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El estudio internacional, del que participaron investigadores del CONICET, aporta nueva información para comprender el origen del campo magnético terrestre, la velocidad de las ondas sísmicas y la evolución de otros planetas rocosos.
Un equipo internacional de investigación,
del que participaron científicos del CONICET, logró medir por primera vez la
resistencia dinámica del hierro (Fe) bajo condiciones de presión y temperatura
comparables a las del núcleo interno de la Tierra. El estudio, publicado
recientemente en la revista Nature Communications, aporta nueva información
para comprender la velocidad con la que se transmiten las ondas sísmicas,
explicar el origen del campo magnético terrestre y entender cómo evolucionan
otros planetas rocosos o asteroides con núcleos similares.
“La resistencia dinámica podría
describirse, de manera simplificada, como la “dureza” de un material. La
resistencia depende de la velocidad con la que un material se deforma. En la
mayoría de los estudios, la deformación se evalúa a velocidades muy bajas, por
eso se habla de “dureza” estática o cuasiestática. En cambio, en este estudio,
para medir la resistencia del hierro se aplicó una velocidad de deformación muy
alta; por eso se habla de resistencia dinámica”, explica Eduardo Bringa,
investigador del CONICET en el Grupo de Simulaciones en Materiales, Astrofísica
y Física (SIMAF) de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Mendoza
(UM), quien formó parte del equipo que llevó adelante el estudio.
Según el científico, las condiciones
extremas del centro de la Tierra incluyen presiones de entre tres y cuatro
millones de atmósferas y temperaturas de entre 4000 y 7000 grados centígrados.
Hasta el momento, no existían experimentos con hierro bajo estas condiciones.
Para reproducirlas, el equipo científico combinó experimentos realizados en el
National Ignition Facility (NIF), del Lawrence Livermore National Laboratory,
de Estados Unidos, con simulaciones computacionales avanzadas.
Los experimentos realizados en el NIF
permitieron efectuar diagnósticos ultrarrápidos de rayos X y técnicas ópticas
para seguir la evolución del material mientras se deformaba. Posteriormente,
los datos experimentales fueron interpretados con ayuda de simulaciones
hidrodinámicas (a escala microscópica) y de Dinámica Molecular (escala
atómica), lo que permitió obtener una imagen más completa de la respuesta del
hierro bajo estas condiciones.
Las simulaciones computacionales fueron
llevadas a cabo y analizadas, además de Bringa, por Orlando Deluigi, becario
posdoctoral del CONICET en el SIMAF, y Carlos Ruestes, investigador de la
Universidad Politécnica de Madrid (España) y miembro del SIMAF hasta 2019. “Los
experimentos permiten alcanzar condiciones extraordinarias, pero para entender
qué ocurre dentro del material es necesario observar la respuesta a escala
atómica. Las simulaciones utilizando la técnica de Dinámica Molecular ayudan a
conectar las medidas experimentales con los mecanismos microscópicos de deformación
del hierro”, señala el científico.
Cabe destacar que las simulaciones
realizadas en la Universidad de Mendoza anticiparon los resultados del
experimento, lo que pone de manifiesto el potencial de laboratorios virtuales
para complementar resultados experimentales complejos
El estudio revela que el hierro sometido a
altas presiones sufre una reorganización de sus átomos que modifica su
microestructura y afecta su comportamiento mecánico final. Esta información
permite comprender mejor la dinámica del núcleo interno terrestre, compuesto
aproximadamente en un ochenta y cinco por ciento por este material. Los
resultados son relevantes ya que aportan nuevos datos para comprender la
dinámica interna de la Tierra y de otros planetas similares.
“La “dureza” del centro de la Tierra
determina la velocidad de transmisión de las ondas sísmicas a través del
planeta, un parámetro necesario para mejorar las estimaciones de localización y
magnitud de sismos. Esta dureza también influye en los mecanismos que generan
el campo magnético terrestre, ya que modifica el acoplamiento mecánico y
químico entre el centro sólido y el líquido que lo rodea. Además, resulta clave
para comprender colisiones de asteroides y contribuye al estudio de otros
planetas que también pueden tener núcleos de hierro, uno de los materiales más
comunes en el universo”, concluye el científico.
El trabajo multidisciplinario reunió a
investigadores de Lawrence Livermore National Laboratory, University of
California, San Diego; Universidad Politécnica de Madrid, SLAC National
Accelerator Laboratory, Stanford University y otras instituciones
colaboradoras. La participación del CONICET, la Universidad de Mendoza y la
Universidad Politécnica de Madrid refuerza la contribución de la investigación
iberoamericana a estudios internacionales sobre materiales sometidos a
condiciones extremas.
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