Los investigadores de ETH Zurich han demostrado en el laboratorio qué tan bien conduce el calor un mineral común en el límite entre el centro de la tierra y el manto. Esto lleva a sospechar que el calor de la Tierra se derretirá más rápido de lo que se pensaba.
La evolución de nuestro planeta es la historia de su enfriamiento: hace 4.500 millones de años, en la superficie de la joven Tierra reinaban temperaturas extremas, y estaba cubierta por el profundo océano de magma. Durante millones de años, la superficie del planeta se enfrió y formó cortezas quebradizas. Sin embargo, la enorme cantidad de energía térmica emitida desde el interior de la Tierra establece procesos dinámicos como la convección del manto, la tectónica de placas y el vulcanismo.
Sin embargo, las preguntas sobre qué tan rápido se ha enfriado la Tierra y cuánto tiempo llevará este enfriamiento actual para detener los procesos impulsados por el calor antes mencionados siguen sin respuesta.
Una posible respuesta podría estar en la conductividad térmica de los minerales que forman el límite entre el núcleo y la superficie de la tierra.
Esta capa límite es adecuada porque la roca viscosa de la corteza terrestre está en contacto directo con el metal de hierro y níquel caliente del núcleo exterior del planeta. El gradiente de temperatura entre las dos capas es muy pronunciado, por lo que existe la posibilidad de que fluya más calor aquí. La capa límite está formada principalmente por el mineral Bridgmanita. Sin embargo, la verificación experimental es muy difícil porque los investigadores tienen dificultades para estimar cuánto calor conduce este mineral desde el centro de la tierra hasta la corteza.
Ahora, el profesor de ETH Motohiko Murakami y sus colegas de la Carnegie Institution for Science han desarrollado un sofisticado sistema de medición que puede medir la conductividad térmica de la bridgesmanita en un laboratorio bajo condiciones de presión y temperatura dentro de la tierra. Para las mediciones, utilizaron el método de medición de absorción óptica desarrollado recientemente en una unidad de diamante calentada por un láser púlsar.
Dispositivo de medición para determinar la conductividad térmica de la bridgemanita bajo alta presión y temperatura extrema. Crédito: Murakami M et al., 2021
«Este método de medición puede mostrar que la conductividad térmica de la bridzmanita es 1,5 veces mayor de lo esperado», dice Murakami. Esto sugiere que el flujo de calor desde el centro hacia el manto es mayor de lo que se pensaba. Cuanto mayor sea el flujo de calor, mayor será la convección superpuesta y más rápido el enfriamiento de la tierra. Esto puede deberse a la tectónica de placas que es impulsada continuamente por los movimientos de convección del manto, más de lo que esperaban los investigadores en función de los valores previos de conducción de calor.
Murakami y sus colegas han demostrado que el rápido enfriamiento de la superficie puede transformar fases minerales estables en el límite entre el núcleo y el manto. A medida que se enfría, la bridgetnita se convierte en un mineral posterior a la perovskita. Pero a medida que el núcleo posterior a la ferozkita comenzó a aparecer y a dominar el borde, el enfriamiento del manto podría acelerarse aún más, estiman los investigadores, porque este mineral conduce el calor de manera más eficiente que el bridgesmite.
«Nuestros resultados pueden darnos una nueva perspectiva sobre la evolución de la dinámica de la Tierra. martes, se está enfriando más rápido de lo esperado”, explica Murakami.
Sin embargo, no pudo decir cuánto tiempo tardarían en detenerse las corrientes de convección en el manto. «Todavía no sabemos lo suficiente sobre este tipo de eventos para calcular su tiempo». Para hacer eso, primero requiere una mejor comprensión de cómo opera la convección del manto sobre una base espacial y temporal. Además, los científicos deben aclarar cómo la descomposición de los elementos radiactivos dentro de la Tierra, una de las principales fuentes de calor, afecta la cinética del manto.
Nota: Motohiko Murakami, Alexander F. Goncharov, Nobuyoshi Miyajima, Daisuke Yamazaki y Nicholas Holtgrewe, diciembre de 2021, «Radiation Thermal Conductivity of Single-Crystal Bridgetman at the Mid-Mandal Border with Implications for Global Warm Evolution». Cartas desde la Tierra y la Ciencia Planetaria.
DOI: 10.1016 / j.epsl.2021.117329
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