Al disparar diminutos proyectiles de una aleación de hierro y carbono desde un cañón de alta velocidad, los científicos finalmente han demostrado que un extraño estado parcialmente sólido y parcialmente líquido que se cree que existe dentro del núcleo interno de la Tierra es realmente posible.
Este estado superiónico de la materia explicaría claramente algunos comportamientos inusuales en el núcleo, como la forma en que ralentiza ciertas ondas y mediciones que sugieren que es blando como la mantequilla en lugar de rígido como el acero frío.
“Por primera vez, hemos demostrado experimentalmente que la aleación de hierro y carbono en condiciones internas del núcleo exhibe una velocidad de corte notablemente baja”, dice el físico Youjun Zhang de la Universidad de Sichuan en China.
“En este estado, los átomos de carbono se vuelven altamente móviles, difundiéndose a través de la estructura de hierro cristalino como niños tejiendo en una danza cuadrada, mientras que el hierro mismo permanece sólido y ordenado. Esta llamada ‘fase superiónica’ reduce drásticamente [the] rigidez de la aleación.”
Relacionado: Después de una búsqueda de 20 años, los científicos finalmente encontraron el verdadero núcleo interno de la Tierra
Desde la década de 1930, la visión predominante del interior de la Tierra ha seguido el modelo de un núcleo externo líquido y fundido y un núcleo interno tan aplastado por la presión que permanece sólido a pesar del intenso calor predominante. Sin embargo, algunas pruebas de los datos sísmicos obtenidos a lo largo de décadas han insinuado que no estamos viendo el panorama completo.
Nuestra comprensión de la estructura interna de la Tierra proviene de observaciones sísmicas. La forma en que las ondas acústicas se mueven y rebotan en materiales con diferentes propiedades nos ha brindado una comprensión bastante detallada de la arquitectura interna de nuestro planeta. Pero la baja velocidad de las ondas de corte a través del núcleo en particular sugiere que si es sólido, no lo es en la forma a la que estamos acostumbrados.
En 2022, un equipo dirigido por el geofísico Yu He, de la Academia de Ciencias de China, demostró teóricamente que la superionicidad podría resolver el rompecabezas. Mientras que la inmensa presión de todo el peso de la Tierra en el núcleo interno se combina para mantener el hierro en una matriz sólida, el calor extremo permite que los átomos más ligeros fluyan y bailen como un fluido: un estado superiónico que es a la vez sólido y líquido.
La evidencia experimental acaba de confirmar esa posibilidad. Zhang, He y sus colegas utilizaron una técnica llamada compresión de choque dinámico para aplastar un pequeño trozo de aleación de hierro y carbono con tanta fuerza que se comportara exactamente como debería comportarse la misma aleación en el núcleo interno de la Tierra.
frameborder=”0″ enable=”accelerómetro; reproducción automática; escritura en portapapeles; medios cifrados; giroscopio; imagen en imagen; compartir web” referrerpolicy=”origen-estricto-cuando-origen-cruzado” enablefullscreen>Para acelerar sus muestras utilizaron pistolas de gas ligero de dos etapas: dispositivos de alta precisión que se basan en pólvora sin humo y gas comprimido para enviar partículas diminutas a velocidades extremas.
Para este experimento, el proyectil de hierro y carbono se disparó a velocidades de más de 7 kilómetros (4,3 millas) por segundo contra un objetivo de fluoruro de litio altamente comprimible. El impacto genera un choque inverso que comprime la muestra a presiones de hasta 140 gigapascales y temperaturas cercanas a los 2.600 Kelvin (2.327 °C o 4.220 °F).
Esto no es tan extremo como el núcleo interno, que tiene un rango de presión de 330 a 360 gigapascales y temperaturas que alcanzan de 5.000 a 6.000 Kelvin, pero es lo suficientemente alto como para replicar aspectos clave del entorno central.
Esas condiciones simuladas duran apenas nanosegundos a microsegundos, pero es tiempo suficiente para sondear la temperatura, la densidad y la propagación de ondas acústicas utilizando láseres y sensores rápidos.
Y, efectivamente, los resultados coincidieron con la baja velocidad de la onda de corte y la medición de la blandura (expansión y contracción) conocida como relación de Poisson observada en las lecturas sísmicas del núcleo interno de la Tierra.
En estas condiciones, demostraron los investigadores, la matriz de hierro permanece firmemente bloqueada en su lugar, como Batman, mientras que el carbono fluye entre los espacios como un Robin retozando.
Es tan elegante. Explica por qué los datos sísmicos tienen el aspecto que tienen y (con datos experimentales, lo más cerca que estaremos del núcleo interno) resuelve debates de larga data sobre cómo se comportan los elementos ligeros bajo presiones extremas.
Esto puede incluso proporcionar nuevos conocimientos sobre el campo magnético de la Tierra, una vasta estructura que se expandió hacia el espacio a partir de la danza de conducción y convección en las profundidades del planeta.
“Nos estamos alejando de un modelo estático y rígido del núcleo interno hacia uno dinámico”, dice Zhang. “Comprender este estado oculto de la materia nos acerca un paso más a descubrir los secretos de los interiores planetarios similares a la Tierra”.
La investigación ha sido publicada en National Science Review.