Aunque hace más calor que la superficie del Sol, el núcleo de hierro cristalizado de la Tierra permanece sólido. Un nuevo estudio del Real Instituto de Tecnología de KTH en Suecia finalmente puede resolver un debate de larga data sobre cómo eso es posible y por qué es sísmicolas ondas viajan a velocidades más altas entre los polos del planeta que a través del ecuador.
Girando dentro del núcleo fundido de la Tierra hay una bola de cristal, en realidad una formación en masa de hierro cristalizado casi puro, casi del tamaño de la luna. Comprender esta característica extraña e inobservable de nuestro planeta depende de conocer la estructura atómica de estos cristales.- algo que los científicos han estado tratando de hacer durante años.
Al igual que con todos los metales, las estructuras cristalinas a escala atómica del hierro cambian según la temperatura y la presión a las que está expuesto el metal. Los átomos se empaquetan en variaciones de formaciones cúbicas, así como hexagonales. A temperatura ambiente y presión atmosférica normal,el hierro está en lo que se conoce como una fase cúbica centrada en el cuerpo CCB, que es una arquitectura de cristal con ocho puntos de esquina y un punto central, pero a una presión extremadamente alta las estructuras cristalinas se transforman en formas hexagonales de 12 puntos, o un cierrefase empaquetada HCP.
En el núcleo de la Tierra, donde la presión es 3.5 millones de veces mayor que la presión de la superficie, y las temperaturas son unos 6,000 grados más altas, los científicos han propuesto que la arquitectura atómica del hierro debe ser hexagonal. Si el hierro BCC existe en el centro de la Tierra tieneha sido debatido durante los últimos 30 años, y un estudio reciente de 2014 lo descartó, argumentando que BCC sería inestable en tales condiciones.
Sin embargo, en un estudio reciente publicado en Geociencias de la naturaleza , los investigadores de KTH descubrieron que el hierro en el núcleo de la Tierra está en la fase BCC. Anatoly Belonoshko, investigador del Departamento de Física de KTH, dice que cuando los investigadores analizaron muestras computacionales de hierro más grandes que las estudiadas anteriormente, las características deel hierro BCC que se pensaba que lo hacía inestable terminó haciendo todo lo contrario.
"Bajo condiciones en el núcleo de la Tierra, el hierro BCC exhibe un patrón de difusión atómica nunca antes observado", dice Belonoshko.
Belonoshko dice que los datos también muestran que el hierro puro probablemente representa el 96 por ciento de la composición del núcleo interno, junto con el níquel y posiblemente elementos ligeros.
Sus conclusiones provienen de laboriosas simulaciones por computadora realizadas con Triolith, una de las supercomputadoras suecas más grandes. Estas simulaciones les permitieron reinterpretar las observaciones recolectadas hace tres años en el Laboratorio Nacional Livermore Lawrence en California ". Parece que los datos experimentales confirman la estabilidadde BCC de hierro en el Núcleo estaban frente a nosotros, simplemente no sabíamos qué significaba eso realmente ", dice.
A baja temperatura, BCC es inestable y los planos cristalinos se deslizan fuera de la estructura ideal de BCC. Pero a altas temperaturas, la estabilización de estas estructuras comienza de manera muy parecida a un juego de cartas, con la combinación de un "mazo". Belonoshko dice que enel calor extremo del núcleo, los átomos ya no pertenecen a los planos debido a la gran amplitud del movimiento atómico.
"El deslizamiento de estos planos es como barajar un mazo de cartas", explica. "Aunque las cartas se colocan en diferentes posiciones, el mazo sigue siendo un mazo. Del mismo modo, el hierro BCC conserva su estructura cúbica."
Tal barajado conduce a un enorme aumento en la distribución de moléculas y energía, lo que conduce a un aumento de la entropía, o la distribución de estados de energía. Eso, a su vez, hace que el BCC sea estable.
Normalmente, la difusión destruye las estructuras de cristal convirtiéndolas en líquido. En este caso, la difusión permite que el hierro conserve la estructura de BCC. "La fase de BCC sigue el lema: 'Lo que no me mata me hace más fuerte'", dice Belonoshko."La inestabilidad mata la fase BCC a baja temperatura, pero hace que la fase BCC sea estable a alta temperatura"
Él dice que esta difusión también explica por qué el núcleo de la Tierra es anisotrópico, es decir, tiene una textura que es direccional, como el grano de madera. La anisotropía explica por qué las ondas sísmicas viajan más rápido entre los polos de la Tierra que a través del ecuador.
"Las características únicas de la fase Fe BCC, como la autodifusión a alta temperatura incluso en un hierro sólido puro, podrían ser responsables de la formación de estructuras anisotrópicas a gran escala necesarias para explicar la anisotropía del núcleo interno de la Tierra", dice"La difusión permite una fácil textura del hierro en respuesta a cualquier estrés".
La predicción abre el camino para comprender el interior de la Tierra y eventualmente para predecir el futuro de la Tierra, dice Belonoshko. "El objetivo final de las Ciencias de la Tierra es comprender el pasado, el presente y el futuro de la Tierra, y nuestra predicción nos permite hacerlosolo eso."
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por KTH El Real Instituto de Tecnología . Original escrito por David Callahan. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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