La comprensión del interior de la Tierra siempre ha sido un reto para la ciencia. Mediante investigaciones recientes, un equipo multidisciplinario de físicos de materiales y geofísicos de la Universidad de Columbia ha logrado detectar una transición de fase cuántica en las profundidades del manto de la Tierra. Esta transición, que ocurre a profundidades que superan los 660 km, se relaciona con el comportamiento del hierro en el mineral conocido como ferropericlasa, el segundo mineral más abundante del manto inferior.
La investigación, publicada el 8 de octubre de 2021 en Nature Communications, es significativa porque proporciona pistas sobre el comportamiento físico y químico de la materia bajo condiciones extremas. Los investigadores han utilizado una combinación de teoría, simulaciones y tomografía sísmica para comprender mejor estas transiciones en el interior terrestre.
La importancia de las transiciones de fase
Las transiciones de fase son cambios en el estado de un material como resultado de variaciones en la presión y la temperatura. En el caso de la ferropericlasa, los investigadores han descubierto que un cambio de espín puede ocurrir bajo estas condiciones, lo que provoca cambios en las velocidades sísmicas observadas por los sismólogos. Esta observación se convierte en crucial, ya que ayuda a interpretar las imágenes sismológicas del interior de la Tierra.
Anteriormente, en 2003, los científicos habían detectado este fenómeno en laboratorio, pero no sabían su alcance en el manto terrestre. Para profundizar en este fenómeno, los investigadores realizaron cálculos para crear mapas tridimensionales de las velocidades sísmicas en diversas condiciones de presión y temperatura. Cuando un mineral experimenta una transición de fase, se manifiesta como una fuerte discontinuidad en la velocidad sísmica, lo que podría ayudar a identificar áreas específicas dentro del manto donde se están produciendo estos cambios.
Detectando cambios en el manto
La capacidad de detectar estos cambios es revolucionaria, ya que las imágenes tomográficas del manto inferior son vitales para entender su composición y estructura. Se ha determinado que la ferropericlasa puede experimentar un cambio de espín a más de 1000 kilómetros de profundidad, lo cual tiene implicaciones directas respecto a la forma en que se comportan los minerales bajo altas temperaturas y presiones. Esto es clave para comprender la dinámica de la Tierra y la actividad sísmica.
Colaboraciones interdisciplinarias y descubrimientos futuros
Contando con la experiencia de investigadores como la profesora Renata Wentzcovitch, el equipo ha publicado numerosos estudios sobre el comportamiento de la ferropericlasa y ha podido confirmar que el cambio de espín está presente también en otro mineral predominante llamado bridgmanita. Esto indica que la ciencia avanza hacia la comprensión del manto terrestre y estableciendo conexiones entre la geofísica y la física de materiales.
Con la creciente cantidad de datos y la integración de nuevas tecnologías, los científicos están comenzando a vislumbrar cómo los fenómenos cuánticos, como los cambios de espín, pueden influir en procesos geodinámicos, incluyendo la convección en el manto terrestre. Estos procesos son fundamentales para entender fenómenos naturales como los terremotos y erupciones volcánicas.
El impacto en la búsqueda de vida extraterrestre
Además de su relevancia en la geofísica terrestre, la investigación de Wentzcovitch y su equipo también podría tener consecuencias para la búsqueda de vida fuera de nuestro planeta. El conocimiento sobre cómo estos cambios de estado afectan los materiales podría guiar a otros científicos en la búsqueda de condiciones adecuadas para la vida en otros mundos. Comprender el comportamiento de materiales como la ferropericlasa es crítico para inferir la composición de planetas en formación y su potencial para albergar vida.
En conclusión, la investigación sobre la transición de fase cuántica en el manto inferior de la Tierra no solo es un avance significativo en nuestra comprensión de la geología terrestre, sino que también abre nuevas vías para la investigación en ciencia planetaria. ¡Los científicos siguen sacando a la luz los secretos que aún guarda la Tierra!
