El núcleo de la Tierra podría ser el depósito de hidrógeno más grande jamás imaginado. Investigaciones recientes estiman que el centro de nuestro planeta alberga hasta nueve veces más hidrógeno que todos los océanos de la superficie combinados. Este hallazgo redefine la estructura interna de la Tierra, sugiriendo que las profundidades metálicas contienen la mayor reserva de este elemento esencial en todo el globo.
Lo que hasta ahora se consideraba una vasta extensión de agua cubriendo el 70 % de la superficie, palidece en comparación con los depósitos hallados en el núcleo. Según los expertos, este descubrimiento no solo cambia nuestra comprensión geológica, sino que posiciona al corazón terrestre como el principal almacén de hidrógeno del planeta.
Y nueve “océanos” de hidrógeno es el extremo inferior de su cálculo; podría haber hasta 45 veces la cantidad de los océanos de hidrógeno encerrada en el núcleo. Dicho de otro modo, el hidrógeno podría representar aproximadamente entre el 0,36 % y el 0,7 % del peso total del núcleo de la Tierra, informaron los científicos este martes en la revista Nature Communications. Esto sugiere que la Tierra adquirió la mayor parte de su agua —la fuente principal de hidrógeno del planeta— durante su formación, en vez de que llegara después a través de impactos de cometas que hubieran dejado agua en la superficie del planeta, como han sugerido algunos científicos, dijo Dongyang Huang, autor principal del estudio y profesor asistente en la Escuela de Ciencias de la Tierra y el Espacio de la Universidad de Pekín.
“El núcleo de la Tierra almacenaría la mayor parte del agua en el primer millón de años de la historia de la Tierra”, dijo Huang a CNN en un correo electrónico. En segundo lugar en abundancia de agua están el manto y la corteza. “La superficie —donde reside la vida— contiene la menor cantidad”, agregó.
Hace más de 4.600 millones de años, rocas, gas y polvo alrededor de nuestro sol colisionaron para formar un planeta joven. Con el tiempo, estas colisiones dieron forma al núcleo, manto y corteza de la Tierra. En el interior profundo de la Tierra y bajo una enorme presión, un núcleo metálico denso, caliente y fluido comenzó a agitarse. Compuesto principalmente de hierro y níquel, el núcleo genera el campo magnético protector del planeta.
“El hidrógeno solo puede entrar en el líquido metálico que forma el núcleo si estuvo disponible durante las principales fases de crecimiento de la Tierra y participó en la formación del núcleo”, dijo Rajdeep Dasgupta, profesor de ciencias del sistema terrestre en el departamento de Ciencias de la Tierra, Ambientales y Planetarias en la Universidad Rice en Texas. Dasgupta no participó en la nueva investigación.
Estudiar el origen y la distribución del hidrógeno es clave para comprender la formación planetaria y la evolución de la vida en la Tierra. Los científicos llevan mucho tiempo preguntándose cuánta cantidad de hidrógeno podría estar enterrada en el motor metálico fundido de la Tierra, y han analizado interacciones químicas en el hierro para tratar de estimar el reservorio de hidrógeno del núcleo metálico. Pero el núcleo está demasiado profundo para la observación directa y sus condiciones de alta presión son difíciles de replicar en un laboratorio.
En general, el hidrógeno es difícil de cuantificar “porque es el elemento más ligero y pequeño, lo que significa que su cuantificación está fuera de las capacidades de los métodos analíticos rutinarios”, dijo Huang.
La baja densidad del núcleo ya insinuaba una abundancia de hidrógeno, aunque era difícil para los científicos precisar la cantidad en comparación con otros elementos conocidos del núcleo que eran algo más fáciles de medir, como el silicio y el oxígeno. Investigaciones previas inferían la cantidad de hidrógeno del núcleo usando difracción de rayos X para observar la estructura reticular en los cristales de hierro, que se expande más cuando el hidrógeno está presente. Pero estas interpretaciones variaban mucho, desde 10 partes por millón en peso hasta 10.000 partes por millón (o de 0,1 océanos a más de 120 océanos), según el estudio.
“La técnica es fundamentalmente diferente de los métodos anteriores”, dijo Huang. Los investigadores afilan las muestras hasta obtener formas similares a agujas con diámetros aproximados de 20 nanómetros (0,0000007874 pulgadas), y luego las someten a un alto voltaje finamente controlado. Después, los átomos de las muestras se ionizan y se cuentan uno por uno, explicó.
Para crear la nueva estimación, los científicos realizaron experimentos que replicaban las temperaturas y presiones del núcleo, usando hierro como sustituto del núcleo metálico líquido. Fundieron el hierro con láseres en un dispositivo de alta presión llamado celda de yunque de diamante, y luego observaron directamente el hidrógeno y otros elementos del núcleo usando tomografía de sonda atómica, que captura imágenes 3D y mide la composición química a escala atómica.
Este enfoque se basa en suposiciones sobre cómo se disponen los átomos en el núcleo de la Tierra y cómo se dispersan allí el silicio, el oxígeno y el hidrógeno, dijo Huang. Sus experimentos revelaron cómo el hidrógeno interactuaba con el silicio y el oxígeno en nanoestructuras a medida que el metal se enfriaba, siendo la proporción de hidrógeno a silicio aproximadamente de 1 a 1. Al combinar las observaciones de estas proporciones en las muestras con estimaciones previas del silicio en el núcleo, los investigadores pudieron aproximar la cantidad de hidrógeno en el núcleo.
La interacción que observaron entre silicio, oxígeno e hidrógeno en nanoestructuras de hierro ofrece pistas sobre cómo pudo haberse liberado calor del núcleo hacia el manto para iniciar el proceso de formación del campo magnético terrestre, “el cual es indispensable para convertir la Tierra en un lugar habitable”, dijo Huang.
Sin embargo, los científicos advirtieron que se requerirá más trabajo para confirmar y ajustar esta estimación, ya que este enfoque indirecto incluye incertidumbres y no aborda otras interacciones químicas que podrían afectar los cálculos del hidrógeno en el núcleo.
De hecho, la cantidad de hidrógeno en el núcleo podría ser mucho mayor de lo que sugiere la nueva estimación, dijo Kei Hirose, profesor de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Tokio que estudia la composición del núcleo terrestre pero no participó en la nueva investigación.
Un área de incertidumbre es cuánta cantidad de hidrógeno de las muestras de hierro escapó durante la descompresión; esta pérdida ha sido documentada en otros estudios pero no se incluyó en los nuevos cálculos. El trabajo de Hirose estimó previamente que el hidrógeno constituye entre 0,2 % y 0,6 % del peso del núcleo de la Tierra, “más de lo que propone este nuevo artículo”, dijo a CNN en un correo electrónico.
Si las mediciones e hipótesis de los autores resultan ser correctas, “sugeriría que el hidrógeno fue entregado a lo largo del crecimiento de la Tierra”, dijo Dasgupta. El gas de las nebulosas, así como el agua de cometas y asteroides, también podrían haber sido fuentes de hidrógeno terrestre, agregó Hirose.
El hidrógeno es un elemento esencial para la vida en la Tierra, “junto con el carbono, nitrógeno, oxígeno, azufre y fósforo”, dijo Dasgupta, cuya investigación analiza el papel de estos elementos volátiles durante la formación de la Tierra. “El nuevo artículo definitivamente informará nuestra futura síntesis y discusión sobre este tema”.
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