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El manto de la Tierra primitiva albergaba dos océanos de magma

Europa Press | 7/11/2013 - 16:22
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Los resultados de una nueva investigación publicada en 'Nature' apoyan la idea de que el manto de la Tierra primitiva albergaba dos océanos de magma separados por una capa cristalina. Hoy en día, estos supuestos océanos se han cristalizado pero el magma todavía existe en parches locales y capas delgadas, tal vez en el manto, como apuntan los científicos tras usar la fuente de rayos X más brillante del mundo para ver el magma fundido en las condiciones en las que se encuentra en el manto de la Tierra profunda.

El análisis realizado con la fuente de luz PETRA III del centro de investigación DESY, en Hamburgo, Alemania, revela los cambios de estructura del basalto fundido cuando se expone a la presión de hasta 60 gigapascales (GPa) , que corresponden a una profundidad de alrededor de 1.400 kilómetros por debajo de la superficie. En esas condiciones extremas, el magma se convierte en una forma más rígida y densa, según el equipo liderado Chrystèle Sanloup, de la Universidad de Edimburgo, en Reino Unido.

"Silicatos líquidos como el magma basáltico juegan un papel clave en todas las etapas de la evolución de las profundidades de la Tierra, que van desde la base y la corteza formada hace miles de millones de años hasta la actividad volcánica de hoy", resaltó Sanloup.

Para investigar el comportamiento del magma en el manto profundo, los expertos exprimieron pequeños trozos de basalto dentro de una celda de yunque de diamante aplicando hasta aproximadamente 600.000 veces la presión atmosférica estándar. "Pero para investigar el magma basáltico, que todavía existe en parches locales dentro del manto de la Tierra, primero tuvimos que fundir las muestras", explicó la coautora Zuzana Konôpková, de DESY.

El equipo usó dos láseres infrarrojos fuertes que concentran una potencia de hasta 40 vatios en una zona a 20 micrómetros (millonésimas de metro) de diámetro, que es aproximadamente 2.000 veces la densidad de potencia en la superficie del sol. Una alineación inteligente de la óptica láser permitió al equipo disparar el láser adecuado a través de los yunques de diamante. Con esta configuración única, las muestras de basalto podían ser calentadas hasta 3.000 grados centígrados en tan sólo unos segundos, hasta que estuvieron completamente fundido.

Para evitar el sobrecalentamiento de la celda de yunque de diamante que habría sesgado las mediciones de rayos X, el láser sólo se encendió durante unos segundos antes y durante los patrones de difracción de rayos X. Esos tiempos cortos de recolección de datos, cruciales para este tipo de experimentos de fusión son sólo posibles gracias al alto brillo de los rayos X en el 'Extreme Conditions Beamline' (ECB) de DESY.

Estos rayos X de gran alcance muestran que el llamado número de coordinación de silicio, el elemento químico más abundante en los magmas, en la fusión aumenta del 4 al 6 bajo alta presión, lo que significa que los iones de silicio se reordenan en una configuración en la que cada uno tiene seis vecinos más cercanos de oxígeno en lugar de los cuatro habituales en condiciones ambientales. Como resultado, la densidad de basalto aumenta desde aproximadamente 2,7 gramos por centímetro cúbico (g/cc) a baja presión a casi 5 g/ccm a 60 GPa.

"Una pregunta importante es cómo este cambio de número de coordinación sucede en el estado fundido y cómo eso afecta a las propiedades físicas y químicas", señaló Sanloup. "Los resultados muestran que el número de coordinación cambia del 4 al 6 gradualmente de 10 GPa a 35 GPa en los magmas y, una vez completado, los magmas son mucho más rígidos", agregó esta experta, al tiempo que dijo que en contraste, en cristales de silicato del manto, el cambio de número de coordinación se produce bruscamente a 25 GPa, lo que define el límite entre el manto superior e inferior.

Océanos de magma

Este comportamiento permite la peculiar posibilidad de los océanos de magma en capas en el interior de la Tierra primitiva. "A baja presión, los magmas son mucho más compresibles que sus homólogos cristalinos, mientras que son casi igual de rígidos por encima de 35 Gpa --argumentó Sanloup--. Esto implica que, a principios de la historia de la Tierra, cuando empezó a cristalizarse, los magmas pueden haber tenido flotabilidad negativa en la parte inferior del manto superior e inferior, lo que resulta en la existencia de dos océanos de magma separados por una capa cristalina".

En la alta presión de la parte inferior del manto terrestre, el magma se vuelve tan denso que las rocas no se hunden pero flotan en la parte superior, de forma que pudo haberse formado una frontera cristalizada entre un océano de magma basal y otro superior dentro de la Tierra joven.

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