Mecánico

Mar 04, 2024

Dem10/Jennifer Rentería, Smithsonian.

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La Tierra, nuestro preciado hogar en el cosmos, cuenta con una característica notable que la distingue de sus pares planetarios: los continentes y su altura sobre el nivel del mar. Estas colosales masas de tierra, repletas de vida y diversidad, contribuyen a la habitabilidad única de nuestro planeta. Sin embargo, los orígenes de los continentes de la Tierra, junto con sus distintas propiedades, han desconcertado a los científicos durante mucho tiempo.

NASA

Ahora, un nuevo estudio realizado por Elizabeth Cottrell, geóloga investigadora y curadora de rocas en el Museo Nacional de Historia Natural del Smithsonian, y Megan Holycross, profesora asistente en la Universidad de Cornell, puede habernos acercado a resolver este misterio.

Es decir, su estudio, publicado en Science, desafía y desmiente una hipótesis popular que buscaba explicar por qué la corteza continental tiene un menor contenido de hierro y está más oxidada en comparación con su contraparte oceánica. Esto es importante porque la falta de hierro es fundamental para explicar por qué gran parte de la superficie de nuestro planeta está sobre el nivel del mar, lo que permite que la vida prospere en la tierra.

Para comprender verdaderamente el impacto de esta investigación en nuestra comprensión de los orígenes continentales de la Tierra, Interesting Engineering (IE) entabló una esclarecedora conversación con la propia Elizabeth Cottrell.

"Entre los planetas rocosos del sistema solar interior, la corteza continental es exclusiva del planeta Tierra. Es importante destacar que la corteza continental tiene concentraciones más bajas del elemento hierro en comparación con la corteza oceánica", explicó Cottrell al IE.

Describió cómo esto hace que la corteza continental sea menos densa y más flotante que la corteza oceánica, de modo que no se recicla fácilmente hacia el interior de la Tierra a medida que se desplazan las placas tectónicas de la Tierra.

"Como resultado, los continentes de la Tierra son antiguos (en algunos lugares tienen más de 4 mil millones de años) y muy estables en relación con la corteza oceánica, que rara vez sobrevive más de 200.000 años antes de ser reciclada hacia el interior de la Tierra debido a su alta densidad". ella añadió.

También explicó que es más probable que el hierro de la corteza continental se encuentre en un estado químico oxidado que el hierro de la corteza oceánica. Es significativo que los geólogos hayan tratado durante mucho tiempo de comprender cómo se forma la corteza continental oxidada y empobrecida en hierro de la Tierra y por qué no se forma en otros planetas de nuestro sistema solar.

"En nuestro estudio, nos hemos acercado a la comprensión de los mecanismos viables que podrían funcionar para agotar el hierro de la corteza continental", afirmó Cottrell.

"Una hipótesis popular sugirió que la cristalización del mineral granate [un grupo de minerales de silicato y la piedra natal de enero] de roca fundida en las profundidades de la superficie de la Tierra podría funcionar para extraer hierro".

Describió cómo eliminar un mineral rico en hierro de la roca fundida daría como resultado que la roca restante tuviera menos hierro, haciéndola similar a la corteza que forma los continentes. Esta hipótesis resultaba atractiva porque el hierro está presente en un mineral llamado granate en dos formas diferentes: una con menos oxígeno (llamada "reducida") y otra con más oxígeno (llamada "oxidada").

Además, destacó que si el granate eliminara selectivamente el tipo de hierro con menos oxígeno, no solo daría como resultado rocas con menos hierro sino también rocas con más oxígeno, cumpliendo dos características cruciales de la corteza continental.

"En nuestro laboratorio decidimos probar esta teoría. Cultivamos cristales del mineral granate a partir de roca fundida a altas presiones y temperaturas en un dispositivo especial llamado prensa de cilindro de pistón", dijo. De esta manera, los investigadores intentaron replicar el intenso calor y la presión de la corteza terrestre en el laboratorio.

Smithsonian

"Las prensas de cilindro y pistón en realidad no son de muy alta tecnología; funcionan según el mismo principio que un gato para automóvil... Tenemos algunas de las mismas habilidades que un mecánico de automóviles en este sentido", añadió.

"Luego enfriamos la mezcla tan rápidamente que la química se "congela", generando el mineral granate rodeado de vidrio que antes era roca fundida".

"Después de estos experimentos de tecnología relativamente baja, realizamos varios análisis de alta tecnología muy interesantes. Para cuantificar el estado químico del hierro en nuestros granates y vidrios (para saber si estaba reducido u oxidado), tuvimos que viajar a Argonne National Laboratorio: hogar de la Fuente Avanzada de Fotones (APS)".

Explicó que el APS acelera los electrones casi a la velocidad de la luz. Los electrones giran alrededor de un anillo de almacenamiento que tiene más de un kilómetro de circunferencia y, a medida que los electrones giran en las curvas de la pista, emiten radiación sincrotrón: rayos X ultrabrillantes que los investigadores podrían enfocar en sus muestras.

"Fuimos muchas veces al APS para radiografiar nuestras muestras para cuantificar el estado electrónico del hierro en los granates y vidrios. Cada viaje al sincrotrón dura muchos días y cada viaje es muy emocionante", reveló.

"Se necesitan enormes equipos de ingenieros y científicos para mantener operativa una instalación como el APS. Somos muy afortunados de tener acceso a una herramienta tan fenomenal".

"También medimos la concentración de hierro en los granates y el vidrio en un instrumento llamado microsonda electrónica en el Instituto Smithsonian", añadió.

En particular, los análisis revelaron que los granates contenían cantidades menores de hierro reducido de lo que se pensaba. "Esto significa que la cristalización del mineral granate a partir de roca fundida no generará la química oxidada y empobrecida en hierro de la corteza continental", razonó Cottrell.

G. Macpherson y E. Cottrell, Smithsonian.

Cuando se le preguntó sobre el momento clave que le hizo darse cuenta de que la explicación popular del granate no se alineaba con la formación de los continentes, su respuesta fue muy clara:

"Fue cuando estábamos en el Laboratorio Nacional Argonne y observamos los espectros de rayos X de los granates y vidrios que habíamos creado en el laboratorio", explicó. "En ese momento sabíamos que el granate no podía funcionar como se había planteado en la hipótesis en la generación de la corteza continental".

"Nuestro trabajo está limitado por la medida en que podemos simular el interior de la Tierra en el laboratorio", admitió Cottrell.

Un obstáculo importante que encuentran en su laboratorio es la falta de recipientes adecuados que puedan soportar la roca fundida sin provocar reacciones químicas no deseadas, destacó.

En este sentido, se esfuerzan continuamente por innovar y explorar métodos nuevos e imaginativos para diseñar experimentos. Su objetivo es comprender mejor el interior de la Tierra y al mismo tiempo minimizar cualquier interferencia o distracción causada por las limitaciones de los equipos.

"Algunos miembros de mi equipo siguen centrados en los problemas relacionados con la formación de la corteza continental", dijo. "Si el granate no puede provocar el agotamiento y la oxidación del hierro, ¿cuál es el mecanismo?" Los pasos futuros del equipo implicarán realizar experimentos y analizar rocas naturales para descubrir esto.