Un equipo de científicos ha usado la mecánica cuántica para averiguar que el mineral más común en la Tierra es relativamente escaso a gran profundidad dentro del planeta.
Usando varias supercomputadoras, un equipo de físicos dirigido desde la Universidad Estatal de Ohio ha sido capaz de simular el comportamiento de la sílice en su forma a temperatura y presión altas, una variedad que es muy difícil de estudiar directamente en el laboratorio. El descubrimiento al que se ha llegado gracias a esas simulaciones aporta una visión del manto inferior terrestre muy diferente a la que se tenía por válida hasta ahora. Además, también podría ser de utilidad para algunos sectores industriales.
La sílice constituye dos tercios de la corteza terrestre, y la usamos para crear productos que van desde vidrio y cerámica, hasta chips de ordenador y cables de fibra óptica.
La sílice toma formas muy diferentes a distintas temperaturas y presiones. Algunas de estas variedades no son nada fáciles de estudiar.
Durante las últimas décadas, diversos experimentos sismológicos y de alta presión en laboratorios han revelado mucha información sobre la composición y la estructura generales de la Tierra. Por ejemplo, esos trabajos desvelaron en su día que la estructura interior del planeta tiene tres capas principales: la corteza, el manto y el núcleo. Las dos capas más externas (el manto y la corteza) están compuestas principalmente por silicatos, minerales que contienen silicio y oxígeno.
Pero todavía no se conocen en detalle la composición y la estructura de las partes más profundas del manto. Estos detalles son importantes para el modelado geodinámico, el cual algún día podría predecir procesos geológicos complejos como terremotos y erupciones volcánicas.
Incluso el papel que desempeña el silicato más simple (la sílice) en el manto de la Tierra no se conoce bien.
A medida que la presión se incrementa con la profundidad, las moléculas de sílice se aglomeran más, y los átomos de silicio comienzan a entrar en contacto con átomos de oxígeno de las moléculas vecinas. Se producen varias transiciones estructurales, con formas de baja presión rodeadas por cuatro átomos de oxígeno, y formas de alta presión rodeadas por seis átomos de oxígeno. Con más presión aún, la estructura se colapsa, dando lugar a una forma muy densa del mineral.
Ésta es la forma de sílice que cabría esperar hallar en la parte inferior del manto, justo encima del núcleo del planeta.
Cuando los científicos intentan interpretar las señales sísmicas a esa profundidad, no tienen un modo directo de saber con qué forma de sílice están tratando. De modo que deben simular el comportamiento de formas diferentes de sílice en el ordenador, y comparar entonces los resultados con los datos sismológicos.
Kevin Driver, John Wilkins y sus colaboradores usaron un método de mecánica cuántica para diseñar algoritmos de ordenador capaces de simular las estructuras de sílice. Cuando ejecutaron las simulaciones, descubrieron que el comportamiento de la forma densa de sílice no coincidía con ninguna señal sísmica global detectada en el manto inferior.
Este resultado inesperado indica que el manto inferior está relativamente carente de sílice, excepto quizás en áreas muy localizadas con subducción de placas oceánicas.
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