Origen central de las anomalías de velocidad sísmica en el límite núcleo-manto de la Tierra

Área de la Ciencia:

• Geofísica y Ciencias Planetarias
• Física experimental de los minerales a alta presión
• Composición y dinámica del núcleo de la Tierra

Sus antecedentes:

• Los estudios sísmicos revelan anomalías en el límite núcleo-manto (CMB), incluidas las zonas de velocidad ultrabaja (ULVZ) y la zona de rigidez del núcleo.
• Si bien las ULVZ a menudo están vinculadas a los procesos del manto, el origen central de las anomalías de CMB sigue siendo poco conocido.
• El comportamiento de fusión del hierro-silicio-hidrógeno (Fe-Si-H) a presiones y temperaturas extremas relevantes para el núcleo externo no está bien caracterizado.

Objetivo del estudio:

• Investigar el comportamiento de fusión y cristalización de las aleaciones de Fe-Si en presencia de hidrógeno en condiciones de alta presión.
• Para determinar si los procesos del núcleo pueden explicar las anomalías sísmicas observadas en el límite entre el núcleo y el manto.
• Explorar un mecanismo unificado impulsado por el núcleo tanto para las zonas de rigidez del núcleo como para las ULVZ.

Principales métodos:

• Se utilizaron celdas de yunque de diamante calentadas con láser para someter la aleación Fe-9wt%Si con hidrógeno a presiones de hasta 125 GPa y temperaturas de hasta 3.700 K.
• Analizó las fases cristalinas resultantes y sus composiciones utilizando técnicas experimentales avanzadas.
• Interpretó los resultados experimentales en el contexto de las observaciones sísmicas y los modelos del interior profundo de la Tierra.

Principales resultados:

• Se observó la cristalización de B2 FeSi a partir de Fe-Si-H fundido.
• El hidrógeno aumentó significativamente la incorporación de silicio en los cristales de B2 FeSi, mientras permanecía en la fase líquida.
• Los cristales de B2 FeSi ricos en Si resultantes son estables, menos densos que los líquidos circundantes, y pueden precipitarse y flotar hacia el CMB.

Conclusiones:

• La precipitación promovida por hidrógeno de B2 FeSi en el núcleo externo proporciona un origen plausible impulsado por el núcleo para las anomalías de rigidez del núcleo.
• Estas cristallitas ricas en Si, si se incorporan al manto, podrían explicar algunas ULVZ observadas por encima del CMB.
• Este escenario unificado impulsado por el núcleo también ofrece una explicación potencial para las firmas de isótopos de tungsteno similares al núcleo en los basaltos de las islas oceánicas.