El manto terrestre puede albergar ríos de protones

MADRID, 10 (EUROPA PRESS)

Simulaciones de computadora han revelado que gran parte del manto inferior de la Tierra puede contener ríos de protones hechos de fases superiónicas, que fluyen a través de los materiales sólidos.

Aunque tres cuartas parte de la superficie de la Tierra están cubiertas por agua, rara vez existe agua o hielo independientes en el interior, bajo condiciones extremas de presión y temperatura. La unidad más común de agua es el hidroxilo, que se asocia con minerales huésped para convertirlos en minerales hidratados.

Aquí, un grupo de investigación del Centro de Investigación Avanzada en Ciencia y Tecnología de Alta Presión, en China, descubrió que uno de esos minerales hidratados también entra en una fase superiónica exótica, similar al hielo de agua en planetas gigantes. Los resultados se publican en Nature Geosciences.

“En el agua superiónica, el hidrógeno se liberará del oxígeno y se volverá líquido, y se moverá libremente dentro de la red de oxígeno sólido. De manera similar, estudiamos un óxido-hidróxido de hierro mineral hidratado (FeOOH), y los átomos de hidrógeno se mueven libremente en la celosía de oxígeno sólido de FeO2”, dijo el doctor Yu He, uno de los autores del estudio, en un comunicado.

“Se desarrolló en la fase superiónica por encima de unos 1700 ° C y 800.000 veces la presión atmosférica normal. Estas condiciones de presión y temperatura garantizan que una gran parte del manto inferior de la Tierra pueda albergar el mineral hidratado superiónico. Estas regiones profundas pueden tener ríos hechos de protones, que fluyen a través de los sólidos”, añadió el coautor Duck Young Kim.

Guiado por sus predicciones teóricas, el equipo intentó verificar esta fase superiónica predicha en FeOOH caliente mediante la realización de experimentos de alta temperatura y alta presión utilizando una técnica de calentamiento por láser en una célula de yunque de diamante.

“Es técnicamente desafiante reconocer el movimiento de los átomos de H experimentalmente; sin embargo, la evolución de los enlaces O-H es sensible a la espectroscopía Raman”, dijo el doctor Qingyang Hu, uno de los autores principales. “Entonces, rastreamos la evolución del enlace O-H y capturamos este estado exótico en su forma ordinaria”.

Descubrieron que la unión O-H se ablanda abruptamente por encima de 73.000 veces la presión atmosférica normal, junto con un debilitamiento de alrededor del 55% de la intensidad máxima de O-H Raman. Estos resultados indican que algo de H + puede deslocalizarse del oxígeno y volverse móvil, debilitando así el enlace O-H, de acuerdo con las simulaciones.

“El ablandamiento y debilitamiento de la unión O-H en condiciones de alta presión y temperatura ambiente sólo puede considerarse como un precursor del estado superiónico porque se requiere alta temperatura para aumentar la movilidad más allá de la celda unitaria”, explicó el autor principal, Mingqiang Hou.

En materiales superiónicos, habrá un cambio de conductividad obvio, que es una evidencia sólida de superionización. El equipo midió la evolución de la conductividad eléctrica de la muestra en condiciones de alta temperatura y presión. Observaron un aumento abrupto en la conductividad eléctrica alrededor de 1500-1700 ° C y 121.000 veces la presión atmosférica normal, lo que indica que el hidrógeno difusivo había cubierto toda la muestra sólida y, por lo tanto, había entrado en un estado superiónico.

“El FeO2Hx de tipo pirita es solo el primer ejemplo de fases superiónicas en el manto inferior profundo”, comentó el Dr. Liu, coautor principal del trabajo. “Es muy probable que el hidrógeno en los óxidos densos que contienen hidrógeno recientemente descubiertos que son estables bajo las condiciones de alta P-T del manto inferior profundo, como las fases hidratadas densas, también pueda exhibir un comportamiento superiónico”.