Un equipo de científicos han determinado que el núcleo de la Tierra tiene “fugas”, y postulan una teoría para explicarlo. El núcleo está perdiendo helio-3, un elemento raro que es un posible combustible para la fusión nuclear y puede ser la clave del origen de la vida.

Los científicos creen haber resuelto el misterio de cómo el helio-3, un elemento raro que ha despertado interés como posible fuente de combustible para reactores de fusión nuclear, se está filtrando fuera del núcleo de la Tierra, informa un nuevo estudio.

Helio-3, elemento clave para el origen de la vida

La investigación propone que esta antigua sustancia se filtra desde el núcleo a las capas exteriores del planeta, el manto y la corteza, como resultado de reacciones con óxido de magnesio. El descubrimiento podría ayudar a sondear las misteriosas regiones más internas de la Tierra y tiene implicaciones para entender cómo surgió la vida en la Tierra y si podría existir en otros lugares del universo.

El helio-3 es una versión (o isótopo) del elemento helio que sólo tiene un neutrón en su núcleo en lugar de dos. La mayor parte del helio-3 se formó poco después del Big Bang, por lo que es apenas más joven que el propio universo. Además de este origen primordial, el helio-3 es un tema candente para los científicos que trabajan en la fusión nuclear, una forma especulativa de energía que podría proporcionar energía limpia prácticamente ilimitada, ya que sus propiedades lo convierten en una prometedora fuente de combustible para las reacciones de fusión. Por esta razón, los científicos están investigando cómo aprovechar el helio-3 que puede estar atrapado en la Luna, por ejemplo.

Cuando la Tierra empezó a formarse a partir de gas y polvo hace unos 4.500 millones de años, el helio-3 primigenio se incorporó a la mezcla. Como resultado, grandes reservas del isótopo acabaron atrapadas en el núcleo del planeta, que se encuentra a unos 1.800 kilómetros bajo nuestros pies. El helio-3 es extremadamente escaso en la superficie de la Tierra, pero se pueden encontrar rastros de él en rocas volcánicas del océano, lo que sugiere que algún mecanismo desconocido está permitiendo que el gas escape del núcleo.

Ahora, un par de científicos han sugerido que un mineral llamado óxido de magnesio (MgO), que es común en el núcleo de la Tierra, puede estar ayudando a pasar de contrabando helio-3 desde el núcleo hacia el manto, y más allá, debido a un proceso llamado exsolución que transforma minerales uniformes en múltiples fases “demixtas”. La investigación se derivó en parte de trabajos anteriores que exploraban cómo el elemento wolframio se filtraba fuera del núcleo.

Investigación podría revelar cómo la Tierra se volvió hospitalaria para la vida

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Además de arrojar luz sobre la “importante pero en gran medida inexplorada cuestión” de los movimientos del helio-3 a través de la Tierra, los resultados ofrecen “una vía para sondear los procesos del núcleo” que podrían ayudar a revelar cómo la Tierra se convirtió por primera vez en hospitalaria para la vida, informa el estudio, publicado el jueves en Nature Geoscience.

Jie Deng, geofísico de la Princeton University que dirigió el nuevo estudio, explicó a Motherboard:

“Se desconoce cómo el tungsteno y el helio se filtran del núcleo al manto. Ninguno de los modelos existentes de fuga del núcleo (o, más científicamente, de interacción entre el núcleo y el manto) parece explicar satisfactoriamente los datos geoquímicos. Por eso intentamos encontrar un nuevo mecanismo”.

Deng y su coautor Zhixue Du, investigador del Instituto de Geoquímica de Guangzhou, no son los primeros científicos que se dan cuenta de que los compuestos de magnesio del núcleo de la Tierra pueden desempeñar un papel fundamental en multitud de procesos importantes que afectan a la vida aquí en la superficie.

Por ejemplo, estudios anteriores han sugerido que el movimiento ascendente de MgO a través del núcleo ha ayudado a impulsar el geodinamo de la Tierra durante los últimos miles de millones de años, lo que genera el campo magnético del planeta. Este campo nos protege de las radiaciones nocivas y estabiliza la atmósfera de la que dependemos para la vida, lo que lo convierte en una piedra angular de la capacidad de la Tierra para albergar vida.

A medida que el MgO flota hasta el límite entre el núcleo externo líquido y el manto, donde las temperaturas son ligeramente más bajas que en el núcleo, se “exsuelve”, lo que significa que se transforma de un mineral homogéneo en fases cristalinas separadas. El MgO arrastra consigo helio-3 desde el núcleo de hierro líquido bien mezclado hacia el límite entre el núcleo y el manto, donde el proceso de exsolución transporta ambas sustancias al manto.

Deng explica:

“Descubrimos que cuando el MgO se disuelve del hierro [en el núcleo], en realidad no es MgO puro. Le gusta traer consigo otros elementos, por ejemplo, helio. Así que la exoslución de MgO sirve de cápsula que empaqueta el helio del núcleo y lo transporta al manto.

También modelamos el flujo esperado de helio debido a la exsolución de óxido de magnesio desde la formación del núcleo, mostrando que el óxido de magnesio exsuelto del núcleo puede haber suministrado continuamente helio desde el núcleo al manto durante gran parte de la historia de la Tierra, imprimiendo su firma primordial de helio en los materiales del manto”.

Investigando la región más remota de la Tierra

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El equipo señaló que es necesario seguir investigando para comprender estos turbios procesos, el nuevo estudio añade una nueva pieza al rompecabezas del núcleo de la Tierra, la región más remota de nuestro mundo.

Deng afirmó:

“El núcleo de la Tierra sigue siendo en gran medida enigmático. Hay muchas preguntas sin respuesta, por ejemplo, la composición del núcleo de la Tierra, la energética de un geodinamo primitivo, etc. Las pruebas paleomagnéticas demuestran que sabemos que el núcleo de la Tierra no es hierro puro. Debe haber otros elementos ligeros menores y todo tipo de oligoelementos. ¿Cuáles son esos elementos? Comprenderlos puede ayudar a mejorar nuestra comprensión del modelo de formación de la Tierra”.

Además, Deng y Du sugirieron que la exsolución de minerales del núcleo puede enriquecer el manto y la corteza con una variedad de otros elementos, incluidos los ingredientes que dieron lugar a la vida en la Tierra.

Deng afirma:

“La exsolución de MgO, junto con otras exsoluciones del núcleo, son importantes mecanismos de interacción de masas entre el núcleo y el manto. El intercambio químico del núcleo y el manto puede tener profundos efectos en la evolución a largo plazo del manto y de la Tierra en su conjunto”.

El vínculo con la aparición de la vida puede ser tenue, pero el núcleo es también un importante depósito de agua y carbono. Las exosluciones del núcleo pueden transportar estos elementos también del núcleo al manto, lo que puede repercutir en el ciclo del agua y el carbono del manto”.

Los hallazgos de la investigación han sido publicados en Nature Geoscience.

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