«Los océanos de hidrógeno en el núcleo terrestre: cómo el elemento más común del universo fue atrapado» | Ciencia

En la Tierra, el hidrógeno es muy escaso en la superficie. En la atmósfera se encuentran solo trazas de este elemento, que es mucho más ligero que el aire y ni siquiera la gravedad del planeta puede retenerlo. Sin embargo, se encuentra en grandes cantidades en los océanos, en forma de agua, con una proporción de dos partes de hidrógeno por cada una de oxígeno. Otra fuente importante son los hidrocarburos, los cuales se formaron hace millones de años. Aun así, ni sumando estas fuentes se explica la paradoja de que, siendo el elemento más abundante del universo, sea tan raro en nuestro planeta. La posible presencia de hidrógeno en el interior de la Tierra podría aclarar este enigma. Recientemente, un estudio publicado en Nature Geoscience ha medido el hidrógeno en el núcleo terrestre. Si sus hallazgos son correctos, existe decenas de veces más hidrógeno en el núcleo que en todos los océanos del planeta.

“A través del análisis de meteoritos, que se consideran los bloques de construcción de los planetas rocosos, conocemos aproximadamente la composición de la Tierra, es decir, silicatos y hierro metálico”, explica Dongyang Huang, profesor en la Escuela de Ciencias de la Tierra y del Espacio de la Universidad de Pekín y primer autor del estudio. A través de la rotación y la inercia del planeta, se ha determinado la distribución de su masa, “con un núcleo central y capas de silicatos en el exterior”, añade el investigador. Estos silicatos, compuestos principalmente de silicio y oxígeno, representan hasta el 95% de la corteza terrestre. Sin embargo, el núcleo de la Tierra es menos denso de lo que debería ser si estuviera compuesto solo de hierro y níquel, “lo que sugiere la presencia de elementos ligeros, como carbono, oxígeno o hidrógeno”, detalla Huang. El hidrógeno es un candidato ideal, dado que es el elemento más abundante en el universo y sería insólito no hallarlo aquí. “Así que es probable que haya hidrógeno en el núcleo; la cuestión es cuánto”, concluye el científico chino.

Para estimar la cantidad de hidrógeno, investigadores de la Universidad de Pekín y la Escuela Politécnica Federal de Zúrich han replicado las condiciones del núcleo terrestre. A través de estudios de meteoritos, sísmicos, geológicos y del espacio exterior, se ha establecido que hay una esfera sólida de hierro en el fondo, envuelta en un núcleo exterior metálico en estado líquido. Es en este último donde podría encontrarse el hidrógeno que falta. Dentro del planeta, la presión es tres millones de veces superior a la de la superficie y la temperatura alcanza los 5.500 grados. Por ello, recrearon estas condiciones en el laboratorio.

Para simular estas extremas condiciones de presión y temperatura, se utilizó una pequeña muestra de hierro embebida en vidrio de silicato que se calentó con un láser hasta unos 5.100 grados Kelvin, un nivel cercano al que se encuentra en el interior de la Tierra. Simultáneamente, la muestra fue sometida a una inmensa presión de 111 gigapascales, equivalente a la fuerza de más de un millón de toneladas sobre un centímetro cuadrado. Las investigaciones sobre altas presiones en la primera mitad del siglo pasado desarrollaron un sistema para generar estas condiciones en escala de gigapascal. Dado que la presión es función de la fuerza (en toneladas) por unidad de superficie, el objetivo era minimizar la superficie para maximizar la fuerza ejercida. El resultado son las celdas de yunque, donde se enfrentan dos puntas del mismo material y, entre ellas, se coloca lo que se somete a presión. Hoy en día, los yunques están hechos de diamante, el material más duro que existe en la naturaleza.

“El láser, al concentrarse en la muestra, produce altas temperaturas, que se aplican entre las puntas de dos yunques de diamante opuestos, que, al ser presionados, generan alta presión”, explica Huang. Crear una simulación microscópica, con una fracción de una chapa de hierro de 10 micras, de algo tan macroscópico como el núcleo terrestre acarrea incertidumbres. “Dado que la presión se calcula en función de la fuerza por área, el desafío de alcanzar tan alta presión implica usar muestras extremadamente pequeñas, lo que dificulta la cuantificación del hidrógeno en comparación con muestras normales”, añade el científico.

Por lo tanto, para determinar el contenido de hidrógeno, tuvieron que usar una técnica de conteo que detecta cantidades mínimas de material de cualquier elemento. Esta técnica se llama tomografía de sonda atómica (APT, por sus siglas en inglés), siendo la única que proporciona un mapeo completo a escala nanométrica. Gracias a esta avanzada técnica de imagen, pudieron observar cómo el hidrógeno se introduce en el núcleo desde el silicato fundido, que sería el magma circundante. Como resultado, si las condiciones recreadas son correctas, “el núcleo terrestre contiene entre un 0,07% y un 0,36% en peso de hidrógeno, lo que equivale entre 9 y 45 océanos de agua”, concluye Huang.

José Alberto Padrón, del Instituto Andaluz de Ciencias de la Tierra IACT-CSIS, menciona que “en la actualidad no se conoce la cantidad de agua interna y externa en los planetas rocosos, ni cómo están interconectadas”. “Y lo que es aún más fascinante”, añade, “es que si esta conexión entre los reservorios profundos y superficiales influye en la evolución tan diferente que ha tenido nuestro planeta Tierra, con océanos y tectónica de placas, frente a otros planetas como Marte, que ahora no tienen agua ni tectónica”.

Para esclarecer estas dudas, Padrón sugiere que lo primordial sería “determinar el volumen de agua e hidrógeno disuelto dentro del planeta, algo muy complicado debido a nuestro acceso limitado”. También concluye alineándose con los hallazgos del grupo de Huang: “Se estima que entre el núcleo y el manto de la Tierra podría haber almacenamiento equivalente a varios océanos actuales”.