Los científicos han reflexionado durante mucho tiempo cómo los cuerpos rocosos del sistema solar, incluida nuestra propia Tierra, obtuvieron sus núcleos metálicos. Según una investigación realizada por la Universidad de Texas en Austin, la evidencia apunta a la percolación hacia abajo del metal fundido hacia el centrodel planeta a través de pequeños canales entre granos de roca.
El hallazgo pone en tela de juicio la interpretación de experimentos anteriores y simulaciones que intentaron comprender cómo se comportan los metales bajo calor y presión intensos cuando se están formando los planetas. Los resultados anteriores sugirieron que grandes porciones de metales fundidos quedaron atrapados en poros aislados entre los granos.Por el contrario, la nueva investigación sugiere que una vez que esos poros aislados crecen lo suficiente como para conectarse, el metal fundido comienza a fluir y la mayor parte es capaz de filtrarse a lo largo de los límites del grano. Este proceso permitiría que el metal gotee a través del manto, acumulándose en elcentro, y formar un núcleo de metal, como el núcleo de hierro en el corazón de nuestro planeta de origen.
"Lo que estamos diciendo es que una vez que la red de fusión se conecta, permanece conectada hasta que casi todo el metal está en el núcleo", dijo el coautor Marc Hesse, profesor asociado en el Departamento de Ciencias de la UT Jackson School of Geosciencesde Ciencias Geológicas, y miembro del Instituto de Ingeniería y Ciencias Computacionales de la UT.
La investigación fue publicada el 4 de diciembre en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias . El trabajo fue la tesis doctoral de Soheil Ghanbarzadeh, quien obtuvo su doctorado mientras estudiaba en el Departamento de Ingeniería de Petróleo y Geosistemas de UT ahora el Departamento de Ingeniería de Petróleo y Geosistemas de Hildebrand. Actualmente trabaja como reservorio.ingeniero de BP America. Soheil fue asesorado conjuntamente por Hesse y Maša Prodanovic, profesor asociado en el Departamento de Hildebrand y coautor.
Los planetas y planetesimales planetas pequeños y asteroides grandes se forman principalmente a partir de rocas de silicato y metal. Parte del proceso de formación de planetas involucra la masa inicial de material que se separa en un núcleo metálico y una cubierta de silicato formada por el manto y la cortezaPara que la teoría de la percolación de la formación del núcleo funcione, la gran mayoría del metal en el cuerpo planetario debe llegar al centro.
En este estudio, Ghanbarzadeh desarrolló un modelo de computadora para simular la distribución de hierro fundido entre los granos de roca a medida que la porosidad, o la fracción fundida, aumentaba o disminuía. Las simulaciones se realizaron en el Centro de Computación Avanzada de Texas. Los investigadores descubrieron que una vez que el metal comienzapara fluir, puede continuar fluyendo incluso cuando la fracción de fusión disminuye significativamente. Esto contrasta con las simulaciones previas que encontraron que una vez que el metal comienza a fluir, solo toma una pequeña caída en el volumen de fusión para que la percolación se detenga.
"La gente ha asumido que se desconecta en la misma fracción de fusión a la que se conectó inicialmente ... y dejaría cantidades significativas de metal", dijo Hesse. "Lo que encontramos es que cuando la fusión metálica se conecta y cuandose desconecta no es necesariamente lo mismo "
Según el modelo de computadora, solo 1 a 2 por ciento del metal inicial quedaría atrapado en el manto de silicato cuando se detiene la filtración, lo que es consistente con la cantidad de metal en el manto de la Tierra.
Los investigadores señalan la disposición de los granos de roca para explicar las diferencias en qué tan bien conectados están los espacios entre los granos. El trabajo anterior utilizó un patrón geométrico de granos regulares e idénticos, mientras que este trabajo se basó en simulaciones usando un grano irregulargeometría, que se cree que refleja más estrechamente las condiciones de la vida real. La geometría se generó utilizando datos de una muestra de titanio policristalino que se escaneó mediante microtomografía de rayos X.
"El modelo numérico desarrollado por Soheil en su tesis de doctorado permitió encontrar redes de fusión tridimensionales de cualquier complejidad geométrica por primera vez", dijo Prodanovic. "Tener un modelo tridimensional es clave para comprender y cuantificar cómola trampa de fusión funciona ".
El esfuerzo valió la pena porque los investigadores descubrieron que la geometría tiene un fuerte efecto en la conectividad del fundido. En los granos irregulares, los canales de fundido varían en ancho y los grandes permanecen conectados incluso cuando la mayoría del metal se drena.
"Lo que hicimos de manera diferente aquí fue agregar el elemento de curiosidad para ver qué sucede cuando se drena la masa fundida de la roca dúctil porosa", dijo Ghanbarzadeh.
Los investigadores también compararon sus resultados con una red de fundición metálica preservada en un meteorito de ancondrita, un tipo de meteorito que provenía de un cuerpo planetario que se diferenciaba en capas discernibles. Imágenes de rayos X del meteorito tomadas en la Alta Resolución de la Escuela JacksonX-Ray CT Facility reveló una distribución de metal que es comparable a las redes de fusión calculadas. Prodanovic dijo que esta comparación muestra que su simulación captura las características observadas en el meteorito.
El estudio fue financiado por el Programa Statoil Fellows de UT Austin y la National Science Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Texas en Austin . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :