Dispositivo de medición para determinar la conductividad térmica de la bridgmanita a alta presión y temperatura extrema. Crédito: Murakami M et al, DOI: 10.1016/j.epsl.2021.117329
Investigadores de ETH Zurich han demostrado en el laboratorio qué tan bien un mineral común en el límite entre el núcleo de la Tierra y el manto conduce el calor. Esto los lleva a sospechar que el calor de la Tierra puede disiparse antes de lo que se pensaba.
La evolución de nuestra Tierra es la historia de su enfriamiento: hace 4.500 millones de años, las temperaturas extremas prevalecían en la superficie de la joven Tierra, y estaba cubierta por un profundo océano de magma. Durante millones de años, la superficie del planeta se enfrió para formar una corteza quebradiza. Sin embargo, la enorme energía térmica que emana del interior de la Tierra puso en marcha procesos dinámicos, como la convección del manto, la tectónica de placas y el vulcanismo.
Sin embargo, aún no se han respondido las preguntas sobre qué tan rápido se enfrió la Tierra y cuánto tiempo podría tomar para que este enfriamiento continuo detenga los procesos impulsados por el calor antes mencionados.
Una posible respuesta puede estar en la conductividad térmica de los minerales que forman el límite entre el núcleo de la Tierra y el manto.
Esta capa límite es relevante porque es aquí donde la roca viscosa del manto de la Tierra está en contacto directo con el derretimiento caliente de hierro-níquel del núcleo externo del planeta. El gradiente de temperatura entre las dos capas es muy pronunciado, por lo que potencialmente hay mucho calor fluyendo aquí. La capa límite está formada principalmente por el mineral bridgmanita. Sin embargo, los investigadores tienen dificultades para estimar cuánto calor conduce este mineral desde el núcleo de la Tierra hasta el manto porque la verificación experimental es muy difícil.
Ahora, el profesor de ETH Motohiko Murakami y sus colegas de la Institución Carnegie para la Ciencia han desarrollado un sofisticado sistema de medición que les permite medir la conductividad térmica de la bridgmanita en el laboratorio, bajo las condiciones de presión y temperatura que prevalecen dentro de la Tierra. Para las mediciones, utilizaron un sistema de medición de absorción óptica recientemente desarrollado en una unidad de diamante calentada con un láser pulsado.
«Este sistema de medición nos permite mostrar que la conductividad térmica de la bridgmanita es aproximadamente 1,5 veces mayor de lo que se supone», dice Murakami. Esto sugiere que el flujo de calor desde el núcleo hacia el manto también es más alto de lo que se pensaba. Un mayor flujo de calor, a su vez, aumenta la convección del manto y acelera el enfriamiento de la Tierra. Esto puede hacer que la tectónica de placas,que se mantiene en marcha por los movimientos convectivos del manto, se desacelere más rápido de lo que los investigadores esperaban en función de los valores de conducción de calor anteriores.
Murakami y sus colegas también han demostrado que el enfriamiento rápido del manto cambiará las fases minerales estables en el límite núcleo-manto. Cuando se enfría, la bridgmanita se convierte en el mineral post-perovskita. Pero tan pronto como la post-perovskita aparece en el límite núcleo-manto y comienza a dominar, el enfriamiento del manto podría acelerarse aún más, estiman los investigadores, ya que este mineral conduce el calor de manera aún más eficiente que la bridgmanita.
«Nuestros resultados podrían darnos una nueva perspectiva sobre la evolución de la dinámica de la Tierra. Sugieren que la Tierra, al igual que los otros planetas rocosos Mercurio y Marte, se está enfriando y volviéndose inactiva mucho más rápido de lo esperado», explica Murakami.
Sin embargo, no puede decir cuánto tiempo tardarán, por ejemplo, las corrientes de convección en el manto en detenerse. «Todavía no sabemos lo suficiente sobre este tipo de eventos para precisar su momento». Para hacer eso, primero se requiere una mejor comprensión de cómo funciona la convección del manto en términos espaciales y temporales. Además, los científicos necesitan aclarar cómo la desintegración de los elementos radiactivos en el interior de la Tierra, una de las principales fuentes de calor, afecta la dinámica del manto.
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