El núcleo interno de la Tierra puede estar enriquecido con oxígeno

El oxígeno y el hierro son los dos elementos más abundantes en la Tierra, y sus compuestos son ingredientes esenciales para la formación de planetas. Si bien el oxígeno prevalece en el manto, su presencia en el núcleo interno sólido aún se debate.

Dirigido por el Dr. Yang Sun de los investigadores Universidad de Colombia y el Dr. Jin Liu de HPSTAR (Centro de Investigación Avanzada en Ciencia y Tecnología de Alta Presión) descubrieron que las aleaciones de Fe-O ricas en hierro son estables a 300 GPa y temperaturas de hasta 3000 K. Este oxígeno se puede encontrar en Núcleo interno sólidolo que proporciona importantes limitaciones para comprender mejor el proceso de formación y evolución Historia del núcleo de la Tierra.

Dado que el núcleo interno está más allá del alcance humano, solo podemos adivinar su densidad y composición química a partir de señales sísmicas. temblores Producir. Aunque su tipo y composición aún se debaten, ahora se cree que el núcleo interno contiene componentes fotosintéticos. Predicho por datos químicos y geoquímicos para incluir azufre, silicio, carbono e hidrógeno. Los cálculos y experimentos también respaldaron el hallazgo de que, bajo las temperaturas profundas de la Tierra y las altas presiones, estos elementos se combinan con el hierro puro para producir una variedad de aleaciones de hierro.

Sin embargo, el oxígeno generalmente se excluye del núcleo interno ya que no se han encontrado aleaciones de Fe-O con composiciones ricas en hierro en ambientes de superficie o manto. Todos los óxidos de hierro conocidos tienen una concentración de oxígeno mayor o igual al 50% dependiendo del porcentaje atómico. Aunque se han hecho intentos para crear compuestos de óxido de hierro con composiciones altas en hierro, todavía no se han descubierto tales materiales. ¿Es el núcleo de la Tierra «deficiente en oxígeno»? En este trabajo se han realizado numerosas pruebas y cálculos teóricos para dar respuesta a esta pregunta.

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Se colocaron hierro puro y óxido de hierro en los extremos de un yunque de diamante y se disparó con un rayo láser de alta energía a una temperatura y presión cercanas a núcleo de la tierra. Después de muchos esfuerzos, se descubrió que por encima de 220-260 GPa y 3000 K se produce una reacción química entre el óxido de hierro y el óxido de hierro. De acuerdo con los datos XRD, el producto de reacción es diferente de la estructura típica de alta temperatura y alta presión del hierro puro y el óxido de hierro.

La investigación de la estructura cristalina teórica basada en el algoritmo genético mostró que la aleación de Fe-O rica en hierro puede sobrevivir de manera estable a una presión de aproximadamente 200 GPa. Las nuevas aleaciones de Fe-O ricas en hierro desarrollan una estructura hexagonal compacta en tales condiciones, con capas de oxígeno intercaladas entre las capas de hierro para sostener la estructura. Un proceso como este crea muchos compuestos de Fe-O ricos en hierro con alta entropía configuracional y configuraciones estrechamente empaquetadas. Estos datos teóricos se utilizaron para determinar la disposición atómica de Fe28O14 que coincide con el patrón XRD registrado experimentalmente.

Otros cálculos han demostrado que las fases Fe-O ricas en hierro son metálicas, lo que contrasta con los óxidos de hierro comunes a presiones más bajas. La estructura electrónica depende de la concentración de O y de la disposición de las capas de óxido de hierro. Las propiedades mecánicas y térmicas de la aleación deben estudiarse más a fondo en el futuro.

Referencia de la revista:

  1. Jin Liu y Yang Sun et al. Compuestos de Fe-O ricos en hierro bajo la presión de la Tierra. innovación. DOI: 10.1016/j.xinn.2022.100354
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