Se descubren átomos de hierro ‘bailando’ dentro del núcleo interno sólido de la Tierra: ScienceAlert

Se descubren átomos de hierro ‘bailando’ dentro del núcleo interno sólido de la Tierra: ScienceAlert

El sólido núcleo de hierro de la Tierra no es lo que parece. De hecho, apenas este año, los científicos descubrieron que la órbita más interna de nuestro planeta no es lisa, sino más bien texturizada; y deja de girar cada siete décadas antes de cambiar de dirección.

Ahora, en otro estudio sorprendente, un equipo de investigadores cree haber descubierto por qué el núcleo de hierro sólido de la Tierra es un poco más blando de lo esperado: sus átomos podrían estar en movimiento.

En el núcleo interno de la Tierra, a unos 5.100 kilómetros (o 3.170 millas) debajo de nuestros pies, los átomos de hierro están apretados en una estructura hexagonal, comprimidos bajo una enorme presión y altas temperaturas.

Observaciones sísmicas recientes han revelado que la esfera interior de la Tierra exhibe propiedades intrigantes, más cercanas a las de los metales blandos como el plomo y más cercanas al hierro fundido que la masa sólida que quizás imaginábamos en nuestras mentes.

Según Youjun Zhang, físico de la Universidad de Sichuan en China, y colegas de Estados Unidos y China que realizaron una serie de simulaciones por computadora y experimentos de laboratorio, esto se debe a que los átomos de hierro ubicados en el núcleo interno cambian de posición dentro de la estructura de red hexagonal propuesta. .

A medida que las personas cambian de lugar en la mesa, los átomos de hierro migran a posiciones vecinas sin alterar la estructura metálica subyacente del hierro, lo que hace que el núcleo sea más maleable, sugieren Zhang y sus colegas.

«El hierro sólido se vuelve sorprendentemente blando en las profundidades de la Tierra porque sus átomos pueden moverse mucho más de lo que jamás imaginamos». explicar Zhang. «Este mayor movimiento hace que el núcleo interno sea menos rígido y más débil contra las fuerzas de corte».

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Antes de eso, los científicos habían simulado el núcleo interno de la Tierra utilizando modelos informáticos que tendían a capturar menos de cien átomos dispuestos en una estructura hexagonal repetitiva.

Algunos investigadores también sugirió Los focos de fusión dentro del núcleo interno de la Tierra pueden explicar algunas de sus propiedades observadas.

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Pero estos bolsillos probablemente fueron desplazados a medida que el núcleo se solidificó, dijeron Zhang y sus colegas. sugeriry ninguna teoría ha explicado todavía de forma exhaustiva la extraña flexibilidad del orbe interior de la Tierra.

Para ampliar su visión de la dinámica de la red, Zhang y sus colegas utilizaron una supercomputadora y un algoritmo de aprendizaje automático para simular un entorno atómico mucho más grande, de más de 10.000 átomos.

Los investigadores alimentaron los datos de su modelo recopilados en experimentos de laboratorio de alta presión y temperatura diseñados para imitar las condiciones en el núcleo interno de la Tierra.

A presiones que oscilan entre 230 y 330 GPa y temperaturas justo por debajo del punto de fusión del hierro, simulaciones de la estructura reticular compacta sugerir Los átomos de hierro se mueven siguiendo un patrón de movimiento colectivo «en el que un átomo salta de su posición de equilibrio y empuja a sus átomos vecinos».

Movimiento simulado de un hierro hexagonal muy compacto a 230 GPa y una temperatura cercana a la fusión durante 30 picosegundos. (Zhang et al. PNAS2023)

Esta rápida difusión se produce en picosegundos, o una billonésima de segundo, por lo que el movimiento no altera la estructura de la red. En cambio, los átomos se mueven de tal manera que el núcleo de hierro se comporta como un sólido extremadamente blando.

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Estos resultados, por supuesto, se basan en cálculos teóricos sobre una sustancia que los científicos no pueden muestrear y sólo pueden deducir sus propiedades a distancia. Dadas estas limitaciones, los resultados concuerdan bien con las observaciones sísmicas.

«Ahora conocemos el mecanismo fundamental que nos ayudará a comprender los procesos dinámicos y la evolución del núcleo interno de la Tierra». dicho El autor principal, Jung-Fu Lin, geocientífico de la Universidad de Texas.

El estudio fue publicado en PNAS.

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