A las presiones extremas que se encuentran en la parte inferior del núcleo exterior de la Tierra, el hierro adquiere una forma más fuerte para hacer frente a la tensión en un proceso llamado «hermanamiento».
Ésta es la conclusión de un estudio realizado por investigadores del Laboratorio Nacional Acelerador de SLAC que recrearon las presiones del núcleo en el laboratorio.
Hicieron esto al hacer brillar dos láseres en una muestra de hierro del ancho de un cabello humano. El primero creó una onda de choque que calentó y comprimió fugazmente el metal.
El segundo láser, parte de la fuente de luz coherente Linac de SLAC, permitió al equipo sondear el efecto sobre la estructura atómica del hierro en una milmillonésima de segundo.
A las presiones extremas que se encuentran en la parte inferior del núcleo exterior de la Tierra (que se muestra en el corte artístico anterior), el hierro asume una forma más fuerte para hacer frente al estrés en un proceso llamado «hermanamiento». Esta es la conclusión de un estudio realizado por investigadores del Laboratorio Nacional Acelerador SLAC que recrearon las presiones del núcleo en el laboratorio.
Gran parte del hierro que puede encontrar, ya sea en edificios, maquinaria, farolas victorianas, etc., tiene una estructura a la que los cristalógrafos se refieren como «cúbica centrada en el cuerpo».
Esto significa que la red cristalina está dispuesta en un patrón de cubos nanoscópicos, con átomos de hierro en el centro de cada cubo, así como en cada una de las ocho esquinas.
Sin embargo, cuando el hierro se somete a presiones más altas, esta estructura cambia, tomando, por encima de 10 gigapascales, una forma hexagonal que permite que los átomos se compacten más entre sí.
En su estudio, la autora del artículo y geóloga Arianna Gleason de SLAC y sus colegas querían ver qué pasaría con la forma hexagonal de hierro compacto si continuaba acumulando presión hasta la que se encuentra en el núcleo de la Tierra.
«No logramos las condiciones del núcleo interno, pero logramos las condiciones del núcleo externo del planeta, lo cual es realmente notable», dijo el profesor Gleason.
El equipo no estaba seguro de cómo respondería el hierro a condiciones tan extremas, equivalente a unos 360 millones de veces la presión en la superficie de la Tierra y tan caliente como la superficie del Sol, ya que nadie había podido observarlo anteriormente.
Resulta que el hierro sufre otra transición estructural, muy parecida a la que experimenta de forma cúbica a hexagonal a presiones mucho más bajas.
«A medida que continuamos presionando, el hierro no sabe qué hacer con este estrés adicional», explicó el profesor Gleason.
Ella continuó: «Necesita aliviar ese estrés, por lo que trata de encontrar el mecanismo más eficiente para hacerlo».
El mecanismo de defensa al que recurre el hierro, el hermanamiento, ve la disposición de los átomos desviados hacia un lado, girando todos los prismas hexagonales en casi 90 grados.
El hermanamiento es una respuesta de presión común en varios minerales y metales, como calcita, cuarzo, titanio y circonio.
«El hermanamiento permite que el hierro sea increíblemente fuerte, más fuerte de lo que pensamos al principio, antes de que comience a fluir plásticamente en escalas de tiempo mucho más largas[deloquehubierasidodeotramanera»dijoelprofesorGleason[thanitwouldhaveotherwise’ProfessorGleasonsaid
«A medida que continuamos presionando, el hierro no sabe qué hacer con este estrés adicional», explicó el profesor Gleason. «Necesita aliviar ese estrés, por lo que intenta encontrar el mecanismo más eficiente para hacerlo». El mecanismo de adaptación al que recurre el hierro, el hermanamiento, ve la disposición de los átomos desviados hacia un lado, girando los prismas hexagonales casi 90 °.
«Ahora podemos aprobar algunos de los modelos físicos de los mecanismos de deformación realmente fundamentales», dijo el profesor Gleason.
«Eso ayuda a desarrollar parte de la capacidad predictiva que nos falta para modelar cómo responden los materiales en condiciones extremas».
Junto a esto, explicó el equipo, se podrían aplicar los mismos métodos para comprender mejor cómo se comportan otros materiales en condiciones extremas.
Antes de sus experimentos, los investigadores no estaban seguros de si el hierro respondería demasiado rápido para que lo midieran o demasiado lento para que lo vieran.
«El hecho de que el hermanamiento ocurra en una escala de tiempo que podamos medirlo como un resultado importante en sí mismo», explicó el autor del artículo y geofísico Sébastien Merkel de la Universidad de Lille, Francia.
El hermanamiento es una respuesta de presión común en varios minerales y metales, como calcita, cuarzo, titanio y circonio. En la imagen: un cristal de cuarzo maclado
«El futuro es brillante ahora que hemos desarrollado una forma de hacer estas mediciones», agregó el profesor Gleason, y señaló también que las actualizaciones recientes de la fuente de luz coherente Linac permitirán que los materiales se estudien a energías de rayos X más altas.
Esto, explicó, permitirá estudiar ‘aleaciones más gruesas y materiales que tienen menor simetría y huellas dactilares de rayos X más complejas’, al tiempo que permitirá observar muestras más grandes, lo que permitirá una mirada más completa al comportamiento del hierro.
Además, dijo Gleason, ‘obtendremos láseres ópticos más potentes con la aprobación para proceder con una nueva instalación insignia de láser de petavatios.
«Eso hará que el trabajo futuro sea aún más emocionante porque podremos llegar a las condiciones del núcleo interno de la Tierra sin ningún problema», concluyó.
Los hallazgos completos del estudio se publicaron en la revista Cartas de revisión física.