30/Jun/07

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Científicos descubren que Tierra y Marte son diferentes hasta la médula

La Tierra y la Luna tienen la misma composición en su núcleo, pero Marte no comparte esta similitud. Marte es muy duferente.

Una investigación que compara muestras de silicio de la Tierra, meteoritos y material planetario, publicada en Nature (28/junio/2007), provee nueva evidencia de que el núcleo de la Tierra se formó bajo condiciones muy diferentes de las que existían en Marte. También muestra que la Tierra y la Luna tienen la misma composición isotópica de silicio apoyando la teoría de que los átomos de las dos se mezclaron las primeras etapas de su desarrollo.

Esta reciente investigación, llevada a cabo por científicos de la Oxford University junto con colegas de la University of California, Los Angeles (UCLA) y el Swiss Federal Institute of Technology en Zurich (ETH), comparó isótopos de silicio de rocas de la Tierra con muestras de meteoritos y otros materiales del Sistema Solar. Es la primera vez que los isótopos han sido utilizados de este modo y ha abierto una nueva línea de investigación científica respecto a cómo se formó el núcleo de la Tierra.

Las rocas de la Tierra que forman volcanes y cordilleras, y las que yacen sobre el fondo oceánico, están constituidas por silicatos, compuestos de silicio y oxígeno enlazados con otras clases de átomos. Los silicatos dominan hasta una profundidad de 2.900 km, casi la mitad de la distancia hasta el centro de la Tierra. En este punto hay un abrupto límite con el denso núcleo de hierro metálico.

Los estudios hechos por Birch en los '50 demostraron que el núcleo exterior tenía una densidad demasiado baja para estar hecho de hierro puro y que también debía estar formado por algunos elementos más livianos (ver notas a los editores para más detalles).

Un miembro del equipo investigador, Bastian Georg, investigador post-doctorado del Departamento de Ciencias de la Tierra de la Oxford University, dijo, "Disolvimos meteoritos, provistos por el Museo de Historia Natural de Londres, para comparar su composición isotópica con la de las rocas de la Tierra. El silicio fue separado de otros elementos y las proporciones atómicas de isótopos fueron medidas utilizando un espectrómetro de masa particularmente sofisticado en el ETH de Zurich".

El profesor Alex Halliday, también de la Oxford University explica, "Quedamos muy sorprendidos por nuestros resultados que mostraban que los isótopos más pesados de las muestras de silicatos de la Tierra contenían proporciones crecientes de los isótopos más pesados de silicio. Esto es muy diferente de los meteoritos de las porciones de silicatos de Marte y del gran Asteroide Vesta, que no muestran tal efecto aunque estos cuerpos también tienen un núcleo de hierro".

Las muestras de silicatos de Marte y Vesta son idénticas a un primitivo tipo de meteorito llamado condrito (en geología "Condrita"), que representa el material regular del Sistema Solar de pequeños "planetesimales" que nunca experimentaron la formación de un núcleo.

El profesor Halliday continúa, "La explicación más probable es que, a diferencia de Marte y Vesta, el silicio de la Tierra ha sido dividido en dos tipos: una porción que se convirtió en un elemento liviano disuelto en el núcleo metálico de la Tierra, y una proporción más grande que formó el silicio-oxígeno unido como silicato del manto y corteza de la Tierra".

En las profundidades los silicatos cambian de estructura a formas más densas, de modo que la composición isotópica dependería de la presión a la que el metal y el silicato se separan. Cuantificar este efecto es el actual tema de estudio. El co-autor del trabajo, Edwin Schauble de la UCLA, ha producido cálculos preliminares que muestran que los efectos isotópicos encontrados están en la dirección y magnitud correctas.

Esta investigación provee nueva evidencia de que el núcleo de la Tierra se formó bajo condiciones diferentes de las que existían en Marte. En parte, esto podría ser explicado por la diferencia de masa entre los dos planetas. Siendo la Tierra ocho veces más grande que Marte, la presión de formación del núcleo podría ser más alta y podrían haber estado involucradas diferentes fases de silicatos. La masa de un planeta también afecta la energía que es liberada a medida que se acumula (o crece).

La Tierra acumuló la mayor parte de su masa por violentas colisiones con otros planetas y embriones planetarios. Cuanto más grande es el planeta, más grande es la atracción gravitacional y más altas son las temperaturas generadas a medida que la energía cinética de los objetos que impactan es convertida en calor. Algunos han propuesto que la Tierra exterior se habría convertido periódicamente en un "océano de magma" de roca fundida como consecuencia de eventos de temperaturas muy extremas.

Hay pruebas de que Marte dejó de crecer en los primeros millones de años del Sistema Solar y que no experimentó la prolongada historia de colisiones violentas que afectó a la Tierra. Ya existen pruebas convincentes de campos magnéticos relativamente fuertes a comienzos de la historia marciana, pero una minuciosa comprensión del núcleo marciano debe aguardar las mediciones geofísicas de futuros exploradores. Sin embargo se piensa que el núcleo de Marte es proporcionalmente más pequeño que el de la Tierra y que probablemente se formó bajo presiones y temperaturas más bajas.

La investigación también muestra que la Luna tiene la misma composición isotópica de silicio que la Tierra. Esto no puede ser causado por la formación del núcleo a alta presión en la Luna que tiene apenas el 1% de la masa de la Tierra. Sin embargo, es compatible con la reciente propuesta de que el material que formó la Luna durante el gigantesco impacto entre la proto-Tierra y otro planeta, generalmente llamado "Teia", fue lo bastante enérgico para que los átomos del disco del que se formó la Luna se mezclaran con los del silicato terrestre. Esto significa que el silicio en los silicatos de la Tierra ya debía haber tenido una composición isotópica pesada antes de que se formara la Luna, aproximadamente 40 millones de años después del principio del Sistema Solar.

La investigación fue apoyada por subvenciones provistas por el Science and Technology Facilities Council del Reino Unido, y las National Science Foundation de la USA y Suiza.

Contactos

Pete Wilton - Oficina de Prensa de la Oxford University Tel: 01865 283877 Email: pete.wilton@admin.ox.ac.uk

Contacto en Science del Reino Unido

Profesor Alex Halliday - Departamento de Ciencias de la Tierra, Oxford University Tel: 07769728153 Email: alexh@earth.ox.ac.uk

Notas a los editores

La información de esta comunicación está basada en el siguiente trabajo de Nature, que sale en el número del 28 de junio.

Silicio en el núcleo de la Tierra R. Bastian Georg 1, 2; Alex N. Halliday 1; Edwin A. Schauble 3; y Ben C. Reynolds 2.

1. Departamento de Ciencias de la Tierra, University of Oxford

2. Departamento de Ciencias de la Tierra, ETH Zentrum, Zurich

3. Departamento de Ciencias de la Tierra y el Espacio, University of California, Los Angeles.

En 1952, el distinguido geofísico de Harvard, Francis Birch, mostró que el núcleo líquido exterior de la Tierra, donde se genera el campo magnético, es químicamente diferente del núcleo interior de hierro metálico sólido que ocupa el mismo centro de la Tierra. Birch argumentó que el núcleo exterior tenía una densidad que era demasiado baja para estar hecha de hierro puro; tenía que contener algún porcentaje de algún elemento más liviano o elementos de peso atómico más bajo. Desde entonces los científicos han buscado determinar cuáles son estos elementos livianos y qué nos dicen sus concentraciones sobre las condiciones de formación del núcleo.

El Science and Technology Facilities Council asegura que el Reino Unido mantiene su destacado lugar sobre el escenario mundial entregando ciencia de categoría mundial; accediendo y ofreciendo instalaciones internacionales; desarrollando tecnologías innovadoras; e incrementando el impacto socioeconómico de su investigación a través de efectivas asociaciones para el intercambio de conocimientos.

El Concejo tiene una amplia cartera de ciencias incluyendo Astronomía, Física de Partículas, Astrofísica de Partículas, Física Nuclear, Ciencia del Espacio, Radiación de Sincrotón, Fuentes de Neutrones y Rayos Láser de Alta Potencia. Además el Concejo dirige y opera tres laboratorios internacionalmente renombrados:

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El Concejo da a los investigadores acceso a instalaciones de categoría mundial y financia la membresía del Reino Unido en organismos internacionales como el Laboratorio Europeo para Física de Partículas (CERN), el Instituto Laue Langevin (ILL), la Instalación Europea de Radiación de Sincrotón (ESRF), la Organización Europea para la Investigación Astronómica en el Hemisferio Sur (ESO) y la Agencia Espacial Europea (ESA). También aporta dinero para los telescopios del Reino Unido de ultramar en La Palma, Hawai, Australia y en Chile, y la Instalación Nacional MERLIN / VLBI, que incluye el Telescopio Lovell en el Observatorio Jodrell Bank.

Fuente: EurekAlert.org. Aportado por Graciela Lorenzo Tillard