El océano oculto en las entrañas de la Tierra

Los hallazgos, publicados en septiembre en Nature Geoscience, detallan la síntesis de dos compuestos de hierro previamente desconocidos que actuarían como contenedores primarios de este elemento. El equipo incluye a Hongsheng Yuan, Lianjie Man, Ilya Kupenko, Yuqing Yin y numerosos colaboradores. Estos oxihidróxidos de hierro sumamente densos podrían resolver un misterio que desconcertó a la ciencia durante décadas sobre los reservorios profundos de agua en el manto inferior.

Hasta ahora competían dos modelos. El mecanismo de arriba hacia abajo propone que el agua llega al interior mediante la litosfera hidratada durante la subducción de placas. El de abajo hacia arriba postula un depósito de agua primordial cerca del límite entre el núcleo y el manto, formado a partir de residuos dejados por la cristalización de un colosal océano de magma basal durante las primeras etapas de la Tierra. Al enfriarse, esos restos se enriquecieron en hierro y agua, creando los ingredientes necesarios para estos minerales.

Evidencias geoquímicas en antiguas rocas volcánicas de la Isla de Baffin (Canadá) e Islandia revelaron anomalías isotópicas de helio e hidrógeno que sugieren que una porción del agua original aún podría conservarse en las profundidades. El problema era la falta de minerales conocidos capaces de secuestrar hidrógeno de manera estable en las condiciones extremas del manto inferior. Minerales como la bridgmanita, la post-perovskita, la ferropericlasa y la davemaoita eran considerados nominalmente secos, lo que ocultaba la identidad del anfitrión mineral.

Para resolverlo, un equipo co-liderado por la Universidad de Bayreuth, con instituciones como el Centro de Investigación Avanzada en Ciencia y Tecnología de Alta Presión, el Instituto Bávaro de Geoquímica y Geofísica Experimental, la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón, la ETH de Zúrich, el Instituto de Física Aplicada de Shanghái, DESY y la Universidad Goethe, utilizó una celda de yunque de diamante calentada por láser. Comprimieron muestras entre dos diamantes y las calentaron con láser, recreando presiones de 78 a 198 gigapascales y temperaturas de 2400 a 2800 kelvin (2100 a 2500 °C). Mediante rayos X de sincrotrón identificaron dos nuevos oxihidróxidos de hierro hexagonales: Fe5O12Hx y Fe7O12Hx. Sorprendentemente, también se formaron en muestras casi secas: basta una cantidad ínfima de hidrógeno para estabilizarlos, según Leonid Dubrovinsky.

Estos minerales son extraordinariamente densos, lo que facilita su asentamiento gravitacional hacia el límite núcleo-manto, donde podrían retener agua durante escalas geológicas enormes. El compuesto Fe5O12Hx es excepcionalmente rico en hidrógeno. Según los cálculos, una concentración de apenas un 1% de este mineral en el manto bastaría para almacenar una enorme proporción del hidrógeno total de la Tierra silicatada. En términos prácticos, el agua almacenada químicamente equivaldría a varias veces el volumen de todos los océanos superficiales. El estudio no prueba que existan en tales cantidades, solo demuestra que pueden existir químicamente; además, no estarían distribuidos uniformemente, sino concentrados en regiones específicas.

El hallazgo también ofrece una explicación a las misteriosas zonas de velocidad ultrabaja detectadas por sismología en el límite núcleo-manto. Al formarse, estos oxihidróxidos extraen hierro de los silicatos circundantes, alterando las propiedades sónicas y estructurales de esa frontera.

Finalmente, estos minerales podrían actuar como un fusible volátil para las plumas del manto. Si se funden antes que los silicatos que los rodean al recibir calor del núcleo, liberarían agua y compuestos volátiles hacia los derretimientos ascendentes, conectando los reservorios profundos con la actividad volcánica superficial. Así, estos oxihidróxidos de hierro desempeñarían un papel crítico en los ciclos de volátiles planetarios a lo largo del tiempo geológico.