Mecánico

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.

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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 desacredita 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 por encima del nivel del mar, lo que permite que la vida prospere en la tierra.

Para comprender realmente el impacto de esta investigación en nuestra comprensión de los orígenes continentales de la Tierra, Interesting Engineering (IE) participó en una conversación esclarecedora 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 relación con la corteza oceánica", explicó Cottrell a IE.

Ella 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, superando los 4.000 millones de años en algunos lugares, y muy estables en relación con la corteza oceánica, que rara vez sobrevive más de 200.000 años antes de ser reciclada de nuevo en 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. Significativamente, los geólogos han 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 más a la comprensión de los mecanismos viables que podrían operar para agotar la corteza continental de hierro", afirmó Cottrell.

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

Ella describió cómo la eliminación de 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 era 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 elimina selectivamente el tipo de hierro con menos oxígeno, no solo resultaría en rocas con menos hierro sino también rocas con más oxígeno, reuniendo dos características cruciales de la corteza continental.

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

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

"Luego, enfriamos la mezcla tan rápidamente que la química se "congeló", generando el granate mineral 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 de fotones avanzada (APS)".

Explicó que el APS acelera los electrones a casi 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 recorren las curvas de la pista, emiten radiación de sincrotrón, rayos X ultrabrillantes que los investigadores podrían enfocar en sus muestras.

"Fuimos al APS muchas veces para tomar radiografías de nuestras muestras para cuantificar el estado electrónico del hierro en los granates y los 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 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 la Institución Smithsonian", agregó.

En particular, los análisis revelaron que los granates contenían cantidades más pequeñas de hierro reducido de lo que se suponía. "Esto significa que la cristalización del mineral granate de la 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 la hizo darse cuenta de que la popular explicación del granate no se alineaba con la formación de los continentes, su respuesta fue muy clara:

"Fue cuando estábamos en el Laboratorio Nacional de 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 suponía 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.

Enfatizó que un obstáculo importante que encuentran es la falta de contenedores adecuados en su laboratorio que puedan soportar la roca fundida sin causar reacciones químicas no deseadas.

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 minimizar cualquier interferencia o distracción causada por las limitaciones del equipo.

"Algunos miembros de mi equipo siguen centrados en los problemas relacionados con la formación de la corteza continental", dijo. "Si el granate no puede conducir al agotamiento y oxidación del hierro, ¿cuál es el mecanismo?" Los pasos futuros del equipo incluirán la realización de experimentos y el análisis de rocas naturales para averiguarlo.