Sabemos mucho sobre el interior de la Tierra.Sabemos que tiene un núcleo interno y un núcleo externo, y cuando se agita y gira, crea una magnetosfera protectora que protege la vida de la radiación solar.Aunque el manto es principalmente sólido, también alberga magma.Sabemos que es la corteza en la que vivimos, y hay una estructura de placas que se mueve alrededor de los continentes como juguetes.
Pero, ¿qué pasa con la Súper Tierra?Sabemos que están ahí fuera.Los encontramos.¿Qué sabemos de su interior?La estructura y la capacidad de la Tierra para sostener la vida están moldeadas por la extrema presión y densidad internas.La presión y la temperatura dentro de la supertierra son mucho más poderosas.¿Cómo dan forma a este planeta y afectan su habitabilidad?
súper tierraAunque es un planeta más pesado que la Tierra, no es tan grande como los gigantes helados Urano y Neptuno en el sistema solar.Urano y Neptuno son 14,5 veces más masivos que la Tierra.En general, las súper-Tierras son aproximadamente el doble de masivas que la Tierra y 10 veces más masivas que la Tierra.No existe una definición firme de supertierra, y diferentes fuentes utilizan diferentes categorías de masa.
De los casi 5.000 exoplanetas confirmados, la NASA1539 personasSúper Tierra.Las supertierras se definen por su masa, no por su composición u otras propiedades.Hay muchos de ellos, y algunos de nuestros vecinos estelares más cercanos parecen albergar supertierras.Las supertierras se clasifican según su densidad y composición.Sin embargo, es probable que muchos de ellos sean similares en densidad y composición a la Tierra.
Un equipo de investigadores de la Universidad Carnegie y otras instituciones ha investigado los efectos de las presiones y temperaturas extremas en los minerales dentro de la súper Tierra.Realizaron experimentos de laboratorio para simular el interior.Expusieron minerales a presiones y temperaturas extremas para ver qué les sucedería en el manto de este tipo común de planeta.
la tesis esLa fase de coordinación 8 desordenada de ultra alta presión de Mg2geografía4: Análogo del manto de la súper-Tierra.”El autor principal es Rajkrishna Dutta, becario postdoctoral en el Carnegie Institute of Earth and Planetary Research.Este artículo fue publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences.
La dinámica interna de la Tierra sustenta la vida de muchas maneras.La magnetosfera creada por el núcleo es unidireccional.La magnetosfera aleja la radiación solar dañina de la superficie del planeta y evita que el viento solar destruya la atmósfera.
En la Tierra, la tectónica de placas y la convección del manto tienen un efecto termorregulador sobre el clima.Los volcanes liberan material caliente y CO2 a la atmósfera terrestre para evitar que la Tierra se enfríe demasiado.El mismo proceso regula la cantidad de CO2 devolviendo carbonatos a la roca con la ayuda de la lluvia.La tectónica de placas también crea la química compleja necesaria para la vida.Los científicos creen que la tectónica de placas y la convección del manto juegan un papel importante en el surgimiento de la vida y la habitabilidad continua de la Tierra.
¿Cómo afectan las condiciones extremas dentro de una SuperTierra a la habitabilidad de la vida?
El autor principal del artículo, Rajkrishna Dutta de Carnegie, dijo: “La dinámica interna de la Tierra es fundamental para mantener un entorno superficial en el que la vida pueda prosperar. Es decir, crea un campo magnético y acciona una geodinamo que da forma a la composición de la atmósfera.“Las condiciones que se encuentran en las profundidades de los grandes exoplanetas rocosos como SuperEarth serían aún más dramáticas.
Los minerales de silicato constituyen la mayor parte de la corteza terrestre.Las altas temperaturas y presiones ejercidas sobre los minerales de silicato crean un límite importante entre los mantos superior e inferior en las profundidades de nuestro planeta.Los estudios de exoplanetas rocosos sugieren que también puede haber una corteza de silicato.Tienen aproximadamente la misma densidad que la Tierra.
Debido a que una súper Tierra podría ser mucho más pesada que la Tierra, la temperatura y la presión en su interior serían mucho más extremas que las de la Tierra.Los investigadores querían investigar estas condiciones y su efecto sobre los minerales de silicato.Querían saber si surgirían nuevos tipos de silicatos y se comportarían de manera diferente.
En condiciones normales, la mayoría de los silicatos se organizan en la misma orientación, denominadas estructuras tetraédricas.Una estructura tetraédrica consta de un átomo central unido a otros cuatro átomos.
magnesio2SiO4También conocido como Forsterita, este mineral de silicato es uno de los minerales de silicato más abundantes en el manto de la Tierra, a unos 400 km (250 millas) por encima. También es probable que sea abundante en supertierras rocosas.El modelado muestra la aparición de nuevas fases de silicato a temperaturas y presiones extremas dentro de la supertierra, pero no hay forma de observarlas.Los cálculos muestran que se requiere una presión de alrededor de 490 GPa para que aparezca una nueva fase de silicato.Pero no hay manera de simular esa presión.
Afortunadamente, los científicos pueden usar análogos a los silicatos que reaccionan de la misma manera, pero a temperaturas y presiones menos extremas.Su análogo es el germanio.En concreto, germanato de magnesio o Mg2GeO4.Los cálculos muestran que el germanato de magnesio también cambia a una nueva fase a alta presión, pero a un umbral más bajo.La nueva fase aparece a unos 175 GPa y esa presión se puede crear en el laboratorio.
Usando un yunque de diamante, el equipo aplicó una presión extrema a una muestra de Mg2GeO4 y luego la calentó con un láser.Expusieron germanato de magnesio a 2 millones de veces la presión atmosférica normal en la Tierra y observaron la aparición de nuevas estructuras cristalinas.
A 2 millones de atmósferas, el átomo central de germanio se une con ocho átomos de oxígeno en lugar de cuatro.Estos nuevos minerales, llamados “minerales esencialmente no coincidentes coordinados en ocho”, podrían tener un impacto significativo en las temperaturas internas y la dinámica de la súper Tierra.
La coautora Sally June Tracy explicó: “El descubrimiento de que, bajo una presión extrema, los silicatos pueden adoptar estructuras centradas alrededor de 6 enlaces en lugar de 4, fue un cambio de juego para los científicos en su profundo conocimiento de la geodinámica”.Tracy se refiere a la perovskita de silicato (ahora llamada manita puente) y al descubrimiento posterior a la perovskita.La perovskita es una estructura mineral que solo se forma bajo alta presión.No es estable en la superficie y existe principalmente en el manto inferior.Los científicos descubrieron por primera vez la perovskita de silicato natural.meteorito severamente impactado.
“El descubrimiento de la orientación octal podría tener implicaciones igualmente revolucionarias sobre cómo pensamos sobre la dinámica dentro de los exoplanetas”, dijo Tracy.
Las discontinuidades de los terremotos crean límites entre el núcleo, el manto y la corteza de la Tierra.Una discontinuidad sísmica es un salto abrupto en la velocidad sísmica a través de un límite.La estructura diversa de los minerales a altas presiones y altas temperaturas ayuda a crear estas discontinuidades.Así, en la práctica, la estructura de los minerales contribuye a regular el flujo de calor desde el interior del planeta hacia la superficie y la tectónica de placas.Como resultado, la estructura de un mineral juega un papel importante en la determinación de su habitabilidad.
En un intercambio de correos electrónicos con Universe Today, el autor principal del estudio, Rajkrishna Dutta, explicó el panorama general.
“El germanato es un análogo del silicato.Por lo tanto, esperamos ver una fase coordinada de silicato 8 en el manto profundo del planeta gigante SuperEarth.Tener ocho fases de coordinación sugiere una estructura cristalina más dura y densa”.
¿Cómo afectaría una estructura cristalina más dura y densa al interior de un planeta?
“La conversión en post-perovskita coordinada en 6 resulta en una diferencia significativa (~2.5%) en el volumen.Esto sugiere la posibilidad de discontinuidades sísmicas en el manto del planeta gigante.Dependiendo de la pendiente de la transición (que se espera que sea negativa), se puede crear una capa límite para subducir la convección de la placa y el manto”.
La pregunta es, ¿exactamente cómo afectará esto a la habitabilidad potencial de los superterrestres?La estructura interna de la Tierra juega un papel importante en el mantenimiento de la habitabilidad.Lo mismo ocurre con Súper Tierra.
“No se sabe mucho sobre la geología de los grandes exoplanetas.Nuestro estudio aún se encuentra en una etapa preliminar y es necesario realizar más trabajo para comprender el efecto de la estructura en las propiedades termodinámicas y reológicas de esta estructura.Curiosamente, sin embargo, la estructura está tan desordenada que dos cationes de tamaños muy diferentes ocupan el mismo lugar.Esto sugiere que los materiales se comportan de manera muy diferente en condiciones tan extremas y pueden sufrir más mezclas químicas”, explicó Dutta.
Estudios previos de súper-Tierras han arrojado resultados diferentes.algunos estudiosSuper Earth muestra que tiene una actividad geológica mucho más intensa que la Tierra.Las placas tectónicas se volverán más delgadas y estarán bajo más estrés, lo que hará que la tectónica de placas sea más activa.Otros estudios muestran que una súper Tierra tendrá una corteza mucho más fuerte que suprime la tectónica de placas.Y no existe un acuerdo generalizado entre los científicos de que la tectónica de placas sea necesaria para la vida.
Desafortunadamente, tenemos poca comprensión de la estructura interna y la dinámica de los exoplanetas distantes.El módulo de aterrizaje InSight está recopilando datos sobre el interior de Marte, lo que proporcionará un conjunto más de datos sobre el interior del planeta.Sin embargo, estamos más cerca de una comprensión integral del interior de los exoplanetas.
Pero eso no significa que no haya progreso.
“Pero nuestra comprensión del interior del planeta se basa principalmente en experimentos de laboratorio y cálculos teóricos”, dijo Dutta.“Esta es un área que requiere mucha colaboración entre geocientíficos, astrofísicos y químicos. Con más experimentación y modelado, creemos que podemos obtener una imagen más clara del interior de estos planetas”.
Ese trabajo solo aumentará a medida que descubramos más y más exoplanetas.
“Así como el extenso descubrimiento de germanatos/silicatos hexacoordinados cambió significativamente nuestra comprensión de la química de los cristales de silicato y su papel en el interior profundo de la Tierra, el descubrimiento de germanatos intrínsecamente desordenados y óctuplemente coordinados no ha sido explorado previamente. Se abre posibilidades de decisiones indecisas. El comportamiento químico de los minerales de silicato en grandes exoplanetas rocosos”, escriben los autores en la conclusión.
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