Núcleo interno de la Tierra: una mezcla de Fe sólido y elementos ligeros de tipo líquido


El núcleo de la Tierra, la parte más profunda de nuestro planeta, se caracteriza por una presión y una temperatura extremadamente altas. Está compuesto por un núcleo exterior líquido y un núcleo interior sólido.

El núcleo interno se forma y crece debido a la solidificación del hierro líquido en el límite del núcleo interno. El núcleo interno es menos denso que el hierro puro y se cree que algunos elementos livianos están presentes en el núcleo interno.

Estructura interior de la Tierra y núcleo interior superiónico. Crédito: IGCAS

Un equipo de investigación conjunto dirigido por el profesor He Yu del Instituto de Geoquímica de la Academia de Ciencias de China (IGCAS) descubrió que el núcleo interno de la Tierra no es un sólido normal, sino que está compuesto por una subred de hierro sólido y líquido. elementos ligeros, lo que también se conoce como estado superiónico. Los elementos ligeros similares a líquidos son muy difusivos en las subredes de hierro en condiciones de núcleo interno.

Este estudio fue publicado en Nature el 9 de febrero.

Un estado superiónico, que es un estado intermedio entre sólido y líquido, existe ampliamente en el interior de los planetas. Usando simulaciones computacionales de alta presión y alta temperatura basadas en la teoría de la mecánica cuántica, los investigadores de IGCAS y el Centro de Investigación Avanzada de Ciencia y Tecnología de Alta Presión (HPSTAR) encontraron que algunas aleaciones de Fe-H, Fe-C y Fe-O se transformaron en un estado superiónico en condiciones de núcleo interno.

En las aleaciones de hierro superiónicas, los elementos ligeros se desordenan y se difunden como un líquido en la red, mientras que los átomos de hierro permanecen ordenados y vibran alrededor de su rejilla, formando la sólida estructura de hierro. Los coeficientes de difusión de C, H y O en las aleaciones de hierro superiónico son los mismos que los del Fe líquido.

«Es bastante anormal. La solidificación del hierro en el límite del núcleo interno no cambia la movilidad de estos elementos livianos, y la convección de los elementos livianos es continua en el núcleo interno», dijo el profesor He Yu, el primer y correspondiente autor. de El estudio.

Un misterio de larga data sobre el núcleo interno es que es bastante suave, con una velocidad de onda de corte bastante baja. Los investigadores calcularon las velocidades sísmicas en estas aleaciones de hierro superiónicas y encontraron una disminución significativa en la velocidad de las ondas de corte. «Nuestros resultados encajan bien con las observaciones sismológicas. Son los elementos líquidos los que hacen que el núcleo interno se ablande», dijo el coautor Sun Shichuan de IGCAS.

Los elementos de luz altamente difusivos pueden afectar las velocidades sísmicas, proporcionando pistas críticas para comprender otros misterios en el núcleo interno. La estructura anisotrópica, las atenuaciones de las ondas sísmicas y los cambios estructurales del núcleo interno durante las últimas décadas se pueden racionalizar en el modelo superiónico al considerar la distribución y convección de estos elementos líquidos en el núcleo interno.

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