¿Una aleación de hierro y silicio en el núcleo de la Tierra?

Área de la Ciencia:

• La geofísica es la geofísica.
• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• Física de las altas presiones Física de las altas presiones

Sus antecedentes:

• La composición del núcleo interno de la Tierra es crucial para comprender la formación y la dinámica planetaria.
• Las aleaciones de hierro son los principales candidatos para los constituyentes del núcleo interno, pero su comportamiento en fase de alta presión es complejo.
• Los estudios previos sobre las relaciones de fase de hierro-silicio (Fe-Si) han sido limitados en los rangos de presión y temperatura.

Objetivo del estudio:

• Para investigar el diagrama de fase de las aleaciones Fe-Si ricas en hierro bajo presiones y temperaturas extremas.
• Para determinar los campos de estabilidad de diferentes fases cristalográficas (por ejemplo, bcc, hcp) en aleaciones de Fe-Si.
• Para evaluar el papel potencial del silicio en el núcleo interno de la Tierra.

Principales métodos:

• Experimentos de alta presión y alta temperatura utilizando técnicas como las células de yunque de diamante calentadas con láser.
• Difracción de rayos X in situ para identificar estructuras cristalinas y transiciones de fase.
• Análisis de muestras recuperadas para confirmar las composiciones de fase.

Principales resultados:

• La adición de silicio (Si) estabiliza significativamente la fase cúbica centrada en el cuerpo (bcc) en las aleaciones de hierro (Fe).
• La fase bcc en las aleaciones de Fe-Si permanece estable hasta por lo menos 84 gigapascales y 2400 kelvin.
• Pure Fe exhibe una fase hexagonal cerrada (hcp) a presiones más bajas (alrededor de 10 gigapascals).

Conclusiones:

• El núcleo interno de la Tierra podría estar compuesto de hierro hexagonal compacto (hcp) con hasta un 4 por ciento en peso de silicio.
• Alternativamente, el núcleo interno podría consistir en una mezcla de una fase bcc rica en silicio y una fase hcp pobre en silicio.
• El silicio es una impureza de elemento ligero plausible en el núcleo interno de la Tierra, que influye en su estructura y propiedades.