El manto de la Tierra podría estar electrificado por minerales superiónicos. Crédito:  Qingyang Hu.

El hielo de agua superiónico es una fase extrema que se forma cuando el hielo de agua se encuentra en ambientes de alta presión y alta temperatura. En esta fase, las moléculas de agua se rompen y los iones de hidrógeno (protones) pueden migrar a través de la red de oxígeno y volverse altamente conductores, como en los metales. Se sospecha que el hielo de agua superiónica da forma a las estructuras interiores y afecta los campos magnéticos de los planetas gigantes de hielo como Urano y Neptuno. Dentro de la Tierra, sin embargo, el agua se incorpora principalmente a minerales hidratados en lugar de al hielo de agua. Los minerales hidratados, especialmente si están en estado superiónico, juegan un papel importante en el interior profundo de la Tierra, controlando la conductividad térmica y eléctrica, el magnetismo, los procesos redox, la circulación de hidrógeno, y la partición de isótopos.

Un grupo internacional dirigido por Mingqiang Hou, en el Centro de Investigación Avanzada en Ciencia y Tecnología de Alta Presión en China, utilizó una combinación de experimentos de alta presión y alta temperatura, espectroscopía Raman y simulaciones de primeros principios para investigar un tipo de óxido de hierro-hidróxido en forma de pirita, que es una fase candidata a portar hidrógeno cerca del límite entre el núcleo y el manto. Usando espectroscopía Raman, que es sensible a las interacciones de unión de hidrógeno, encontraron que el enlace oxígeno-hidrógeno (OH) de este mineral hidratado que contiene hierro se debilita abruptamente por encima de 73 GPa y 1700°C. Estos resultados sugieren que los iones de hidrógeno (protones) se difunden en la red sólida de hierro y oxígeno a alta presión y temperatura. La observación de una conductividad eléctrica aumentada en este punto indicó una transición al estado superiónico. El hidrógeno altamente difusivo en este estado superiónico podría proporcionar mecanismos para el transporte de carga y masa en el manto profundo de la Tierra. Este descubrimiento promoverá una extensa investigación sobre la física mineral de las fases superiónicas exóticas de los minerales hidratados y proporcionará una nueva visión de la geofísica y la geoquímica del interior de la Tierra. LEE MAS