Restos oceánicos antiguos y colisiones planetarias: los científicos arrojan nueva luz sobre la misteriosa capa D de la Tierra

Una nueva investigación sugiere que la misteriosa capa D en el límite entre el núcleo y el manto de la Tierra puede haberse formado a partir de los restos de un impacto masivo temprano, y el peróxido rico en hierro desempeña un papel clave en sus características únicas y duraderas.

En lo profundo de la Tierra hay una capa misteriosa llamada capa D. Esta región se encuentra a una profundidad de aproximadamente 3.000 kilómetros y se encuentra por encima del límite entre el núcleo externo fundido del planeta y su manto sólido. A diferencia de una esfera perfecta, la capa «D» está sorprendentemente incompleta. Su espesor varía mucho de un lugar a otro, y algunas áreas incluso carecen por completo de una capa «D», del mismo modo que los continentes se elevan sobre los océanos de la Tierra. Estas interesantes diferencias han llamado la atención de los geofísicos, quienes han descrito la capa D como un área heterogénea o no uniforme.

Un nuevo estudio dirigido por el Dr. Qingyang Hu (Centro de Investigación de Tecnología Avanzada y Ciencia de Alta Presión) y el Dr. Jie Ding (Universidad de Princeton) indica que la capa D puede haberse originado en los primeros días de la Tierra. Su teoría se basa en la hipótesis del impacto gigante, que sugiere una MarteUn objeto de gran tamaño chocó con la protoTierra, creando como consecuencia un océano de magma que abarca todo el planeta. Creen que la capa D puede ser una composición única de los restos de este impacto masivo, que potencialmente contiene evidencia de la formación de la Tierra.

Agua en el océano de magma

El Dr. Jie Ding destaca la presencia de una gran cantidad de agua dentro de este océano de magma global. El origen exacto de esta agua sigue siendo un tema de debate, ya que se han propuesto varias teorías, incluida su formación a través de interacciones entre el gas de la nebulosa y el magma, o la entrega directa de los cometas. «La opinión predominante es que el agua se concentró hacia el fondo del océano de magma a medida que se enfriaba», continúa el Dr. Ding. En las etapas finales, el magma más cercano al núcleo puede haber contenido cantidades de agua similares a las que se encuentran en los océanos actuales de la Tierra.

Las condiciones extremas de presión y temperatura dentro del océano de magma inferior habrían creado un entorno químico único, promoviendo interacciones inesperadas entre el agua y los minerales. «Nuestra investigación sugiere que este océano acuoso de magma contribuyó a la formación de una fase rica en hierro llamada peróxido de hierro y magnesio», explica el Dr. Qingyang Hu. Este peróxido, de fórmula (Fe, Mg)O2, tiene una mayor preferencia por el hierro que otros componentes importantes que se esperan en el manto inferior. “Según nuestros cálculos, su unión al hierro podría haber provocado la acumulación de peróxido de hierro en capas de varios a decenas de kilómetros de espesor.

Formación de una estructura heterogénea en los límites del manto central de la Tierra. Crédito: Prensa científica de China

La presencia de una fase de peróxido rica en hierro alteraría la composición mineral de la capa D, desviándose de nuestro conocimiento actual. Según el nuevo modelo, los minerales en D estarían dominados por un nuevo grupo: silicatos pobres en hierro, peróxidos ricos en hierro (Fe, Mg) y óxidos pobres en hierro (Fe, Mg). Este peróxido dominado por hierro también tiene bajas velocidades sísmicas y alta conductividad eléctrica, lo que lo convierte en un candidato probable para explicar las características geofísicas únicas de la capa D. Estas características incluyen regiones de velocidad extremadamente baja y capas altamente conductoras, las cuales contribuyen a la conocida heterogeneidad composicional de la capa D.

«Nuestros hallazgos indican que el peróxido rico en hierro, formado a partir de agua antigua dentro del océano de magma, jugó un papel crucial en la formación de las estructuras heterogéneas de la capa D», dijo Qingyang. La fuerte afinidad de este peróxido por el hierro crea un marcado contraste en la densidad entre estos parches ricos en hierro y el manto circundante. Esencialmente, actúa como un aislante, evitando que se mezclen y explicando potencialmente la heterogeneidad a largo plazo observada en la base del manto inferior. «Este modelo concuerda bien con los resultados recientes de modelos numéricos, lo que sugiere que la heterogeneidad del manto inferior puede ser una característica a largo plazo», añadió Ji.

Referencia: “El límite entre el núcleo y el manto de la Tierra se formó por la cristalización de un océano de agua a partir de magma terrestre” por Qingyang Hu, Ji Ding, Yucai Zhuang, Zhenzhong Yang y Rong Huang, 13 de mayo de 2024, Revista Nacional de Ciencias.
doi: 10.1093/nsr/nwae169