Redacción

El hielo de agua se convierte en un conductor de iones de gran velocidad cuando se le somete a una presión y una temperatura lo bastante altas. La existencia de este hielo de agua superiónico se verificó experimentalmente en 2018, treinta años después de que Pierfranco Demontis la pronosticase. Este estado superiónico está permitiendo atar algunos cabos sueltos de la física. Por ejemplo, podría explicar mejor el fuerte campo magnético del interior de los planetas gigantes.

Y quizá revele algunos detalles inesperados del interior de la Tierra.

Aunque las tres cuartas partes de la superficie de la Tierra están cubiertas de agua, en el interior de la Tierra rara vez existe agua o hielo aislados. La unidad más común de “agua” es el hidroxilo, que se asocia con los minerales que lo albergan para convertirlos en minerales hidratados.

Un equipo que incluye a Qingyang Hu, Duckyoung Kim y Jin Liu, del Centro de Investigación Avanzada en Ciencia y Tecnología de Alta Presión (HPSTAR) de Pekín en China, así como a Yu He, del Instituto de Geoquímica dependiente de la Academia China de Ciencias, ha descubierto que uno de estos minerales hidratados también entra en una exótica fase superiónica, similar a la del hielo de agua de los planetas gigantes.

En el agua superiónica, el hidrógeno se desprenderá del oxígeno y tendrá un comportamiento parecido al de un líquido, moviéndose libremente dentro de la red de oxígeno sólido. Asimismo, los autores del nuevo estudio investigaron un mineral hidratado, concretamente de hidróxido y óxido de hierro, en el que, con las condiciones adecuadas, los átomos de hidrógeno pueden moverse libremente en una red sólida.

La fase superiónica se alcanza por encima de unos 1700 grados centígrados y 800.000 veces la presión atmosférica normal. Estas condiciones de presión y temperatura sugieren que una gran parte del manto inferior de la Tierra puede albergar el mineral superiónico. “Estas regiones profundas podrían tener ríos de protones, fluyendo por las estructuras sólidas”, destaca Kim.

Guiándose por sus predicciones teóricas, el equipo trató de verificar esta fase superiónica predicha en el mineral citado.

En los materiales superiónicos, se produce un cambio de conductividad eléctrica evidente, lo que constituye una prueba clara de superionización. El equipo midió la evolución de la conductividad eléctrica de la muestra en condiciones de alta temperatura y presión. Observaron un aumento abrupto de la conductividad eléctrica a una temperatura de entre 1500 y 1700 grados centígrados aproximadamente y unas 121.000 veces la presión atmosférica normal, lo que indica que el flujo de hidrógeno había cubierto toda la muestra sólida y, por tanto, había entrado en un estado superiónico.

Lo descubierto en esta nueva investigación tiene importantes implicaciones para la geofísica porque una fase superiónica conlleva cambios drásticos en el concepto que desde la geofísica se tiene de la conductividad eléctrica, del magnetismo y del transporte natural de materiales en algunos procesos geológicos. Debido a que el intercambio de materiales entre los sólidos es extremadamente ineficiente, se ha venido dando por hecho que la convección del manto es lenta, a menudo necesitando miles o millones de años para completar un proceso. No hay ninguna observación directa de cómo a miles de kilómetros por debajo de la superficie los materiales cambian siguiendo ciclos, la existencia de una fase superiónica implicaría un ritmo de convección del manto muchísimo más veloz de lo creído. Al igual que los ríos, esos flujos de hidrógeno de movimiento rápido serían capaces de interconectar regiones remotas transportando calor y masa de una a otra. En definitiva, la Tierra sólida podría ser muchísimo más dinámica de lo que se ha venido creyendo.

El estudio, titulado “Superionic iron oxide-hydroxide in Earth’s deep mantle”, se ha publicado en la revista académica Nature Geoscience.