Las mediciones de la velocidad del sonido arrojan luz sobre el interior de la Tierra

Los investigadores han medido la velocidad del sonido en hierro puro bajo presiones similares a las que existen en el límite del núcleo interno de la Tierra. El resultado sugiere que esta región del núcleo puede estar enriquecida en silicio y azufre.

“Puede resultar sorprendente, pero no tenemos mucha información sobre el centro del planeta en el que vivimos”, dice alfredo barón de las Centro RIKEN PRIMAVERA-8 en Japón. “Uno puede excavar unos pocos kilómetros, y los volcanes y la tectónica de placas pueden sacar material de profundidades de unos pocos cientos de kilómetros, pero lo que hay debajo, hasta el centro de la Tierra, a unos 6000 kilómetros bajo nuestros pies, no se comprende bien. ”

Nuestra imagen actual del interior de la Tierra sugiere que el núcleo externo del planeta (ubicado a unos 3000 km hacia abajo) es principalmente hierro líquido, con un núcleo interno de hierro sólido debajo. Esta información se obtiene mediante el seguimiento de las ondas sísmicas de los terremotos a medida que se propagan por el planeta, lo que arroja datos sobre la densidad y la velocidad del sonido, y específicamente sobre las velocidades de las ondas de compresión y de corte (v_p y v_s respectivamente). Sin embargo, los valores así medidos no concuerdan exactamente con lo que se espera para el hierro puro según el modelo Preliminary Reference Earth (PREM), explica Baron. Por lo tanto, debe haber algo más, posiblemente algo menos denso, presente en el núcleo.

“Qué es ese material y cuánto puede haber, son áreas activas de investigación, ya que tienen implicaciones para comprender las propiedades actuales de la Tierra y la evolución del sistema solar en su conjunto”, dice.

Versión mejorada de una celda de yunque de diamante

Un medio alternativo para explorar el comportamiento de los materiales a altas presiones es utilizar una celda de yunque de diamante (DAC). Sin embargo, incluso con esta herramienta, se necesita una habilidad considerable para lograr presiones comparables a las del núcleo de la Tierra.

Los sensores de diamante sondean la materia a altas presiones

En el último trabajo, los líderes del proyecto Daijo Ikuta, eiji ohtani y Alfred Baron utilizaron una versión mejorada de un DAC conocido como yunque de bisel escalonado, combinado con mediciones de difracción de rayos X y dispersión de rayos X inelástica. La técnica de dispersión de rayos X permite a los investigadores observar movimientos atómicos en materiales usando rayos X y es el único método para medir la velocidad del sonido en metales directamente bajo una compresión estática extrema en un DAC. Los investigadores realizaron estas mediciones en las instalaciones de RIKEN para la dispersión inelástica de rayos X, el Quantum NanoDynamics Beamline en Spring-8 en la Prefectura de Hyogo.

Estas mediciones revelaron que a una presión de 310 a 327 GPa, la presión estática más alta jamás alcanzada en estudios que utilizan dispersión de rayos X inelástica y in situ Técnicas de difracción de rayos X: la densidad del hierro empaquetado cerrado hexagonal es de 13.87 g/cm³. Los investigadores también encontraron que v_p y v_s del núcleo interno son alrededor de un 4 % y un 36 % más lentos, respectivamente, que las velocidades correspondientes del hierro puro a las presiones del núcleo interno. “Estos valores de densidad y velocidad del sonido pueden explicarse por la adición de alrededor de un 3 % de silicio y un 3 % de azufre (en peso) al hierro en el núcleo interno, como puede ocurrir por un enriquecimiento selectivo del material debido al crecimiento del núcleo interno desde el núcleo externo”, dice Baron Mundo de la física.

Los resultados se detallan en Nature Communications.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/sound-speed-measurements-shed-light-on-earths-interior/