Core Discoveries: Extreme Experiments Desbloquean los Secretos Internos de la Tierra
Investigadores en RIKEN han medido la velocidad del sonido del hierro puro a presiones extremas, arrojando luz sobre la composición del núcleo de la Tierra y permitiendo mediciones mejoradas para otros materiales.
Los científicos han restringido con mayor precisión la composición del núcleo terrestre mediante mediciones de velocidad del sonido a una presión doble con respecto a las mediciones anteriores.
Basándose en un programa iniciado hace 15 años por Alfred Q. R. Baron en el Laboratorio de Dinámica de Materiales de RIKEN, los investigadores finalmente han logrado medir la velocidad del sonido del hierro puro a presiones estáticas correspondientes al núcleo interno de la Tierra. Esto fue posible en la Línea de Haz de Quantum NanoDynamics de RIKEN SPring-8 Center: combinando su espectrómetro líder en el mundo con nuevos desarrollos en óptica de rayos X y un nuevo tipo de celda de alta presión, el equipo pudo realizar mediciones en condiciones estables a presiones de alrededor del doble de su récord anterior, y más de tres veces más alta que cualquier otra instalación en el mundo (Figura 1).
Figura 1: El espectrómetro de alta resolución en la Línea de Haz de Quantum NanoDynamics (BL43LXU) de RIKEN SPring-8 Center. Las fotos muestran el brazo principal del espectrómetro, las posiciones de la muestra y dos científicos a modo de referencia de escala. Crédito: © 2023 RIKEN SPring-8 Center
El trabajo es interesante porque permite establecer restricciones sobre la composición del núcleo de la Tierra. "Realmente tenemos muy poca información sobre el centro del planeta en el que vivimos", dice Baron. "Otro trabajo que sigue el progreso de las ondas sismológicas de los terremotos a través del planeta nos da un modelo para la densidad y la velocidad del sonido como función de la profundidad, pero eso es todo: la composición detallada sigue siendo desconocida y es el tema de debate, ya que la composición es importante tanto para entender la estructura actual del planeta como la evolución del planeta e incluso del Sistema Solar".
La medición más reciente, publicada en Nature Communications, fue una colaboración entre el grupo de Dinámica de Materiales de Baron en el Centro RIKEN SPring-8, Eiji Ohtani y Daijo Ikuta de la Universidad de Tohoku, e investigadores de la Universidad de Ehime y del Instituto Japonés de Investigación en Radiación Sincrónica (SPring-8/JASRI). El equipo midió la velocidad del sonido del hierro puro como función de la presión hasta densidades que superan la del núcleo interno de la Tierra, donde la presión supera los 300 gigapascales, validando una relación lineal conocida como ley de Birch.
Utilizando los nuevos resultados, proponen un modelo donde, además de hierro y níquel, el núcleo de la Tierra tiene pequeñas cantidades de silicio y azufre.
"Además, y quizás lo más importante, el método se puede extender a otros materiales permitiendo un nuevo nivel de precisión para las mediciones de velocidades del sonido de materiales a presiones extremas", dice Baron.
