Eduardo Martínez de la FeLos científicos han detectado una transición de fase cuántica a más de 1.000 kilómetros de profundidad dentro del manto de la Tierra que suponen está relacionada con el aumento de terremotos y erupciones volcánicas en el planeta.
Más concretamente, han detectado la firma sismológica única de un cruce de espín de electrones en las profundidades de la Tierra, según se informa en un comunicado.
Los electrones son partículas cargadas negativamente que rodean al núcleo de los átomos y cuyo comportamiento gobierna las interacciones químicas.
Uno de los comportamientos más destacados que afectan a las nubes de electrones que controlan la química natural es el baile de estas partículas, que se produce espontáneamente en seno de algunos materiales.
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Baile de electrones
Los electrones pueden ser de dos tipos diferentes, dependiendo de la dinámica de su respectivo espín o momento angular: unos electrones tienen espín ascendente y otro descendente.
Ambos electrones tienden a emparejarse formando una especie de parejas de baile que danzan en el interior de los materiales que los acogen, formando unas nubes inconfundibles.
La evolución de esa dinámica de los electrones depende de determinadas circunstancias, como la presión a la que se ven sometidos, que en ocasiones provoca que la pista de baile se transforme.
Eso lleva a los electrones a cambiar el paso y a bailar otra pieza, lo que también provoca una especie de cambio de parejas que en física se conoce como «cruce de espín» (más concretamente, cruce de emparejamiento de espín de electrones).
En el manto inferior terrestre
Estos procesos son bien conocidos por los físicos, que los aprovechan para cosas tan cotidianas como las grabaciones magnéticas.
También se sabe desde hace más de 20 años que esa dinámica de los electrones se produce en un mineral rico en hierro llamado ferropericlasa (Fp), que es el segundo componente más abundante del manto inferior de la Tierra.
Los autores de la nueva investigación, liderados por la física de la Universidad de Columbia en Estados Unidos, Renata Wentzcovitch, suponían desde hace tiempo que esa transición de fase cuántica debía producirse también en el manto inferior de la Tierra, en una zona que tiene mil kilómetros de ancho.
Y es lo que han comprobado ahora, tal como exponen en un artículo publicado en la revista Nature Communications: han identificado señales inconfundibles de señales de cruces de espín en el interior de la ferropericlasa, a una profundidad situada entre los 1.400 y los 2.000 kilómetros por debajo de la superficie terrestre.
Terremotos y erupciones volcánicas
Los investigadores han comprobado que el cruce de espín en ese mineral de hierro, situado en las profundidades del planeta, puede estar acelerando el movimiento de las placas tectónicas, ayudando a entender mejor los procesos geológicos que ocurren por debajo de los 600 kilómetros de profundidad.
El manto inferior comienza a los 660 kilómetros de profundidad y llega hasta los 2.900 kilómetros: todo lo que pasa allí abajo solo podemos saberlo por imágenes tomográficas sísmicas, que a veces reflejan las transiciones de fase cuánticas.
Los autores de esta investigación consideran que han podido determinar una de las claves de los aumentos que se producen en la frecuencia de eventos sísmicos como terremotos o erupciones volcánicas.
Los resultados de este trabajo están permitiendo el desarrollo de técnicas más precisas para predecir fenómenos geológicos importantes que pueden ocurrir en las regiones del manto inferior terrestre ricas en hierro, donde las temperaturas se acercan al punto de fusión.
Los autores destacan también que las técnicas desarrolladas en su trabajo se pueden aplicar a materiales como los multiferroicos y ferroeléctricos, en los que los electrones están fuertemente correlacionados, así como a materiales a altas temperaturas y presiones en general, destaca al respecto la revista Physics World.
(Este artículo desarrolla otro anterior sobre el mismo tema publicado el 14 de octubre en Tendencias21).
Referencia
Seismological expression of the iron spin crossover in ferropericlase in the Earth’s lower mantle. Grace E. Shephard et al. Nature Communications volume 12, Article number: 5905 (2021). DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-021-26115-z
Es importante averiguar si el calentamiento global en la superficie de la tierra no esta influyendo en este fenomeno