tantas piezas que deben encajar para que la vida puedaformar y ser sostenido. Hacer las mediciones importantes para comprender mejor la construcción de estos planetas es crucial en esta era de descubrimiento ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio nacional de aceleración DOE / SLAC . Original escrito por Ali Sundermier. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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